CALIDAD DE LAS AGUA DE FORMACIONEXPOSITORA:ALBA ENITH RODRIGUEZ OTAVOCOD: 2023348

INTRODUCCION

La calidad del agua est determinada por la hidrologa, la fisicoqumica y la biologa de la masa de agua a que se refiera. Las caractersticas hidrolgicas son importantes ya que indican el origen, cantidad del agua y el tiempo de permanencia, entre otros datos.

Segn los tipos de substratos por los que viaje el agua, sta se cargarn de unas sales u otras en funcin de la composicin y la solubilidad de los materiales de dicho substrato. As, las aguas que discurren por zonas calizas (rocas muy solubles) se cargarn fcilmente de carbonatos, entre otras sales.

Los parmetros ms comnmente utilizados para establecer la calidad de las aguas son los siguientes: oxgeno disuelto, pH, slidos en suspensin, DBO, fsforo, nitratos, nitritos, amonio, amoniaco, compuestos fenolitos, hidrocarburos derivados del petrleo, cloro residual, cinc total y cobre soluble .

AGUAS SUBTERRANEAS El agua subterrnea es considerada frecuentemente una fuente inagotable. Las reservas mayores de agua subterrnea son llamadas acuferos. ACUFEROS: Es una formacin geolgica subterrnea compuesta de grava, arena o piedra porosa, capaz de almacenar y rendir agua.

Los acuferos tienen la ventaja de que su agua no se evapora por estar subterrnea. Tambin es ms difcil contaminarlos al estar parcialmente protegidos por el suelo y las rocas.

Los acuferos pueden contener naturalmente concentraciones altas de calcio, magnesio, sodio, potasio, cloro y sulfato, lo que los hace inservibles para ciertos usos.

Anlisis cuantitativo de aguas producidas: Los anlisis cuantitativos de las aguas de yacimiento, pueden presentarse de diferentes formas. Deben expresar tanto la concentracin total, como la concentracin de cada una de las sales disueltas, o mejor, de cada uno de los iones presentes en la solucin.

Las propiedades del agua pueden cambiar en forma muy rpida despus del muestreo, siendo las ms usuales el pH, temperatura, contenido de gas disuelto, slidos suspendidos y poblacin bacteriana.

Muchas de las propiedades que son de principal importancia pueden, por lo tanto, ser determinadas nicamente, a travs de mediciones en el emplazamiento (en el campo). Es por esta razn que un anlisis completo comprende tanto mediciones de laboratorio como de campo.

Para facilitar la lectura y hacer ms cmoda la comparacin de las diferentes aguas entre s, los anlisis se presentan a menudo en forma de diagramas.

Figura 1. Diagramas de representacin grfica del agua

Anlisis cuantitativo por registros. Si un pozo de petrleo o gas empieza a producir agua, su anlisis qumico dir de qu horizonte proviene. Los anlisis qumicos del agua son importantes en proyectos de inyeccin de agua para aumentar el recobro, ya que el agua inyectada puede causar precipitados que daen la formacin o la tubera.

La resistividad del agua de formacin Rw, determinada de muestras de cuas de agua o de aguas profundas, puede ser engaosa, especialmente en reas donde el agua superficial ha llegado hasta la formacin, cambiando la salinidad inicial. De esta manera se han obtenido valores de So mucho mas bajos que los reales, debido a que a mayor Rw, mayor Sw y por consiguiente menor So.

Concentracin global La mayor parte de las aguas del yacimiento, son saladas, pero la concentracin de las sales disueltas, vara en proporciones importantes.

En un mismo horizonte-almacn, la concentracin de sales disueltas vara muy ampliamente de un punto a otro. A menudo, esta variacin parece ser resultado de una disolucin por el agua meterica que se infiltra por los afloramientos.

Uno de los efectos no despreciable desde el punto de vista petrolfero, de la presencia de sales disueltas en las aguas subterrneas, es el aumento apreciable de la densidad de las soluciones, (el crecimiento en la densidad es evidentemente funcin de la naturaleza de las sales disueltas).

Componentes Primarios

Los constituyentes normales y las propiedades medidas en el laboratorio son:

Cationes, Calcio (Ca++), Magnesio(Mg++), Sodio (Na+), Hierro(Fe+++), Bario(Ba++), Estroncio(Sr+++), Radio(R+++), Aniones, Cloruro(Cl), Carbonato(CO3), Bicarbonato(HCO3), Sulfato(SO4), Otras Propiedades: pH, Slidos suspendidos - cantidad, tamao, forma, composicin qumica, Turbidez, Temperatura, Gravedad especfica, Oxgeno disuelto, Dixido de carbono.

Adicionalmente, es normal medir los slidos totales disueltos (STD) lo que simplemente representa la suma de las concentraciones de todos los iones individuales.

Significado de los componentes y sus propiedades

Los elementos ms frecuentes en las aguas de yacimiento, as como en la mayor parte de las aguas subterrneas, son principalmente: cationes aniones

Cationes:El in de calcio se combinar fcilmente con bicarbonatos, carbonatos y sulfatos para formar precipitados insolubles.

Los iones de magnesio, por lo general, estn presentes slo en muy bajas concentraciones, formando una costra o residuo.

El sodio es el catin ms abundante presente en la salmuera de los campos de petrleo.

Normalmente no causa ningn problema de manipulacin, pero provoca que la salmuera no sea apta para consumo humano o animal siendo a menudo fatal para la vida vegetal.

El hierro usualmente es hallado en la naturaleza en muy bajas concentraciones. Su presencia a menudo indica problemas de corrosin.

-El bario es uno de los metales pesados y puede combinarse con los sulfatos para formar sulfato de bario insoluble. An en pequeas cantidades causa serios problemas. El bario tiene la propiedad de permanecer en la superficie por un largo perodo, debiendo evitarse en lo posible las descargas en la superficie.

Aniones:El principal problema en la manipulacin de los cloruros es que la corrosividad de la salmuera aumenta en grandes proporciones con el contenido de cloruros.

-Los carbonatos y los bicarbonatos pueden formar incrustaciones insolubles. Los sulfatos tambin forman incrustaciones, siendo tambin la "fuente de alimento" para las bacterias reductoras de sulfatos, la cual nos lleva a la formacin de cido sulfhdrico, H2S, en el reservorio.

Caracteres generales que se encuentran en la mayor parte de los anlisis de agua:

Contenido elevado de Cl-, Na+ y K+. El contenido en cloruros alcalinos, est a veces prximo a la saturacin, lo que explica la presencia de cristales de NaCl precipitados en algunos petrleos, durante la explotacin.

Contenido en sulfatos muy bajo. El contenido en iones SO4-2, es naturalmente menor que el contenido en iones Cl-, debido a su menor solubilidad. Este fenmeno, se atribuye generalmente, a la reduccin de los sulfatos por los hidrocarburos, ya se realice directamente o por medio de bacterias.

Una secuencia de la reduccin de los sulfatos, es la formacin de H2S y en las aguas de yacimiento se pueden encontrar en proporciones muy elevadas.

Parece adems, que la reduccin de los sulfatos, viene acompaada de reacciones complejas: en particular, la formacin de CO3-2 y CO3H- que provoca un desequilibrio de las concentraciones inicas relativas, producira la precipitacin de una parte del Ca++ en forma de CaCO3 ( depsitos de calcita de neoformacin en las proximidades de algunos yacimientos), segn un mecanismo todava mal explicado.

Los contenidos en carbonatos (CO3-2 y CO3H-), parecen muy variables de un agua a otra, influenciados sin duda en gran parte por la tensin del gas carbnico libre.

Los contenidos en Ca++ y Mg++, parecen tambin muy variables. Dependen del contenido en CO3-2, CO3H- y SO4-2.Se observa, que generalmente, la concentracin en Mg++ es menor que en Ca++, fenmeno que puede estar ligado con la dolomitizacin.

El amonio (NH4+), aunque no aparezca de forma sistemtica, parece presentar a menudo, concentraciones elevadas en el agua de yacimiento. Su presencia, quizs pudiera constituir un elemento interesante.

El resultado de las numerosas comparaciones de anlisis que se han hecho, es que no hay diferencias muy marcadas entre las aguas de yacimiento y las aguas subterrneas con fuerte concentracin, si se exceptan las anomalas de composicin muy localizadas y debidas a la misma presencia de los hidrocarburos: reduccin de sulfatos, presencia de H2S, y probablemente presencia de amonio

Otras propiedades:El pH es una medida de acidez o alcalinidad. Esto es importante en la formacin de incrustaciones (la tendencia a producir incrustaciones disminuye a pHs bajos).

El contenido de slidos suspendidos es la cantidad de slidos que pueden filtrarse de un determinado volumen de agua y que es usado como una base para estimar la tendencia a producir obturaciones en los reservorios de inyeccin.

CLASIFICACIN DE LAS AGUAS

Clasificacin Gentica. Basados en su historia :

1. Agua meterica. Es aquella que forma parte del ciclo hidrolgico o form parte en un pasado reciente. Qumicamente se caracteriza por una baja concentracin de slidos disueltos, usualmente < de 10.000 mg / litro y contienen considerables cantidades de iones bicarbonato, altas en sodio.

Figura 2. Grfico de Stiff para agua meterica

Tomado de Dickey,1986.

2. Agua connata. Bsicamente es el agua que queda atrapada en las rocas despus de su compactacin. Qumicamente son salinas, contienen entre 20.000 250.000 mg / litro de slidos disueltos.

3. Agua juvenil. Es aquella que ha ascendido desde el manto o de la parte inferior de la corteza y nunca ha tomado parte en el ciclo hidrolgico.

Figura 3. Grfico de Stiff para agua connata.

Tomado de Dickey,1986.

- Clasificacin Qumica.Tabla 1. Clasificacin qumica de las aguas.

Tabla 2. Clasificacin de las aguas por Sulim

AGUA PARA INYECCION EN EMPUJE CON AGUA Y RECOBRO MEJORADO- Empuje con agua. En general cualquier clase de agua puede causar tapones en los pozos de inyeccin, por esto es usual que las ratas de inyeccin declinen rpidamente. Cuando esto ocurre, sucede una elevacin de la presin, lo cual puede causar ruptura en la formacin, siendo devastador por sus efectos de dragado.

El tratamiento de las aguas para inyeccin naturalmente depende de la calidad de la fuente. Esta debe ser prcticamente no corrosiva y en lo posible libre de slidos en suspensin.

Para el caso en que el agua fresca hace contacto con minerales arcillosos autignicos , especialmente esmectitas, esta causa su hinchamiento. Sin embargo este efecto puede ser aumentado por el taponamiento de las arcillas, debido al dislocamiento de los bastones o escamas de caolinita.

El oxgeno en el agua de inyeccin corroe las tuberas de hierro y forma precipitados floculantes, los cuales actan como tapones en operaciones de inyeccin. Adems cuando el oxgeno es removido, las bacterias anaerbicas aparecen formando un fango, debido a esto se deben aadir bactericidas al agua inyectada.

-Recobro mejorado. Los cationes divalentes de Calcio y Magnesio, reaccionan con los surfactantes; sustancias que reducen la tensin interfacial y forman emulsiones estables de agua en aceite por ejemplo y con los polmeros inyectados durante las operaciones de recobro, causan precipitacin y destruyen su eficiencia.

Es comn inyectar un preflujo de agua fresca con el fin de remover el agua salada intersticial por procesos de desplazamiento miscible. Usualmente el cloruro de sodio se aade en el preflujo, para cambiar el calcio y el magnesio de las arcillas por sodio, el cual tiene menos efecto sobre las arcillas y las soluciones polimricas, aunque se debe tomar en cuenta que el preflujo no siempre es efectivo.

CONCLUSIONESEn las aguas de yacimiento, la concentracin de iones representa un equilibrio despus de una estancia en la formacin y la introduccin en el almacn de un agua de composicin muy diferente, presenta el riesgo de destruir este equilibrio y producir el fenmeno de precipitacin de sales en disolucin o de cambiar de base con los terreno, y de modificar por consiguiente profundamente, los caracteres de porosidad y permeabilidad.

La importancia que tiene el tratamiento de agua radica en que el agua es inyectada dentro de la fase acuosa o acufero, de tal manera que la presin en el reservorio no decline, adems en un proceso de recuperacin secundaria (una inundacin con agua) el agua arrastra el petrleo de los poros en el reservorio hacia el pozo.

El agua producida en el yacimiento constituye la mayor forma de contaminacin de las fuentes de agua potable, siendo altamente dainos niveles elevados de sales y slidos en suspensin, as como descargas de agua en superficie a elevadas temperaturas disminuyendo los niveles de oxgeno disuelto e interfiriendo en la propagacin y alimentacin de las especies

SPE 39487Water Quality Requirements and Restoring the Infectivity of Waste Water DisposalWells

Requisitos para la calidad del agua y restauramiento de la inyectividad del agua residual eliminada de los pozos

AUTORES:H.A.Nasr-El-Din, SPE, A.A. A1-Taq, Saudi Aramco

INTRODUCCIONEl agua separada en una planta de separacin gas-aceite en Arabia Saudita contena cantidades variables de aceite y slidos suspendidos.

Dos pozos fueron utilizados para la planta de agua residual producida, ambos pozos fueron perforados y completados en una formacin de arenisca. El pozo A fue perforado con un casing de 7, una profundidad de 7003 pies en diciembre de 1983y fue puesto en servicio en marzo de 1993 con una rata de inyeccin estimada de 5000 bbls/dia con una presin superior de inyeccin de 900 psi, luego en octubre de 1994, mientras la inyeccin se continuaba en el pozo B se cerr la inyeccin en el pozo A.

Despus de un ao la inyeccin de agua en el pozo A fue reasumida, sin embargo la presin superior de inyeccin fue de 2000 psi. Esta elevada presin indic que este pozo fue severamente daado.

Los objetivos de este estudio son:

1. Determinar los efectos de la contaminacin del aceite y los slidos suspendidos en los pozos inyectores.2. Entender los mecanismos de formacin de tapones.3. Desarrollar acciones preventivas para restaurar la inyectividad de los pozos daados.4.Recomendar pautas para la calidad del agua inyectada en trminos de slidos y el aceite suspendido.

Efecto de la calidad del agua sobre los pozos inyectores:La presencia de material suspendido (aceite y slidos) puede causar una declinacin severa en la inyectividad del pozo. De acuerdo a los estudios el dao depende del tamao de la partcula de los slidos y de el aceite presente en la inyeccin de agua as como el dimetro del poro de la formacin.

En conclusin se debe tener cuidado para prevenir el dao en la formacin debido a la invasin de slidos ajenos y aceite. La calidad del agua en trminos de estos slidos suspendidos y aceite deben ser medidos y relacionados con el tamao del poro de la formacin. Estas medidas son parmetros importantes que pueden ser usados para ayudar en la designacin de sistemas de filtracin adecuados que prevendrn daos en la formacin.

Figura 4. Mecanismos que deterioran la permeabilidad

Valoracin de la distribucin de las gargantas de poro.El pozo A no fue corazonado. Por consiguiente, tapones del centro de un pozo compensado fueron usados para determinar la distribucin de garganta de poro. La distribucin de la garganta de poro fue determinada usando un mtodo de inyeccin de mercurio.

La figura muestra la saturacin incremental como una funcin del radio de garganta de poro. La distribucin indic que el tamao de poro mximo es casi 20 micrones y el significado del tamao de poro es 2.8 micrones. Estos resultados indicaron que esta formacin es susceptible al dao de la formacin si la inyeccin del agua contiene partculas gruesas.

Figura 5. Distribucin de la garganta de poro del reservorio A

Factores que afectan y deterioran la permeabilidadLa Radio permeabilidad es definida como la permeabilidad de la salmuera cerca de algn tiempo dividido por la permeabilidad de la salmuera del corazn inicial.La figura retrata la variacin de la radio permeabilidad con el desperdicio del corazn para un tapn corazn con una permeabilidad inicial de 77 md

Figura 6. Radio permeabilidad como una funcin del desperdicio del corazn. Kj= 77 md

CONCLUSIONESLa planta de agua residual era corrosiva y contena una elevada concentracin de sulfuro de hidrgeno que reaccion con el hierro resultando una precipitacin de sulfuro de hierro, fomentando el dao de la formacin.Esta agua contena grandes partculas que causaron daos en la formacin formando una torta filtro externa.La planta de agua residual caus severos daos a los corazones del reservorio.