Experimentación y modelado a escala de laboratorio y banco de los fenómenos cinéticos, de adsorción y partición en un sistema roca-fluido-aceite en una prueba de trazadores de pozo único

Abstract

Esta investigación tiene como objetivo esclarecer algunos fenómenos que se involucran en una prueba de trazadores de pozo único: cinética química, adsorción y partición del acetato de etilo. Se utilizaron agua de formación sintética, aceite residual y roca de yacimiento (dolomita) de un campo situado en el sureste de México para los experimentos llevados a cabo en los sistemas a escala de laboratorio y banco. Se realizaron un conjunto de experimentos independientes diseñados para calcular el coeficiente de partición entre el acetato de etilo en agua de formación y el aceite residual, así como el desarrollo de un modelo cinético para la hidrólisis del acetato de etilo, la isoterma de adsorción del acetato de etilo y los modelos cinéticos para la adsorción del acetato de etilo en roca de yacimiento. Los experimentos fueron evaluados en un intervalo de concentraciones de 100-300 mmol L-1, condiciones similares a las utilizadas en el método de trazadores de pozo único. Todos los parámetros determinados a partir de estos experimentos fueron validados con los experimentos en el sistema trifásico, donde los fenómenos cinéticos químicos, de partición y adsorción se llevan a cabo al mismo tiempo; tanque agitado y lecho empacado. Se desarrolló un modelo pseudo-heterogéneo que considera tres fases constituidas por el agua de formación, la roca y el aceite residual que describe la interacción de los diferentes fenómenos involucrados. Los resultados pueden resumirse de la siguiente manera: (i) los coeficientes de reparto (KEA) obtenidos son aparentes variando en un intervalo entre 5 a 8, esto debido a limitaciones termodinámicas;(ii) el modelo cinético para la hidrólisis del acetato de etilo se desarrolló en condiciones básicas y ácidas, ya que en condiciones neutras la conversión de reacción es despreciable; (iii) el modelo de isoterma de Langmuir-Freundlich combinado y la cinética de Langmuir son los modelos que más se adecuan a los datos experimentales obtenidos al equilibrio y la velocidad de adsorción, respectivamente; (iv) la roca dolomita adsorbe cantidades significativas de acetato de etilo, obteniéndose una capacidad de adsorción máxima (qEAm) de 7 mmol.g-1 en las condiciones de estudio; (v)los fenómenos de adsorción del acetato de etilo sobre la roca dolomita se describen de forma más adecuada con un modelo cinético de adsorción que con el modelo de isoterma simplificado; (vi) los parámetros de partición, hidrólisis y adsorción evaluados en los experimentos independientes nos permiten describir los datos experimentales obtenidos en el sistema trifásico y el lecho empacado. Estos resultados ponen de manifiesto la importancia de considerar los mecanismos de partición, hidrólisis y adsorción en una prueba de trazadores de pozo único cuando se utiliza como trazador el acetato de etilo.