Caracterización de muestras “Gel” extraída del pozo 17 y aceite sintético aplicado en compresores reciprocantes de alta presión BP

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Objetivo

Identificar la naturaleza química y posible fuente de origen de la muestra de gel extraída de un pozo ubicado en Maturín, Edo Monagas, mediante un análisis comparativos de la muestra problema con el aceite sintético utilizado en los sistemas de compresión y con el crudo producido en dicho pozo. Adicionalmente caracterizar muestras de aceite sintético aplicado en compresores reciprocantes de alta presión de una planta en estudio.

Antecedentes

Del pozo seleccionado durante trabajos de reemplazo de empaquetadura, se extrajo una muestra de forma líquida, la cual con el tiempo (aproximadamente una semana posterior al ser extraída del pozo) a temperatura ambiente se transformó en un “gel”. Adicionalmente, las estadísticas de operación y mantenimiento suministradas por la empresa a cargo del proyecto, reflejan que en otra oportunidad se generó un compuesto con apariencia similar en los conductos de gas a la descarga de la quinta etapa de la máquina C-4300, de la planta de gas alta presión (HP), el cual no fue caracterizado en su oportunidad. Ver en anexo 1 la trazabilidad de esta información. Es importante resaltar, que la inyección de gas a alta presión a este pozo proveniente de las plantas de compresión, utilizan aceite sintético Mobil Glygoyle HE 460, cuya composición base es el polialquileno glicol (ver Anexo 2).

Alcance

A fin de lograr los objetivos planteados, el estudio fue basado en los siguientes análisis de caracterización:

  • Caracterización por técnica de espectroscopía de absorción infrarrojo del aceite sintético Mobil Glygoyle HE 460, suministrado por BP Venezuela Holding, LTD.
  • Caracterización por técnica de espectroscopía de absorción infrarrojo de la muestra extraída del pozo. Información suministrada por bp.
  • Análisis químico de muestras de hidrocarburos suministradas.
    Análisis químico de la muestra de aceite virgen Mobil Glygoyle HE 460.

Adicionalmente, se realizaron pruebas de solubilidad y de combustión a la muestra problema, así como una revisión bibliográfica de los compuestos base (familia de los polialquileno glicol) del aceite sintético.

Análisis realizados

  1. Espectros Infrarrojo de muestras de aceite Mobil Glygoyle HE 460.
  2. Caracterización de la muestra extraída del pozo.
    • Comportamiento de la combustión.
    • Ensayo de solubilidad. • Análisis por espectroscopía de absorción infrarrojo.
  3. Análisis químico muestra de aceite Mobil Glygoyle HE 460.
  4. Análisis químico muestra de hidrocarburo 1
  5. Análisis químico muestra de hidrocarburo 2

Resultados

Espectros Infrarrojo de muestras de aceite Mobil Glygoyle HE 460.

La figura A-1, ilustra el comportamiento del espectro de una muestra patrón y una muestra problema de aceite sintético marca Mobil polyglycol HE 460, los cuales presentan bandas entre 3650 y 3400 cm-1, las cuales se atribuyen a estiramientos de grupos O-H (alcoholes), bandas entre 3050 y 2800 cm-1, que coinciden con estiramientos de enlaces alifáticos -CH2- y C-H. Bandas entre 1400 y 1100 cm-1, que coinciden con deformación asimétrica y simétrica –CH3 y estiramientos de los enlaces C-O que están presente en los alcoholes, los grupos carbonilos (>C=O) de Ester, se confirman con la presencia de una banda de 1740 cm-1, todos estos grupos radicales perteneciente al polialquileno de glicol, compuesto base del aceite Mobil Glygoyle HE 460.

Caracterización de la muestra extraída del pozo.

• Comportamiento a la combustión.
De los resultados obtenidos a partir de los ensayos a combustión se afirma que la muestra 1 está constituida principalmente por estructuras orgánicas de naturaleza hidrocarbonada, alifáticas (no presenta anillos aromáticos). Entre los polímeros que poseen estas características se encuentran los polialquilenos.

• Ensayo de solubilidad.
Los ensayos de solubilidad determinaron que la muestra es de naturaleza apolar, ya que se disolvió en solventes apolares, adicionalmente la disolución de la muestra en estos solventes se realizó a temperatura ambiente, por lo que se concluye que presenta bajo peso molecular y no presenta entrecruzamientos entre las cadenas.

• Análisis por espectroscopia infrarroja (IR).
De la espectroscopia infrarroja realizada al compuesto polimérico, se obtiene el espectro que se indica en la Figura A-2.

Los resultados del análisis de espectrocopía por transformada de Fourier (FTRI) se presentan en la Tabla No.1 y de los mismos se concluye:

• Se confirma la existencia de las cadenas hidrocarbonadas alifáticas (las que contienen los alquilenos), observándose bandas entre los rangos para las frecuencias siguientes:

  1. Bandas entre 3000-2840 cm-1, enlaces alifáticos C-H.
  2. Bandas entre 2930-2850 cm-1, enlaces alifáticos C-H2.
  3. Bandas entre 1460 y 1370 cm-1, deformaciones de CH3.
  4. Banda de 720 cm-1, grupos metilenos -(CH2)n-, para un n mayor o igual a tres.

• Los grupos carbonilos (>C=O) de Ester, se confirman con la presencia de una banda de 1740 cm-1.

• Los enlaces C-O se confirman con la banda entre 1150-1085 cm-1, los cuales están presentes en los grupos esteres, éteres y alcoholes.

• Adicionalmente, en el espectro IR de la muestra estudiada, se puede observar una pequeña banda a 3500 cm-1, que representa estiramientos de grupos O-H donde están presentes los alcoholes de forma incipiente. Nótese que el pico del espectro para este grupo O-H, es de débil en la absorción de energía, lo cual puede ser atribuido a la descomposición de este grupo radical en una cadena polimérica.

Análisis químico de muestra de aceite Mobil Glygoyle HE 460.

El análisis químico de esta muestra se ilustra en la tabla

Análisis químico muestra de hidrocarburo 2 (crudo).

El análisis químico de la muestra del hidrocarburo 2, se ilustra en la tabla 3. El contenido de hierro (144 ppm), se atribuye potencialmente a residuos de corrosión interna de la línea de flujo de inyección, del “tubing” del pozo de inyección y/o del tubing de producción, ya que para niveles superiores a 50 ppm es característico de corrosión interna, lo cual presume la existencia de agua en estos sistemas. De existir corrosión en el sistema de inyección de gas, se podría estar generando sólidos capaces de ocasionar problemas de taponamiento que disminuiría la inyección de gas (inyectividad).

El contenido de sílice (322 ppm), tiene dos fuentes, una pudiera ser de la arena de formación y la segunda de la arcilla, cuyo componente principal es el silicato de aluminio hidratado. El Bario (376 ppm), se atribuye a la presencia de barita proveniente del oxido de bario, empleada en la completación de pozos y otros servicios.

Tabla 3. Resultados del análisis químico de hidrocarburo 2.

Conclusiones

• A partir de los resultados obtenidos se puede decir, que la muestra extraída del pozo está compuesta principalmente por estructuras de alquileno (de naturaleza olefínicas) o hidrocarbonada (grupos alifáticos).

• Los grupos radicales presentes en el aceite sintético Mobil Glygoyle HE 460, también fueron identificados en la muestra extraída (gel) del pozo Boquerón 17, por lo que, se presume que la fuente más probable que originó su presencia proviene de dicho aceite.

• La banda espectral perteneciente al grupo OH, fue identificada en la muestra problema con menor energía de absorción que para el caso del aceite sintético. Es factible que esta diferencia se deba a la degradación del aceite sintético, originando un compuesto polimerizado de alquileno de bajo peso molecular, con apariencia gelatinosa, insoluble en solventes polares (alcoholes, agua, etc.). Es importante destacar que los aceites sintéticos de polialquileno glicol, son solubles en solventes polares, sin embargo, después de una degradación térmica y/o química con la pérdida del grupo OH, el compuesto final puede ser apolar de cadena lineal.

• La no presencia de compuestos aromáticos en la muestra problema, descarta la hipótesis como fuente de origen al crudo analizado, ya que el mismo presentó ser de naturaleza asfalténica, cuya base principal son los aromáticos.

• Las condiciones más probables para que ocurra una degradación del aceite sintético de polialquileno glicol están basadas en:

1.- Alta temperatura (> 390 ºF) + agua.
2.- Presencia de ácidos fuertes.
3.- Presencia de álcalis fuertes. Sin embargo, la factibilidad que ocurra un mecanismo de degradación de estos aceites sintéticos, también es función de los tiempos de exposición.

• La presencia de hierro en el sistema es un indicativo de corrosión, con consecuencias potenciales de taponamiento y disminución de inyección de gas.

Recomendaciones:

• Realizar pruebas de envejecimiento prematuro de una muestra de aceite virgen a fin de lograr la degradación molecular, mediante aplicación de calor, hidrolización y exposición ante oxidantes fuertes (KOH, H2SO4), a fin de precisar su comportamiento y reproducir un compuesto similar al extraído del pozo.

• Evaluar otras alternativas de aceite sintético que cumplan con las condiciones operacionales de la planta de compresión de gas alta presión. Dicha recomendación es consistente con la emitida en informe EMS-GT-04-020, de “Análisis Comparativo de Aceite Sintético para Compresores Dresser Rand HOS y HHE de bp”.

• Evaluar la alternativa de instalar un sistema de coalescencia para la retención de las partículas de aceite sintético, provenientes del sistema de lubricación de los compresores HP.

• Realizar evaluación de eficiencia de la planta deshidratadora, a fin de precisar la calidad del gas de inyección.

Autores:

Alexis suárez
Carlos Jiménez

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