Effect of ionic composition in water: oil interactions in adjusted brine chemistry waterflooding: preliminary results

• Autores: Gustavo Maya Toro, Julia J. Herrera, Jorge A. Orrego, Fernando Rojas, Mayra F. Rueda, Eduardo J. Manrique
• Localización: Fuentes: El reventón energético, ISSN-e 1657-6527, Vol. 16, Nº. 2, 2018 (Ejemplar dedicado a: Fuentes, el reventón energético), págs. 73-82
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Efecto de la composición iónica en interacciones crudo: salmuera en la inyección de agua de composición química controlada: resultados preliminares
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• Resumen
  • español

    La inyección de agua de baja salinidad (LSW) o de composición química modificada (ABCW) ha generado un gran interés como método de recobro mejorado (IOR/EOR). A pesar de múltiples estudios documentados en la literatura, se destaca que no existe un acuerdo respecto a los mecanismos que operan en este proceso de recobro e incluso se evidencian resultados contradictorios. Lo anterior se valida con el aumento del interés de investigar los posibles mecanismos a través de estudios de interacciones fluido:fluido y fluido:roca. Sin embargo, el impacto de la geoquímica de crudos y su importancia durante las interacciones fluido:fluido que pueden ocurrir durante LSW y ABCW no han sido estudiadas en profundidad. El presente estudio consiste en evaluar interacciones crudo:salmuera para validar la influencia de sus composiciones. El estudio se basó en experimentos en condiciones estáticas por una semana a temperatura de yacimiento (60°C) utilizando dos muestras de crudos colombianos y salmueras de diferentes composiciones a fuerza iónica constante (I = 0,086). Específicamente, esta investigación evaluó el efecto del catión (Na+ and Ca2+) y del anión (Cl- and SO4=) en las interacciones crudo:salmuera. Los resultados de estos experimentos fueron comparados con pruebas realizadas con agua destilada (DW). Aun cuando se desarrolla una caracterización básica de las fases acuosas (p.e. pH, alcalinidad y composición iónica) y oleica (viscosidad), el objetivo principal de este estudio es el análisis de compuestos orgánicos solubles en agua (WSOC) utilizando la técnica de Petroleómica (FT-ICR MS). Los resultados demuestran que las interacciones crudo:salmuera dependen de la composición de cada una de las fases. Los mayores cambios observados en la fase acuosa fue el incremento de especies inorgánicas (desalado de crudo) y de compuestos orgánicos solubles en agua. Solo el sistema crudo A y NaCl (5000 ppm) mostró la formación de una micro-dispersión. Los resultados de FT-ICR MS en modo de ionización negativa (ESI (-)) muestran que los WSOC transferidos de la fase oleica a la acuosa con DW y Na2SO4 después de la interacción con el crudo A pertenecen a las mismas clases. Sin embargo, se evidencia una clara selectividad de las especies solubilizadas con las diferentes soluciones acuosas. La abundancia relativa de las clases Ox, OxS and NOx (x > 2) disminuyen mientras que las de las clases Ox, OxS and NOx (x ≤ 2) aumentan su solubilidad en presencia de Na2SO4 comparado con DW. A partir del análisis de las clases O2 y O3S empleando mapas de contorno de Equivalencia de Doble Enlace (DBE) vs. Número de Carbono (CN) muestran que la iso-abundancia de especies solubles en agua se encuentra en el intervalo DBE £ 10 y CN £ 20 independientemente de la salmuera empleada. Finalmente, el método de extracción por solventes en columnas de sílice empleado en esta investigación para el análisis de WSOC utilizando la técnica de FT-ICR MS representa un nuevo y poderoso enfoque para el estudio de procesos LSW y ABCW.

  • English

    Low salinity or adjusted brine composition waterflooding (LSW or ABCW) is considered a promising improved/enhanced oil recovery (IOR/EOR) method. Despite the large number of studies documented in the literature, there are contradictory results and a lack of consensus regarding the mechanisms that operate in this recovery process. The proposed fluid:rock and fluid:fluid mechanisms are still under discussion and investigation. However, the impact of oil geochemistry and its importance on the fluid:fluid interactions that can occur with brines during LSW or ABCW have been overlooked and studied in a lesser extent. The scope of the present study is to preliminary evaluate crude oil:brine interactions to validate the influence of its compositions. These interactions were evaluated at static conditions for a week and reservoir temperature (60°C) using two oil samples from different Colombian basins and brine solutions of different composition at a constant ionic strength (I = 0.086). Specifically, this investigation evaluated the effect of the type of cation (Na+ and Ca2+) and anion (Cl- and SO4=) on crude oil:brine interactions. The results of these experiments were compared with tests using distilled water (DW). Although a basic characterization of brines (i.e. pH, alkalinity and ionic composition) and oil (oil viscosity) was performed, the main objective of this study is the analysis of water-soluble organic compounds (WSOC) using Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry (FT-ICR MS). The results demonstrate that water:oil interactions are dependent on brine and crude oil compositions. The main changes observed in the aqueous phase were the increase in inorganic components (desalting effects) and organic compounds soluble in water. Only the system crude oil A and NaCl (5,000 ppm) showed the formation of a micro dispersion. Negative electrospray ionization (ESI (-)) FT-ICR MS data shows that WSOC’s identified in DW and Na2SO4 after the interaction with crude oil A belongs to similar classes but there is marked selectivity of species solubilized with different brines. The relative abundance of classes Ox, OxS and NOx (x > 2) decreases while Ox, OxS and NOx (x ≤ 2) increase their solubility in the presence of Na2SO4 compared to DW. The analysis of O2 and O3S classes using double bond equivalence (DBE) vs. carbon number (CN) contour plots shows that the isoabundance of water-soluble species are within the range of DBE £ 10 and CN £ 20 regardless the brine used in the experiments. Finally, the method of solvent extraction in silica columns used in this investigation for the analysis of WSOC using FT-ICR MS represents a powerful and new approach to study LSW and ABCW.