Materiales poliméricos para la recuperación asistida de petróleo

Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 7 de septiembre de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- Yacimientos petroleros que se consideran agotados en la actualidad, en realidad aún cuentan con hasta 50 por ciento del crudo en su interior. Para obtener este petróleo rezagado, es necesaria una tercera etapa de explotación del hidrocarburo denominada recuperación asistida, un proceso complejo y costoso.

Ante este panorama y con la finalidad de aprovechar el crudo incrustado en diferentes pozos olvidados, especialistas del Departamento de Procesos de Polimerización del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) desarrollan materiales poliméricos para fomentar la recuperación asistida de petróleo de forma eficiente y con un costo más accesible.

La producción de petróleo crudo en México ha caído en los últimos años, de acuerdo con datos del Sistema de Información Energética de la Secretaría de Energía. En mayo de 2014, la producción de petróleo crudo fue de dos millones 489 mil 745 barriles diarios, en el mismo mes de 2016, la producción cayó a dos millones 174 mil 478 barriles por día, y en mayo del presente año la producción fue de un millón 867 mil 414 barriles diarios.

Ante la baja en la producción del hidrocarburo en México, el proyecto de Materiales poliméricos para la recuperación asistida de petróleo del CIQA representa una alternativa para impulsar el sector energético y aprovechar gran cantidad de petróleo varado en pozos abandonados del país.

¿Qué es la recuperación asistida de petróleo?

El proceso de extracción de petróleo de cualquier yacimiento o pozo se divide en tres etapas. En la primera etapa, se emplea agua y la presión del pozo para la explotación del crudo. Durante la segunda etapa, la presión del yacimiento (también conocido como depósito petrolífero) es insuficiente y es necesario ‘inyectar’ otros elementos como hidrógeno (H) y gases como dióxido de carbono (CO₂) para bombear y obtener el hidrocarburo que queda incrustado en el yacimiento. Al finalizar esta etapa, usualmente se considera que un pozo está agotado y termina la extracción de petróleo.

Sin embargo, existe una tercera etapa denominada recuperación asistida de petróleo, donde se aplican diversos materiales, elementos y procesos para empujar el crudo incrustado en rocas del yacimiento. Este crudo rezagado llega a representar hasta 50 por ciento del petróleo que contiene el depósito petrolífero.  

“SDoctor Claude St. Thomas.e aplica la tercera etapa que es la recuperación asistida, consiste en diferentes aplicaciones, puede ser aplicar polímeros, combustión in situ o empleando catalizador o surfactante. Nosotros estamos trabajando en polímeros para recuperación de petróleo en la tercera etapa”, comentó el doctor Claude St. Thomas, investigador Catedrático Conacyt adscrito al Departamento de Procesos de Polimerización del CIQA.

A pesar de que existen numerosos yacimientos considerados agotados, pero con gran cantidad de petróleo en su interior, no se utiliza la tercera etapa de extracción, debido a los altos costos que tiene su implementación.

“La vida útil de un pozo, normalmente, se mantiene hasta la primera y segunda (extracción), la tercera es bastante cara y no es económicamente redituable, pero se sabe que 50 por ciento del petróleo que contiene ese pozo sigue aún ahí (…) Se tienen muchos pozos que ya se dejaron al olvido, que contienen bastante petróleo y ahora no es factible recuperarlo por los altos costos. Pero es demasiado petróleo y necesitamos recuperarlo porque la producción ha decaído mucho”, indicó el doctor Enrique Javier Jiménez Regalado, líder del proyecto, investigador titular C del Departamento de Procesos de Polimerización del CIQA y miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI). 

Esta problemática no solo afecta los depósitos petrolíferos en México, es una situación presente a nivel internacional debido a que el petróleo incrustado es más ‘pesado’ por su falta de viscosidad y esto dificulta la obtención del crudo. Ante esta situación, los investigadores buscan alternativas para implementar la recuperación asistida de petróleo.

“Es un problema mundial, la producción de petróleo va disminuyendo y no hay pozos nuevos, son casi los mismos pozos. Entonces hay que hacer estudios para ver cómo se puede lograr recuperar esa cantidad de crudo, para compensar la necesidad que existe hoy en día. Es la idea fundamental, aprovechar la presencia de petróleo en los pozos y generar los productos finales para el consumo diario”, detalló el doctor St. Thomas.

Materiales para extracción de crudo

A partir de los estudios de doctorado del especialista Jiménez Regalado, inició la investigación relacionada con polímeros (sustancias formadas por macromoléculas) hidrosolubles asociativos, enfocada en pinturas y recubrimientos. Posteriormente, visualizó la posibilidad de emplear estos materiales para la recuperación asistida de petróleo y sometió un proyecto a la Convocatoria de Investigación Científica Básica 2015, así como la solicitud de una Cátedra Conacyt en el mismo año, ambas fueron aprobadas.  

“En lo que estamos trabajando, son polímeros asociativos y existen diferentes tipos, como sensibles a la temperatura, sensibles al pH (potencial de hidrógeno) y otros convencionales. Estamos estudiando las tres clases de polímeros asociativos y estamos llevando a cabo experimentos, determinando su estabilidad y su viscosidad, que va a permitir el proceso de extracción”, señaló el científico St. Thomas.

Los investigadores del CIQA trabajan con tres tipos de polímeros que son polielectrolitos hidrosolubles asociativos, polímeros termoespesantes y polímeros derivados de la acrilamida.

Los polielectrolitos hidrosolubles asociativos son polímeros que tienen una parte hidrófila, es decir, soluble en agua, sensibles al cambio en el pH, lo que provoca que aumente su viscosidad y favorezca la extracción del petróleo.

Los polímeros termoespesantes son materiales que, al someterlos a cambios de temperatura, mantienen o aumentan la viscosidad. Los especialistas cuentan con polímeros trabajados en un rango de 25 a 70 grados Celsius con buenos resultados y sin recibir afectaciones en la viscosidad.

Los polímeros derivados de la acrilamida son estructuras químicas donde la viscosidad aumenta de manera importante, debido a las interacciones físicas de los grupos hidrófobos, al momento que el polímero está solubilizado en agua, se unen y repelen el contacto con el agua.

“Estos tipos de polímeros son los que, según lo que hemos revisado, se utilizan más en este tipo de recuperación. Actualmente con la Cátedra Conacyt se ha incorporado un poco la polimerización viviente, es decir que estamos obteniendo polímeros en bloques, haciendo diferentes reacciones y obteniendo polímeros hasta con once bloques, alternando un polímero hidrófilo (soluble en agua) y un polímero hidrófobo (repelente al agua)”, añadió Jiménez Regalado.

Respecto a estos materiales desarrollados, St. Thomas señaló que cuentan con cierto control de preparación y calidad de los polímeros, ya que tienen bajo peso molecular y alta viscosidad, estas características son benéficas y disminuyen costos al momento de realizar la recuperación asistida de petróleo, ya que implica utilizar menor cantidad de estos materiales poliméricos.

“Es muy importante la viscosidad, porque esta relación de viscosidad permite concentrarse en la cantidad de polímero que necesitamos para extraer una cantidad de petróleo, y la idea es utilizar menos cantidad de polímeros para que, después de la tercera etapa de extracción, el proceso de refinación sea menos complejo y menos costoso. Esto, al igual que el polímero hidrosoluble, favorece que en el proceso se separe el petróleo más fácilmente”, explicó St. Thomas.

Los especialistas añadieron que, de acuerdo con las condiciones del pozo, una de las tres clases de polímeros puede aplicarse, dependiendo si los yacimientos están en subsuelo, tierra o mar, ya que la configuración cambia según las circunstancias del pozo.

En el presente, los científicos han generado una solicitud de patente ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI) y otra en proceso de redacción, a partir de este proyecto, ambas relacionadas con los polímeros hidrosolubles asociativos en bloque y la polimerización viviente.

En formación de recursos humanos, hasta el momento, se han graduado cuatro estudiantes de licenciatura y un estudiante de doctorado colabora en la investigación, además de tres artículos publicados a raíz de la Cátedra.

Actualmente, este equipo de trabajo con este proyecto de recuperación asistida de petróleo, colabora con el Clúster de Energía del estado de Coahuila y el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), a través de la doctora Marissa Pérez Álvarez.

Sobre el futuro de la investigación, los especialistas subrayaron que continuarán la búsqueda de vinculación y formalizar colaboraciones relacionadas con el tema.

“El reto ahora es vincularnos, la vinculación con las empresas que trabajan en ello, en esa parte de extracción de petróleo, hacer las pruebas con los polímeros que tenemos y hacerlo a nivel laboratorio. Después de esto, hacerlo a nivel de campo o pozo para ver qué tan eficientes son (estos materiales) o si hay algo que tengamos que modificar. Si es posible la colaboración, podremos dar el siguiente paso que es la aplicación de los polímeros y ayudar a la producción para bien de la sociedad”, puntualizó el doctor St. Thomas.

Los científicos seguirán con pruebas a nivel laboratorio que confirmen la efectividad de los materiales poliméricos y conseguir, en un mediano plazo, la comercialización.

“Lo que se plantea a futuro es ofertar este tipo de polímeros a los fabricantes, a los que se dedican a la fabricación de polímeros a gran escala y, antes que eso, hacer las pruebas necesarias. (Siguen) pruebas a nivel laboratorio y, si funcionara, como no tenemos la capacidad de producirlo en gran cantidad, lo ofreceríamos a los productores para que lo puedan comercializar”, enfatizó Jiménez Regalado.

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