FSICO - QUMICAActa Cientfica Venezolana, Vol. 50, Suplemento No. 1, 54-65 1999

LOS SURFACTANTES: COMPORTAMIENTO Y ALGUNAS DE SUS APLICACIONES EN LA INDUSTRIA PETROLERAHercilio Rivas y Xiomara Gutirrez PDVSA Intevep, Departamento de Exploracin y Produccin Recibido: 07/06/99 Aceptado: 07/07/99

RESUMEN: En este articulo, se discuten los aspectos tericos fundamentales que rigen el comportamiento de los surfactantes en solucin y los mecanismos a travs de los cuales estos compuestos se adsorben en interfaces: lquidogas, lquido-lquido y lquido-slido. Se establecen los principios que gobiernan los comportamientos de fase de los surfactantes y se indica como estos comportamientos, permiten establecer las condiciones bajo las cuales los surfactantes pueden ser usados en las ms diversas actividades de investigacin, tanto bsicas como aplicadas. Finalmente se discuten brevemente, los aspectos ms importantes, de algunos de los procesos que se llevan a cabo en la industria petrolera, especialmente en exploracin y produccin, donde los surfactantes constituyen pilar fundamental de tales procesos. Palabras claves: Surfactante, interfase, crudo, emulsin. SURFACTANTS: BEHAVIOR AND SOME OF THEIR APPLICATIONS IN THE PETROLEUM INDUSTRY ABSTRACT: The most important theoretical aspect related to the behavior of surfactants in solution and the mechanism which govern the processes of their adsorption at the liquid - liquid, liquid - gas and liquid - solid interfaces are discussed in this paper. The basic principles, which characterize the phase behavior of surfactants in solution are described, and the procedures for stablishing the condition under which surfactants can be successsfully used in basic and applied research activities are given. Finally, the most important aspect of the different processes carried out in the oil industry, with especial mention to those in exploration and production, where the surfactants play a very important role, are briefly discussed. Key words: Surfactants, interface, oil, emulsion. INTRODUCCIN Surfactante es un termino que normalmente se utiliza para designar en forma abreviada los Compuestos con Actividad Interfacial. Qumicamente, los surfactantes se caracterizan por tener una estructura molecular que contiene un grupo que posee poca atraccin, o antipata por el solvente, conocido como grupo liofbico, junto a otro grupo que tiene fuerte atraccin, o apetencia por el solvente, llamado el grupo lioflico [1]. Si el solvente es el agua, estos grupos se conocen como las porciones hidrofobias e hidroflicas del surfactante. Normalmente, el grupo hidrofbico es una cadena de carbonos lineal o ramificada, mientras que la porcin hidroflica es un grupo con cierto carcter polar (Fig.1). Cuando los surfactantes presentes en bajas concentraciones en un sistema, se adsorben en las superficies o intefases, modificando substancialmente la energa superficial o interfacial de tales sistemas. As pues, cuando un surfactante se disuelve en agua, se produce una adsorcin de las molculas de dicho surfactante en la superficie del agua, disminuyendo la tensin superficial de esta, lo cual es una medida de la disminucin de la energa libre superficial del sistema. Si se trata de un sistema: aceite/agua/surfactante, el surfactante se adsorbe en la interfase aceite-agua, disminuyendo la energa libre interfacial. Existen casos, donde dos fases inmiscibles, tales como el aceite y el agua, estn en contacto con un slido. En este caso la presencia de un surfactante en el sistema, puede modificar las energas interfaciales: lquido-lquido o lquido-slido. Este fenmeno se manifiesta como un cambio en los ngulos de contacto o en la mojabilidad de un lquido u otro por el slido. Como vemos, el trmino interfase, se refiere a la frontera entre dos fases inmiscibles, mientras que l trmino superficie, se utiliza para denotar la interfase lquido-gas. El adsorberse en interfases, le confiere a los surfactantes propiedades muy peculiares. Tales propiedades, las cuales sern discutidas posteriormente en este trabajo, los convierten, tal vez, en las sustancias ms verstiles que existen en la industria qumica. As por ejemplo, ellos son parte fundamental de los detergentes; productos que por razones obvias son los de mayor

Fig.1 - Diagrama esquemtico de una interfase aceite/agua con molculas de surfactantes adsorbidas.

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consumo mundial, constituyen el componente esencial de un gran nmero de productos farmacuticos y cosmticos y son los estabilizantes por excelencia de numerosos productos alimenticios de uso masivo. En la industria petrolera, los surfactantes juegan un papel preponderante, en las operaciones de perforacin, completacin y estimulacin de pozos, en recuperacin mejorada[23] y muy especialmente, en nuestro pas, en el transporte y comercializacin de bitumenes[4]. En los ltimos aos, los surfactantes han tenido aplicacin y usos en biotecnologa, en las investigaciones relacionadas con efectos vrales, en microelectrnica, en grabado electrnico y en otra serie de reas consideradas como de alta tecnologa. 2. - Adsorcin de Surfactantes en Interfases Tal como lo hemos mencionado previamente, la propiedad ms importante de un surfactante, es su habilidad para adsorberse en interfases. Las numerosas aplicaciones que en las diferentes reas del conocimiento poseen los surfactantes, se deben precisamente a su capacidad de adsorcin. Los estudios de adsorcin, normalmente pretenden determinar: la velocidad de adsorcin del surfactante, la concentracin de molculas adsorbidas, la forma u orientacin que las molculas del surfactante adquieren cuando se adsorben en una interfase, los cambios de energa libre interfacial que ocurren y las caractersticas que adquieren las interfases en presencia de un surfactante. A manera de ilustracin, podemos indicar, que cuando se forma una emulsin de bitumen en agua, para ser utilizada como combustible en plantas generadoras de electricidad [5], es necesario que en la formulacin de esa emulsin exista un surfactante, que se adsorba rpidamente en la interfase bitumen agua para disminuir la energa libre interfacial y de esta manera permitir la formacin de la emulsin utilizando poca energa de mezclado. Por otra parte, el surfactante debe ser eficiente, lo cual significa, que con bajas concentraciones del mismo, pueda formarse una emulsin estable. En los procesos de recuperacin mejorada de crudos, en los cuales se utilizan surfactantes, se pretende siempre disminuir la tensin interfacial, del sistema crudo/agua, a valores ultrabajos (103 dinas/cm, muy baja energa libre interfacial) [6], con las mnimas concentraciones posibles de surfactante. Las fallas en estos procesos, han sido de orden econmico, al no poder lograrse resultados satisfactorios utilizando concentraciones bajas de surfactante. En general, todos los procesos que utilizan surfactantes, basan su eficiencia en el logro de condiciones, bajos las cuales dichos procesos puedan optimizarse, utilizando concentraciones muy bajas de tales aditivos. 2.1.-Adsorcin en Interfases Lquido-Gas y Lquido-Lquido Una interfase lquido-gas es la superficie de separacin entre un lquido y su vapor o cualquier otro gas que se encuentre en contacto con l, mientras que la interfase lquido-lquido, es la frontera que separa dos lquidos inmiscibles. El procedimiento experimental que generalmente se sigue para determinar la adsorcin en este tipo de interfases, es a travs de medidas de tensiones superficiales o interfaciales [7]. La relacin entre la tensin superficial (lquido/gas) o interfacial (lquido-lquido) y la concentracin de surfactante, viene dada por la ecuacin de adsorcin de Gibbs [8], la cual en su forma ms general establece que:

d = idi

(1)

donde: d es el cambio de tensin superficial o interfacial del solvente, i es la concentracin superficial o interfacial de cada componente en el sistema y dies el cambio de potencial qumico, de cualquier componente en el sistema. Para hacer esta ecuacin til en aplicaciones prcticas, es necesario expresarla en funcin de concentraciones. As, cuando se alcanza el equilibrio entre las concentraciones del surfactante en la solucin y en la interfase.

di = RT dlnai

(2)

donde: R es la constante de los gases, T la temperatura absoluta y ai es la actividad de cualquier componente en la fase lquida. Sustituyendo la ecuacin 2 en la 1, nos queda que:

d = -RTidlnai

(3)

y si tomamos en cuenta que la actividad es igual al producto de la fraccin molar(xi) de cada componente en la solucin, por su coeficiente de actividad (fi), la ecuacin 3 se transforma en:

d= -RTid(lnxi + lnfi)

(4)

Cuando se trata de soluciones muy diluidas, los coeficientes de actividad se pueden considerar constantes y las fracciones molares pueden sustituirse por concentraciones molares (Ci), luego la ecuacin 4 puede escribirse como:

d= -RTid(lnCi)

(5)

Para soluciones diluidas de un surfactante no-inico en agua, donde Co y C1 son las concentraciones del solvente y del surfactante en la solucin, y o y 1 sus respectivas concentraciones interfaciales, la ecuacin 5 se transforma en:

d = -RT(odlnCo + 11dlnC1)si la concentracin del solvente es constante

(6)

d = -RT11dlnC1 = -2.303RTdlogC1

(7)

Si se trata de un surfactante inico, el cual se ioniza totalmente en un ion negativo y uno positivo, la ecuacin 7 toma la forma:

d = -2RT11dlnC1 = -4.606RTdlogC1

(8)

Las ecuaciones 7 y 8, nos permiten calcular las concentraciones superficiales o interfaciales de un surfactante en un sistema dado, mediante medidas de las tensiones interfaciales. La velocidad de adsorcin de un surfactante a una interfase lquido-gas o lquido-lquido, as como la concentracin de surfactante adsorbido, son severamente afectadas por factores tales como: la fuerza inica de la solucin, la temperatura del sistema y por supuesto por la estructura molecular del surfactante. 2.2.- Clculo de la Concentracin Interfacial de Surfactante Adsorbido en una Interface Lquido-Gas o Lquido-Lquido En la Fig. 2 se muestra la variacin de la tensin superficial, en funcin del logaritmo de la concentracin de surfactante en una solucin acuosa, para el sistema: agua-surfactante-aire. Se observa, que la tensin superficial de equilibrio, disminuye con la concentracin de surfactante, hasta alcanzar una concentracin a partir de la cual la tensin superficial permanece constante.

Los surfactantes: comportamiento y aplicaciones

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El rea interfacial, algunos de cuyos valores para varios surfactantes se muestran en la Tabla 1, es un parmetro de gran utilidad, pues permite calcular el grado de enpaquetamiento u ordenamiento de las molculas adsorbidas. El conocimiento de la concentracin interfacial de saturacin (Gs) y del rea interfacial de saturacin (As) para un surfactante en un sistema determinado, es de importancia fundamental para determinar la eficiencia de un surfactante en una dada aplicacin. As, si se quiere forma una emulsin estable, es necesario que el rea interfacial entre la fase dispersa y continua, este totalmente recubierta por una monocapa de surfactante. Conociendo el rea interfacial total en la emulsin y el rea que ocupa cada molcula de surfactante a nivel de saturacin, se puede calcular la cantidad mnima de surfactante que se requiere para estabilizar la emulsin. Situacin similar ocurre, si se trata de cualquier otro sistema disperso, tal como es el caso de las espumas.TABLA 1. Propiedades de algunos surfactantes comercialesNombre comercial del Surfactante. Siponate DS-10 BioTerge AS-40 SLS Cedepal FA-406 PEN-5 Material activo de Surfactante Dodecil bencen sulfonato de sodio. Alfa olefina sulfonato (C14-C16) sulfonato de sodio. Lauryl sulfato de sodio Eter sulfato de amonio Alcohol octilico etoxilado con 10 NOE 5,66 E-3 4,55 E-3 4,54 E-4 6,55 E-10 4,95 E-10 4,10 E-10 2,53 E-15 4,05 E-15 4,05 E-15 CMC (mol/l) 3,07 E-3 2,43 E-3 G (mol/cm 2) 3,51 E-10 4,88 E-10 A (cm2/molcula) 4,73 E-15 3,40 E-15

Fig.2 - Tensin superficial en funcin de la concentracin de un surfactante, donde se muestra la concentracin micelar crtica (CMC)

A concentraciones muy bajas, las molculas de surfactante en solucin, se difunden hacia la interfase donde se adsorben, promoviendo una disminucin de la energa libre interfacial y por tanto de la tensin superficial. A medida que la concentracin del surfactante en la solucin aumenta, se incrementa el nmero de molculas disponibles para adsorberse en la superficie y la tensin superficial continua disminuyendo. Eventualmente, se alcanza una concentracin de surfactante, a la cual existen suficientes molculas para saturar la interfase. Si la interfase se satura a una dad concentracin de surfactante, la tensin superficial permanece constante, a pesar de que se produzcan aumentos posteriores en dicha concentracin (Fig.2). A partir de esta concentracin, las molculas que no tienen cabida en la interfase comienzan a formar agregados entre ellas. Estos agregados se conocen como micelas y la concentracin a la cual comienzan a formarse, se conoce como concentracin micelar crtica (CMC). Si despejamos la concentracin superficial (1), de la ecuacin 7, nos queda que:

2.3- Velocidad de Adsorcin en Interfases Lquido-Gas o Lquido-Lquido Si formamos una superficie o interfase fresca, en la solucin acuosa de un surfactante, el estado inicial es decir, en el tiempo t = 0, el sistema se encuentra fuera del equilibrio, por lo cual una monocapa adsorbida de surfactante comienza a formarse, con la consiguiente reduccin en la tensin superficial o interfacial del sistema. La velocidad de adsorcin del surfactante, depende mucho de las condiciones fsico-qumicas del sistema, especialmente de la fuerza inica de la solucin, de la concentracin, tipo y propiedades qumicas del surfactante, de la temperatura etc. La determinacin de los cambios de la tensin superficial o interfacial con el tiempo, o cintica de adsorcin, ha sido objeto de muchas investigaciones. La tensin interfacial de no-equilibrio t, o sea la que vara con el tiempo, se conoce como tensin interfacial dinmica, mientras que tensin superficial o interfacial es la medida en el equilibrio. En la Fig.3, se muestra la variacin de la tensin superficial con el tiempo, en funcin de la concentracin, para soluciones acuosas de dos surfactantes no-inicos [9]. Claramente se observa, que para cada surfactante, la velocidad con que disminuye la tensin superficial dinmica, as como los valores de la tensin superficial al equilibrio, dependen de las concentraciones de cada surfactante. Tambin es claro que el tipo de surfactante influye en la velocidad de adsorcin y en los valores de la tensin

1 = -(1/2,303RT)( d / dlogC1)

(9)

Donde el trmino d / dlogC1, es la pendiente de la curva de la Fig.2. Calculando el valor de la pendiente, e introducindolo en la ecuacin 9 a una dada temperatura, se obtiene la concentracin superficial 1. Los valores de las concentraciones superficiales en soluciones acuosas de varios surfactantes, determinados por el procedimiento descrito anteriormente, as como sus respectivas CMC, se muestran en la Tabla 1. Cuando se trata de sistemas: agua-surfactanteaceite, se sigue un procedimiento similar, para determinar las concentraciones interfaciales (interfases agua-aceite) del surfactante. Conociendo la concentracin superficial o interfacial (1), de un surfactante en un sistema dado, se puede determinar el rea (anstrons cuadrados) ocupada por cada molcula en la interfase, mediante la formula: A = 1016/N 1 Donde N es el Nmero de Avogadro. (10)

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superficial de equilibrio. El hexadecanol con 10 moles de xidos de etileno es superficialmente mas activo y genera tensiones superficiales ms bajas que el dodecanol con siete moles de oxido de etileno.

representan en diagramas ternarios, estos diagramas muestran en forma simple los comportamientos de fase, que en otra forma seran difciles de visualizar. En la Fig. 4, se presenta un diagrama ternario para un sistema de tres componentes, que muestra una regin de dos fases. La distancia desde cada vrtice al centro del lado opuesto se divide en cien partes iguales y representan la concentracin decreciente del componente en el respectivo vrtice. As la composicin correspondiente a un punto dado, se obtiene midiendo la distancia perpendicular a cada lado. La composicin del punto F en el diagrama de la Fig. 4, es de 20% de surfactante, 50% de aceite y 30% de agua.

Fig.3 - Variacin de la tensin superficial en funcin del tiempo para soluciones acuosas de n-dodecanol con 7 NOE ( ) y otra con n-hexadecanol con 10 NOE ( ) a tres concentraciones diferentes [9].

La velocidad de adsorcin viene determinada por la velocidad de difusin de las molculas del surfactante en la interfase. Sobre la base de esta suposicin, y considerando ausencia de energa de activacin para penetrar la interfase, Bartholom y Schfer [10,] derivaron la siguiente ecuacin: 1/0 - t = b/at1/2 + 1/a (11)Fig.4 - Diagrama ternario tpico para un sistema: agua/aceite/ surfactante/Cosurfactante.

donde: 0 es la tensin superficial o interfacial en ausencia de surfactante adsorbido, t es la tensin superficial o interfacial dinmica en presencia de surfactante, y a y b son constantes. Si s grfica 0 - t en funcin t1/2 y se obtiene una lnea recta, significa que la adsorcin es controlada por difusin en caso contrario el mecanismo es otro. Para un tratamiento ms completo del tema, se sugiere revisar a Ward y Tordai [11]. 3.- Comportamientos de Fase La mezclas de soluciones acuosas de electrolitos, hidrocarburos y surfactantes, han sido objeto de una investigacin bastante exhaustiva [12-13], especialmente aquellos sistemas que forman soluciones isotrpicas amorfas, conocidas como microemulsiones. El trmino microemulsin fue introducido inicialmente por Hoar y Shulman [14] para describir sistemas transparentes o traslcidos, obtenidos al titular una emulsin con apariencia lechosa, con un alcohol de cadena intermedia tal como el pentanol o el hexanol, hasta obtener una solucin clara. A estos alcoholes se les conoce como cosurfactantes. Cuando se mezclan agua, aceite y un surfactante y se permite que el sistema alcance el equilibrio, normalmente se forman dos o ms fases y en muchos casos, casi todo el inventario de surfactante se disuelve en una de las fases junto con cantidades variables de aceite o agua. La fase donde se encuentra el surfactante, se conoce como solucin micelar o tambin se puede llamar microemulsin. Los comportamientos de fase de sistemas que contienen tres o ms componentes, a presin y temperatura constante, se

En un sistema que contenga agua/aceite/surfactante/cosurfactante; el surfactante se distribuye entre el agua y el aceite formando un sistema ternario. Si la composicin total del sistema viene representada por el punto F (Fig.4), el sistema consta de dos fases, puesto que se encuentra dentro de la curva x, y, z; estas estn en equilibrio y sus composiciones vienen dadas por los puntos a y b sobre las lneas de unin aFb. A medida que se aade mas surfactante al sistema, las lneas de unin se hacen cada vez mas cortas y finalmente cuando las composiciones de ambas fases se igualan, las lneas de unin se reducen a un punto, el punto -yEste punto es un punto crtico, pues si se aade mas surfactante, por ejemplo, se forma una sola fase completamente homognea. Consideremos el diagrama de fases de la Fig.5a. En este diagrama el punto critico se encuentra situado hacia el lado del hidrocarburo. As, un sistema con una composicin total dentro de la zona bifsica, consta de dos fases, la fase acuosa que contiene casi todo el surfactante y algo de aceite disuelto, en equilibrio con la fase oleosa que contiene muy poco surfactante y pequeas cantidades de agua disuelta. En este caso, estamos en presencia de un sistema de Winsor Tipo I [15], el cual se caracteriza por poseer una solucin micelar acuosa, en equilibrio con un exceso de fase oleosa. En la Fig.5b, se muestra un diagrama de fase caracterizado porque las lneas de unin de la zona bifsica poseen una pendiente cuya direccin es opuesta a las del diagrama de la Fig.5a. Esta diferencia indica que en este caso el surfactante es ms afn al aceite que al agua. Para la mayora de las composiciones

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manteniendo l nmero de moles de oxido de etileno en la molcula de surfactante, e incrementando la temperatura. Si a un sistema, con una composicin total dada dentro de la zona bifsica del diagrama de la Fig.5a, se le incrementa la hidrofobicidad del surfactante sistemticamente, se alcanza eventualmente una lnea de unin crtica, a partir de la cual con un leve cambio en las condiciones del sistema, este se transforma en un sistema trifsico. En la Fig.6. se esquematizan los cambios descritos y se observa la existencia de un sistema Tipo III, representado en una regin triangular. Eventualmente se alcanza una condicin (Fig.6), donde se forma una solucin micelar o fase intermedia que contiene volmenes iguales de aceite y agua y la cual se encuentra en equilibrio simultneamente con una fase acuosa y una oleosa. l termino fase media, se utiliza normalmente para describir la solucin micelar en un sistema Tipo III. Esta solucin micelar normalmente tiene una densidad intermedia entre el agua y el aceite y se coloca en la zona entre ambas fases, con el aceite en la parte superior y el agua en la parte inferior.

Linea crtica

Linea crtica

Fig.5 - Diagramas ternarios para sistemas: agua/aceite/surfactante/ cosurfactante, en los cuales se muestran los sistemas de Winsor Tipo I (a) y Tipo II (b).

totales de sistemas dentro de la zona bifsica, la fase oleosa contiene gran parte del surfactante y cierta cantidad de agua disuelta, mientras que la fase acuosa en equilibrio posee solo un poquito de surfactante y una pequea cantidad de aceite disuelto. Los sistemas pertenecientes a este grupo se conocen como de Winsor Tipo II [15]. Las soluciones micelares descritas por el diagrama de la Fig.5a, son del tipo aceite en agua mientras que las del diagrama de la Fig.5b, son de agua en aceite. Se puede transformar sistemtica y continuamente, un diagrama de fase en otro, sin cambiar l numero de componentes, cambiando progresivamente la temperatura, la lipofilicidad o hidrofilicidad del surfactante, la fuerza inica de la fase acuosa, la estructura molecular del aceite o cualquier otra variable que modifique el balance hidroflicolipoflico (HLB) As, es posible pasar de un sistema Tipo I a otro Tipo II, a travs de un sistema de tres fases, conocido como sistema Tipo III. El diagrama de fases Tipo I, mostrado en la Fig.5a, en el cual se observa una preferencia del surfactante por el agua, se puede transformar en uno Tipo II, como el mostrado en la Fig.5b, en el cual se nota preferencia del surfactante por el aceite, solo mediante un incremento sistemtico de la hidrofobicidad el surfactante. Si el surfactante es de tipo no-inico, esto se consigue disminuyendo el nmero de moles de xidos de etileno en la molcula del surfactante a temperatura constante, o

Fig.6 - Diagramas ternarios para sistemas: agua/aceite/surfactante/ cosurfactante, donde se muestra la transicin desde un sistema bifsico Tipo I hacia un sistema bifsico Tipo II, pasando a travs de un sistema trifsico Tipo III, mediante un incremento de la hidrofobicidad del susfactante.

En la Fig.7 se esquematizan los cambios que ocurren en una serie de sistemas que contienen iguales volmenes de aceite y agua y un surfactante aninico. La diferencia entre ellos radica en que de izquierda a derecha se incrementa la concentracin de NaCl. En los tubos de la derecha, la fase micelar es la de la parte inferior y representa sistemas Tipo I. Un incremento en la concentracin de NaCl, obliga a que la fase micelar aparezca en la regin media del tubo, en equilibrio con la fase acuosa y la oleica, este caso representa el sistema Tipo III. Un posterior incremento de la salinidad conduce a la formacin de la fase micelar en la parte superior del tubo, originndose el sistema Tipo II. Los cambios que ocurren en el sistema de la Fig.7, pueden ser interpretados en base a los cambios de tensin interfacial observados en dicho sistema y los cuales se muestran en la Fig.8 [16]. A concentraciones bajas de cloruro de sodio, el surfactante es altamente hidroflico y la solucin micelar contiene una concentracin relativamente baja de aceite disuelto. A medida que aumenta la concentracin de cloruro de sodio, la solubilidad del surfactante en agua disminuye, este se hace mas hidrofbico (menos hidroflico), tiene mayor apetencia por la interfase, la tensin interfacial disminuye y la cantidad de aceite disuelto en la fase micelar acuosa incrementa.

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Fig.7 - Cambios de fase en un sistema: agua/aceite/surfactante/ cosurfactante, con baja concentracin de surfactante, donde se muestra la transicin desde un sistema Tipo I (A) (solucin micelar acuosa) a travs de un sistema Tipo III (B, C, D) (solucin micelar en fase intermedia) hasta un sistema Tipo II (E) (solucin micelar oleosa) promovida por un incremento de la hidrofobicidad del surfactante.

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algunos ejemplos de importancia fundamental en la industria petrolera. 4.- Interacciones Moleculares y Sinergismo en la Mezcla de dos Surfactantes. En muchas aplicaciones prcticas, se utilizan mezclas de surfactantes en vez de surfactantes individuales. En algunos casos, este efecto es involuntario, ya que los surfactantes comerciales, a veces son mezclas de materiales interfacialmente activos, debido a que se producen con materia prima no homognea o a que son mezclas de productos terminados, con materia prima sin reaccionar. En otros casos, se mezclan surfactantes puros diferentes, con el propsito de mejorar las propiedades del producto final. Necesariamente, cuando se usan diferentes tipos de surfactantes y se mezclan en busca de un sinergismo, las propiedades de la mezcla tienen que ser mejores que las obtenidas con los componentes individuales. Por ejemplo, un xido de amina de cadena larga, es frecuentemente adicionado a una formulacin basada en un surfactante aninico, debido a que las propiedades de la mezcla son mejores que la obtenida con los surfactantes individuales. Aunque la existencia de relaciones sinergsticas entre ciertos tipos de surfactantes es conocida y ha sido utilizada por varios aos, la investigacin de sinergismo en trminos cuantitativos es muy reciente, y se basa, en determinar las interacciones moleculares entre surfactantes. Conociendo las propiedades ms relevantes de los surfactantes individuales y los valores de los parmetros de interaccin molecular, es posible predecir si puede haber sinergismo o no, en una mezcla de surfactantes. 4.1.-Evaluacin de Parmetros de Interaccin Molecular. Las dos propiedades fundamentales de los surfactantes son la formacin de monocapas en interfases y micelas en solucin. Para mezclas de surfactantes, los fenmenos caractersticos son la formacin de monocapas mixtas en la interfase y la de micelas mixtas. Los parmetros de interaccin molecular para los mencionados fenmenos, pueden ser evaluados usando las ecuaciones 12-15, las cuales estn basadas en la teora de soluciones no ideales de los sistemas termodinmicos [17-18].

Fig.8 - Variacin de la tensin interfacial en funcin de la salinidad de la fase acuosa

Las ecuaciones asociadas a la formacin de la monocapa en la interfase son: X21ln(C12/X1C10) = 1 (1-X1)2 ln[(1-)C12/(1-X1)C20] (12)

Eventualmente se alcanza una condicin a una dada concentracin de cloruro de sodio, a la cual el surfactante se separa de la fase acuosa, formado una fase intermedia. Esa fase intermedia, que contiene la casi totalidad del surfactante y ciertas cantidades de agua y aceite disueltos, corresponde a una situacin de mnima tensin interfacial (valores ultrabajos del orden de 10-3). Bajo estas condiciones, el sistema, es un sistema trifsico, formado por agua-aceite-fase intermedia, el cual corresponde al sistema Tipo III de Winsor. Posteriores incrementos de la concentracin de cloruro de sodio, hacen al surfactante aun ms hidrofbico, este se disuelve en el aceite y la tensin interfacial incrementa. Al disolverse el surfactante en el aceite, se obtiene una solucin micelar de aceite que contiene cierta cantidad de agua disuelta. El estudio de los comportamientos de fase de un sistema dado, nos permiten adecuar dicho sistema a una aplicacin determinada. Posteriormente consideraremos brevemente

= (1-X1)2

ln(C12/X1C10)

(13)

donde: es la fraccin molar del surfactante 1 en la solucin, 1a la fraccin molar del surfactante 2 en la solucin, X1 la fraccin molar del surfactante 1 en la monocapa mixta, C10, C20, C12 las concentraciones molares de surfactantes 1 y 2 y la mezcla de ellos en solucin, requeridas para producir un valor de tensin interfacial y es el parmetro de interaccin molecular, para la formacin de la monocapa mixta. Las ecuaciones asociadas con la formacin de micelas mixtas son las siguientes:

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(XM1)2ln( CM12/XM1CM1) = 1 (1-XM1)2ln[(1-)CM12/(1-XM1)CM2]

(14)

catinico-aninico o un aninico-anfotrico. Las mezclas con aninico-no-inico inico-inico solamente muestran sinergismo cuando los dos surfactantes tienen estructuras muy especficas. 4.3.-Adsorcin en Interfaces Lquido-Slido

M=(1-XM1)2

ln (CM12/XM1CM1)

(15) La adsorcin de un surfactante, disuelto en una fase lquida, en la interfase slido-lquido, es afectada por una serie de factores, siendo los ms importantes: la naturaleza estructural de la superficie del slido, el tipo de surfactante (inico, no-inico, anfotrico), el peso molecular del surfactante, la presencia de electrolitos y la temperatura. Sin entrar a discutir el mecanismo de la adsorcin lquido-slido, podemos indicar que este depende fundamentalmente del tipo de interacciones entre el sustrato (slido) y el adsorbato (surfactante). As se han reportados mecanismos de adsorcin a travs de intercambio de iones, apareamiento de iones, interacciones cido-base, polarizacin de electrones, fuerzas de dispersin e interacciones hidrofbicas [19]. En todos los casos, la adsorcin implica una disminucin de la energa libre interfacial en la interfase lquido-slido. Al estudiar la adsorcin slido-lquido, lo que normalmente se pretende es: 1) determinar la concentracin interfacial de surfactante en funcin de la concentracin del mismo en la solucin a temperatura constante, 2) la concentracin de surfactante adsorbido bajo condiciones de saturacin a temperatura constante, 3) la orientacin de las molculas sobre la superficie del slido, 4) el tipo de adsorcin, es decir si se forman monocapas o multicapas de surfactante adsorbidas y 5) el efecto del surfactante sobre las propiedades del la superficie slida. La relacin entre la concentracin de surfactante adsorbido sobre la superficie de un slido y su concentracin en la solucin, a temperatura constante, se establece a travs de las isotermas de adsorcin. Existen varia expresiones matemticas o isotermas que establecen esta relacin. As por ejemplo para Aveyard [20], suponiendo que el solvente no se absorbe: ns = CV/m (16)

donde: XM1 es la fraccin molar del surfactante 1 en la micela mixta, C1M, C2M, C12M son las concentraciones micelares crticas de los surfactantes individuales y su mezcla para un valor dado de y M el parmetro que mide el grado de interaccin entre dos molculas de surfactantes diferentes en la micela mixta en solucin acuosa.

Fig.9 - Evaluacin experimental de O M. (1) Surfactante puro 1; (2) Surfactante puro 2; (12) Mezcla del surfactante 1 y 2 a una fraccin molar fija en solucin [19].

La determinacin experimental de y M se muestra en la Fig. 9. En la cual se representan los valores de tensin superficial en funcin del logaritmo de la concentracin de surfactante, donde: 1 es el surfactante 1 puro, 2 es el surfactante 2 puro y 12 es la mezcla de los surfactantes 1 y 2, a una fraccin molar en solucin fija. El valor de est asociado con la energa libre de mezcla de los dos surfactantes. Un valor negativo indica una interaccin atractiva, un valor positivo una interaccin repulsiva y un valor cero o cercano indica poca interaccin, se dice que es un mezclado ideal. 4.2.-Tipos de Interacciones. Un considerable nmero de parmetros de interaccin molecular [19] para diferentes pares de surfactantes, han sido determinados. Hay suficiente informacin. que muestra como estos parmetros cambian con la variacin en la estructura qumica de los dos surfactantes y con su ambiente fsico-qumico (pH, temperatura, fuerza inica de la solucin, etc.) En la mayora de las mezclas analizadas [19], se encuentra que la interaccin es atractiva (valor de b negativo). Los datos indican que en general, las interacciones atractivas entre los dos surfactantes se deben principalmente a fuerzas electrostticas. La fuerza de interaccin electrosttica decrece en el siguiente orden: aninico-catinico > aninico-anfotrico > inico (aninico, catinico) no-inico > no-inico-no-inico. Debido a que la probabilidad de sinergismo se incrementa con la fuerza de la interaccin, es de esperar, que la mayor probabilidad de sinergismo exista entre una mezcla de un

donde: ns es el nmero de moles de surfactante adsorbidos por gramos del adsorbente, C es la diferencia en concentraciones molares del surfactante antes y despus de la adsorcin y V es el volumen en litros de la fase lquida. La isoterma se obtiene, graficando ns en funcin de la concentracin molar de equilibrio del surfactante en la solucin (C). Otra isoterma ampliamente conocida y que puede ser aplicada para la adsorcin de surfactantes sobre superficies slidas, a pesar de que en algunos casos no se cumplen todos los requerimientos establecidos en su deduccin, es la isoterma de Langmuir [21], segn la cual: 1/C1s = a/CmsC1 + 1/Cms (17)

donde: C1s C 1 es la concentracin molar de equilibrio del surfactante en la solucin, Cms es la concentracin en moles por unidad de rea del surfactante adsorbido y a es una constante. Si el sistema en estudio sigue esta isoterma, al graficar 1/C1s en funcin de 1/C1, se obtiene una lnea recta cuya pendiente es a/ Cms y 1/Cms l intercepto. Con esta informacin se puede calcular Cms.

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En la Fig.10, se puede observar una curva tpica de adsorcin slido-lquido. La forma de la curva indica que la adsorcin ocurre en multicapas.

Varios parmetros pueden ser usados para caracterizar la mojabilidad de un slido por un lquido, no obstante, el parmetro que se usa ms comnmente es el ngulo de contacto . Este ngulo, es el ngulo a travs del liquido, entre la interfase lquidoslido y la tangente a la interfase lquido-vapor (gas), en el punto donde se une el lquido, el slido y el vapor (Fig.11). Mediante un balance de fuerzas, Young [22] deriv una ecuacin que relaciona el ngulo de contacto con las energas interfaciales la cual establece que: cos = (sg - sl) / lg (18)

donde: sg, sl y lg son las energas interfaciales en el equilibrio, slido-gas, slido-lquido y lquido-gas, respectivamente. Como puede verse en la ecuacin 18, el ngulo de contacto formado por un determinado liquido sobre diferentes slidos, o por varios lquidos sobre un slido dado, depende de la diferencia (sg - sl), la cual es realmente la fuerza que define la mojabilidad.Fig.10 - Adsorcin del Dodecil Sulfato de Sodio sobre grafito a 25C.

5.-Mojabilidad y Angulo de Contacto En la Fig.11a, se observa una gota de un lquido posada sobre la superficie de un slido, estando ambos el lquido y el slido rodeados por aire La gota de lquido mantiene su forma esfrica, y contacta al slido, solo en un punto. En la Fig.11b, se observa que el mismo lquido al cual se le ha disuelto una sustancia qumica, se ha esparcido sobre la superficie del slido, desplazando de all el aire. En el primer caso decimos que el lquido no moja al slido, mientras en el segundo caso el lquido moja al slido. La diferencia fundamental, entre ambas situaciones radica en que en el segundo caso, disolvimos un surfactante en el lquido, el cual s adsorbi sobre la superficie del slido y en la superficie gas-lquido, modificando las energas libres interfaciales (slido-lquido o gas-lquido).

El ngulo de contacto, es un parmetro que puede ser observado directamente y describe la compatibilidad entre un lquido y un slido. S < 90 el lquido moja al slido, si > 90 el lquido no moja el slido y si = 0, l lquido se esparce totalmente sobre el slido o lo que es lo mismo el slido es totalmente mojable por el lquido. El grado de mojabilidad es controlado por los valores relativos de las tres energas interfaciales. Esas energas interfaciales estn relacionadas con enlaces (qumicos o fsicos) no compartidos en las superficies del lquido y el slido y en la interfase lquido-slido. As, podemos considerar varias situaciones: 1) Si, sg - sl = lg, de acuerdo con la ecuacin 18, cos = 1, luego = 0, lo cual significa que el slido es completamente mojable por el lquido. 2) Si sg - sl 90. Evidentemente que la escogencia adecuada de surfactantes permite promover los cambios a que hemos hecho referencia. La mojabilidad tambin se puede analizar en trminos del llamado coeficiente de esparcibilidad (spreading coefficient), Sl/s, definido como: Sl/s = sg (sl + lg) (19)

Fig.11 - Diagrama esquemtico de una gota de lquido posada sobre la superficie de un slido, estando ambos el lquido y el slido rodeados por aire.

La condicin Sl/s 0, asegura un ngulo de contacto igual a cero, lo cual indica una fuerte compatibilidad entre lquido-slido (mojabilidad completa), la condicin Sl/s < 0, indica mojabilidad incompleta y asegura la formacin de un ngulo de contacto finito entre el lquido y el slido. 6.- Aplicaciones Seguidamente discutiremos brevemente, algunas de las aplicaciones ms comunes de los surfactantes en las operaciones de produccin, haciendo nfasis en los aspectos descritos previamente y sin entrar a detallar la aplicacin, ya que eso escapa al espritu del presente artculo. 6.1-Formacin de Emulsiones de Bitumen en Agua Las emulsiones de bitumen en agua [23], se han utilizado como vehculo para producir y transportar dichos hidrocarburos y para usarlas como combustible en plantas generadoras de

Situacin similar puede observarse en sistemas donde se tienen dos lquidos inmiscibles y un slido. Mediante la disolucin de un surfactante en uno de los lquidos, se puede hacer que la mojabilidad del slido cambie de un lquido a otro. Como vemos, la mojabilidad requiere de la interaccin de un lquido con un slido. Esta interaccin permite, entre otros fenmenos el esparcimiento de el liquido sobre el slido, la penetracin del lquido en un medio poroso o el desplazamiento de un liquido por otro en una superficie. Lgicamente que la mojabilidad juega un papel muy importante en procesos de detergncia, en la recuperacin secundaria de crudos y en muchos procesos biolgicos.

Los surfactantes: comportamiento y aplicaciones

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electricidad. La caracterstica fundamental de dichas emulsiones, es la de poseer una alta estabilidad y una viscosidad que es varios ordenes de magnitud menor que la viscosidad del bitumen original. Bajo estas condiciones, el bitumen puede ser producido, desalado, deshidratado, bombeado y transportado a travs de oleoductos y en tanqueros y manejado sin dificultad en plantas generadoras de electricidad Para que el bitumen se emulsifique en agua, y se forme un producto estable, es necesario que el surfactante forme una solucin micelar acuosa (Winsor Tipo I). Esto significa, que en las formulaciones de emulsiones de bitumen en agua es importante que el surfactante este bajo condiciones que le permitan estar disuelto en el agua. Si el surfactante se disuelve en el bitumen (Winsor Tipo II), se forman emulsiones de agua en bitumen, las cuales poseen viscosidades extremadamente altas y no pueden ser usadas con fines de transporte. Por otra parte, la produccin comercial de emulsiones de bitumen en agua, se efecta utilizando mezcladores en lnea, en los cuales el tiempo de residencia del sistema: agua-bitumen-surfactanteaditivos es muy pequeo. Por consiguiente, es necesario que el surfactante se adsorba rpidamente a la interfase bitumen-agua, para facilitar la formacin y estabilizar la emulsin inmediatamente despus de formada. Este hecho significa, que el surfactante seleccionado adems de formar emulsiones estables, debe poseer la propiedad de adsorberse rpidamente en la interfase, luego los estudios de cintica de adsorcin son muy importantes en esta aplicacin. 6.2.-Recuperacin Mejorada de Crudos Mediante Soluciones Micelares El petrleo, junto con agua y gas se acumulan en los poros de la roca del yacimiento. La cantidad de petrleo que se produce espontneamente debido a la presin natural que existe en el yacimiento, mas el producido debido a la inyeccin de agua o gas nunca es mayor al 40% del petrleo originalmente en sitio. Este fenmeno se debe a efectos viscosos que impide la fluidez del petrleo y a fuerzas capilares, que por efectos microscpicos retiene el petrleo en el medio poroso. As pues, el desplazamiento del petrleo residual, esta supeditado a una competencia entre fuerzas viscosas y capilares, la cual se expresa a travs del llamado nmero capilar Nc, definido como: Nc = /cos (20)

sintticos o naturales, siendo estos ltimos, algunos de los compuestos qumicos que forman parte del crudo mismo [25]. Otro aspecto importante que debe ser tomado en consideracin, cuando se desarrollan procesos de recuperacin mejorada con surfactantes, es la adsorcin de estos sobre la superficie de la roca del yacimiento. Los surfactantes seleccionados deben adsorberse muy poco sobre la superficie del medio poroso, para evitar que el proceso se haga irrealizable desde el punto de vista econmico. Por tanto, deben hacerse estudios de adsorcin slido-lquido, para optimizar las condiciones de proceso. 6.3.- Lodos de Perforacin Variadas y fundamentales son las funciones que ejercen los lodos durante el proceso de perforacin [26]. En general un pozo de petrleo o gas no puede ser perforado, sin una circulacin continua de un fluido de perforacin, puesto que este facilita el proceso y preserva el hoyo hasta que este est protegido por el casin. Por consiguiente, el xito de la perforacin de un pozo, radica en la escogencia del lodo apropiado para tal fin. Los lodos son bombeados al hueco que se perfora, a travs de una tubera de perforacin, de la cual salen a unos agujeros existentes en la mecha de perforacin y retornan a la superficie por el espacio anular, existente entre la tubera de perforacin y la pared del hoyo. Una vez en la superficie los lodos son procesados para removerles el gas, los ripios y las partculas finas que transportan desde la zona de perforacin. Para evitar que los lodos sufran cambios irreversibles en su composicin, durante su uso y procesamiento, as como para evitar el dao a la formacin por parte de los lodos, estos deben ser formulados en forma adecuada y precisa [2, 27,28]. Los tipos ms comunes de lodos conocidos son, los lodos en base agua, los cuales son emulsiones de aceite en agua y los lodos en base a aceite que son emulsiones de agua en aceite [2]. Estas emulsiones lgicamente contienen otra serie de aditivos que permiten ajustar las propiedades y estabilidad del lodo. Tambin se utilizan en ciertas operaciones lodos en base a gas (espumas), su uso esta restringido a perforaciones en yacimientos con baja presin. La gran mayora de los lodos de perforacin son lodos base agua. Estos lodos contienen un aceite emulsificado en agua [29], por lo cual es necesaria la presencia de un surfactante soluble en agua para formar dicha emulsin (sistema Tipo I de Winsor). El agua de la fase continua de esta emulsin, puede ser agua fresca, agua salada o agua de mar, lo cual depende de la disponibilidad de agua o de las propiedades del lodo a preparar. Por consiguiente la seleccin del surfactante para estabilizar la emulsin, debe hacerse tomando en cuenta la concentracin de sales en el agua. Adems del agua, el aceite y las sales, los lodos en base agua y dependiendo de las caractersticas de la formacin donde se usan contienen otra serie de aditivos, que permiten controlar la densidad y las propiedades reolgicas del fluido. De igual forma, los lodos contiene en su formulacin sustancias qumicas que actan como: defloculantes, agentes de control de filtrado, estabilizadores de escamas, lubricantes, inhibidores de corrosin, antiespumantes etc. Para mayores detalles sobre estos aditivos se recomienda al lector revisar las referencias [26,30-34]. Los lodos en base aceite, contienen como base fundamental una salmuera emulsificada en el aceite [26, 29, 33, 34], es decir son

donde: y son la viscosidad y la velocidad por unidad de rea del fluido desplazante, es la tensin interfacial y el ngulo de contacto. El desplazamiento del petrleo residual, solo se logra cuando se alcanza un valor mnimo del nmero capilar de aproximadamente 10-6 [24]. Este valor debe ser incrementado en tres o cuatro ordenes de magnitud, si la saturacin de petrleo en yacimientos mojados por el crudo se quiere reducir a cero y aun ms, en el caso de yacimientos mojados por agua [6]. Para lograr disminuir apreciablemente, la saturacin residual, es necesario incrementar el valor del nmero capilar disminuyendo la tensin interfacial (crudo-agua), a valores ultrabajos del orden de 10-3 o 10-4. La presencia de surfactantes, bajo condiciones fsico-qumicas apropiadas, las cuales se logran a travs de estudios de comportamientos de fase, permiten lograr las tensiones interfaciales requeridas (Fig.8). Los surfactante que se usan, pueden ser

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un sistema Winsor Tipo II, donde el surfactante esta disuelto en el aceite. Estos lodos, adems del aceite, la salmuera y los surfactantes, contienen aditivos para control de filtrado, viscosificantes y compuestos con actividad interfacial que hagan los slidos dispersos mojables por el aceite. Como vemos, la presencia de surfactantes y los efectos interfaciales son fundamentales en la formulacin de estos fluidos. Estos lodos tienen mltiples aplicaciones ya que son resistentes a los contaminantes, son estables a altas temperaturas y presiones, muy buenos lubricantes y no son corrosivos. Los lodos en base aceite, han presentados serios problemas de contaminacin ambiental, por lo cual su uso se ha visto restringido. Actualmente, estn tomando auge los llamados lodos sintticos [35], los cuales se basan en el uso de aceites menos contaminante [36], que el diesel normalmente usado en los lodos base aceite. El aceite usado en estos lodos, esta constiuidos normalmente por compuestos orgnicos sintticos, tales como poliolefinas, teres, esteres y alquil bencenos lineales. Estos lodos presentan el inconveniente de ser muy costosos, no obstante, tal problema puede ser compensado, mediante el rehuso de los mismos y mediante ahorros en la disposicin de desechos de perforacin [37]. Otro aspecto importante que debe tomarse en cuenta cuando se selecciona el surfactante o la mezcla de surfactantes, para formular un lodo, es el efecto de la temperatura sobre la estabilidad del sistema. En muchos casos los lodos son sometidos a altos esfuerzos de corte y elevadas temperaturas, condiciones bajo las cuales la estabilidad de una dispersin se ve afectada. Estos efectos deben ser tomados en cuenta durante los estudios de seleccin de los aditivos. Es importante insistir, sobre la importancia de los surfactantes en la formulacin de los lodos de perforacin. Podemos afirmar, que sin la presencia de surfactantes, adecuadamente seleccionados, siguiendo los principios fundamentales de su comportamiento fsico-qumico, no es posible formular, formar ni mucho menos usar con xito un lodo de perforacin. 6.4.- Espumas El uso de las espumas en algunas de las operaciones de produccin de petrleo es bien conocido [38]. As, por ejemplo, se utilizan como lodos de perforacin, en recuperacin mejorada y como agentes bloqueadores en procesos de acidificacin de pozos. Sin entrar a discutir cada uno de los procesos en los cuales las espumas son agentes fundamentales, debemos decir que en cada uno de ellos la estabilidad de estos sistemas juega un papel preponderante. Las espumas son dispersiones de un gas (aire, nitrgeno, dixido de carbono) en un lquido, en las cuales normalmente menos del 10% (v/v) es lquido. Las espumas consisten de una aglomeracin de burbujas con formas polidricas (Fig.12), separadas por una pelcula muy fina de fase continua. Tres de estas pelculas convergen en el borde de Plateau(BP), cuya curvatura da origen a una diferencia de presin, entre l liquido en la pelcula lquida interfacial y el lquido en los bordes de Plateau. Esta diferencia de presin (mayor presin en la pelcula lquida) origina un flujo de lquido desde la pelcula lquida interfacial hacia los bordes de Plateau. Eventualmente, la pelcula lquida que separa las burbujas de gas desaparece y la espuma colapsa. En la formulacin de una espuma es necesaria la presencia de un surfactante, el cual al adsorberse a la interfase gas lquido, genera en la pelcula lquida que separa a las burbujas, una

Fig.12. Estructura polidrica de una espuma.

presin conocida con disjoining pressure, la cual se opone al flujo de lquido hacia los bordes de Plateau, evitando la destruccin de la espuma [39,40]. La seleccin del surfactante, lgicamente debe tener en cuenta las caractersticas del gas a ser dispersado, la presencia de electrolitos en el medio donde se va a utilizar la espuma y por supuesto la temperatura. Cuando la espuma se inyecta en un yacimiento, debe entrar en contacto con el crudo residual que all se encuentra. Las caractersticas de ese crudo tambin pueden afectar la estabilidad de la espuma, en este sentido, ha habido mucha controversia, se dice que si el coeficiente de esparcibilidad del crudo sobre la solucin acuosa del surfactante es positivo, el crudo desestabiliza la espuma si es negativo no produce efectos[41]. En efecto, si el crudo se esparce sobre la solucin acuosa del surfactante, significa que el surfactante se adsorbe a la interfase crudo-agua, quitndole surfactante a la espuma y desetabilizandola. Una situacin parecida se tiene cuando las espumas se usan como lodos de perforacin. Su estabilidad y propiedades reologcas deben ser controladas adecuadamente para el logro de sus funciones. Estabilidad durante la interaccin con los ripios provenientes de la perforacin y una adecuada reologa para facilitar su manejo durante el proceso. 6.5.-Daos a la Formacin Se considera como un dao a la formacin, cualquier efecto que restrinja el flujo de fluidos desde el yacimiento hacia el pozo. Este efecto es producido por una variedad de razones, muchas de ellas asociadas a cambios que ocurren en las interfases lquido-lquido y/o lquido-slido. Los cambios a que hacemos referencia, son inducidos por variaciones, que en alguna forma se producen en la composicin de los fluidos (agua o petrleo), presentes en las regiones del yacimiento cercanas al pozo. Un caso frecuente de daos a la formacin es el causado por la migracin de finos[42-44]. Los finos son partculas que se encuentran adheridas a la superficie del medio poroso y las cuales al desprenderse, se dispersan en los fluidos desplazndose con estos hasta llegar a un cuello, donde se atascan produciendo taponamiento y reduccin la permeabilidad. Los finos se encuentran adheridos a la superficie de la roca por fuerzas de atraccin de Van der. Walls, las cuales dependen del dimetro de la partcula y de la distancia de separacin entre las superficies. Al mismo tiempo, entre el fino y la roca existen fuerzas

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de repulsin electrostticas, las cuales son severamente afectadas por la fuerza inica del medio [45]. Si la fuerza inica aumenta (incremento de la concentracin de electrolitos), el espesor de la doble capa elctrica que rodea al fino y a la roca, disminuye, disminuyendo considerablemente la repulsin electrosttica. De esta forma, las atracciones de Van der Walls, superan la repulsin electrosttica, estabilizando el fino. Caso contrario, es decir a bajas concentraciones de electrolito, la repulsin supera la atraccin, el fino se desprende y migra, creando las causas para daar la formacin. El control de la fuerza inica del medio es vital para evitar este tipo de dao. Lgicamente que otros factores tambin deben controlarse para evitar el taponamiento por migracin de finos, entre estos factores tenemos: el pH del medio, la viscosidad del fluido, la velocidad del fluido, la temperatura etc. El bloqueo por emulsiones es otro efecto que causa singulares problemas en la productividad de un pozo. El bloqueo se produce debido a que las emulsiones formadas poseen una alta viscosidad, la cual restringe el flujo de los fluidos hacia el pozo. Si bien, hay muchas contradicciones en cuanto al mecanismo de formacin de emulsiones en el medio poroso, su presencia all ha sido comprobada [46] Las emulsiones se estabilizan, bien por la presencia de surfactantes naturales en los crudos, o por el efecto producido por los surfactantes presentes en los lodos de perforacin. Como se sabe durante el proceso de perforacin, debido a que el gradiente de presin hidrosttica es mayor que la presin de la formacin, el filtrado del lodo o este en forma completa, pueden mezclarse con los fluidos del yacimiento. Como consecuencia se introducen en el medio poroso, cantidades apreciables de surfactantes, los cuales promueven la formacin de las emulsiones de agua en petrleo, al adsorberse a la interfase crudo-agua y ser sometido el sistema a un cierto cizallamiento [47]. Se ha demostrado que la formacin de emulsiones puede disminuir la produccin de un pozo hasta en un 80%. Si bien algunos surfactantes son los responsables por la estabilizacin de emulsiones que daan la formacin, existen otros que son capaces de romper esas emulsiones y restablecer la permeabilidad absoluta del medio poroso [48]. La seleccin de estos surfactantes, y de las condicione fsico-qumicas bajo las cuales deben actuar, deben hacerse siguiendo procedimiento tcnicocientficos muy rigurosos, puesto que una mala practica puede empeorar el problema. Un procedimiento que normalmente se sigue, es el de realizar estudios de comportamientos de fase, estabilidad de emulsiones y medidas de tensiones interfaciales. Como hemos mencionado previamente, en un sistema trifsico (Windsor Tipo III), la tensin interfacial de un sistema: agua-crudosurfactante-otros aditivos, debe ser mnima, al igual que su estabilidad y viscosidad [49-51]. Estas propiedades de los sistemas: agua-crudo, son las que deben tomarse en cuenta, para establecer un sistemas qumicos adecuados, que permitan, restablecer la permeabilidad absoluta. Los cambios en mojabilidad, tambin tienen un efecto apreciable en la productividad del pozo [52-54].La invasin de la formacin por surfactantes que estn presentes en los lodos de perforacin, puede generar cambios en la mojabilidad de la roca (de mojada por agua a mojada por crudo) [55,56]. Este efecto se puede manifestar en una disminucin de la permeabilidad absoluta del medio poroso, con lo cual la productividad del pozo disminuye. Existen surfactantes capaces de retornar el medio poroso a su mojabilidad

original. Su seleccin puede hacerse a travs de medidas de ngulos de contacto. CONCLUSIONES Los surfactantes son sustancias muy verstiles, que presentan un comportamiento qumico especial y que pueden utilizarse en diversas aplicaciones en la industria petrolera. Los surfactantes se adsorben en interfases: lquido-gas, lquido-lquido y lquido-slido, cambiando sustancialmente las energas de interaccin entre las fases, en dichos sistemas. La adsorcin de surfactantes en interfases, ha sido ampliamente estudiada, existiendo herramientas experimentales y tericas para establecer el comportamiento de los mismos. La aplicacin de los surfactantes en la industria petrolera es muy amplia y variada, notndose la presencia de estos, en casi todas las actividades de produccin. Para que un sistema surfactante, sea eficiente, en alguna de las operaciones de produccin de petrleo, su seleccin debe hacerse siguiendo procedimientos experimentales rigurosos y ajustndose a los aspectos tericos que los rigen.

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