En la industria petrolera, la inyección de agua consiste en inyectar agua en el yacimiento de petróleo para mantener la presión (también conocido como reemplazo de poros) o para impulsar el petróleo hacia los pozos y, de ese modo, aumentar la producción. Los pozos de inyección de agua pueden estar ubicados en tierra o en alta mar para aumentar la recuperación de petróleo de un yacimiento existente.
Normalmente sólo se puede extraer el 30% del petróleo de un yacimiento, pero la inyección de agua aumenta la recuperación (conocida como factor de recuperación) y mantiene la tasa de producción de un yacimiento durante un período más largo.
Las inundaciones comenzaron accidentalmente en Pithole, Pensilvania, en 1865. Las inundaciones se volvieron comunes en Pensilvania en la década de 1880. [1]
La mayoría de las fuentes de agua a granel se pueden utilizar para la inyección. Las siguientes fuentes de agua se utilizan para la recuperación de petróleo:
El agua producida se utiliza a menudo como fluido de inyección. Esto reduce la posibilidad de causar daños a la formación debido a fluidos incompatibles, aunque sigue existiendo el riesgo de formación de incrustaciones o corrosión en las tuberías o conductos de inyección. Además, el agua producida, al estar contaminada con hidrocarburos y sólidos, debe eliminarse de alguna manera, y su eliminación en el mar o en un río requerirá primero un tratamiento de limpieza de la corriente de agua. Sin embargo, el procesamiento necesario para que el agua producida sea apta para la reinyección puede ser igualmente costoso.
Como los volúmenes de agua que se producen nunca son suficientes para reemplazar todos los volúmenes de producción (petróleo y gas, además de agua), se debe suministrar agua de "reposición" adicional. Mezclar aguas de diferentes fuentes exacerba el riesgo de formación de incrustaciones.
El agua de mar puede ser la fuente más conveniente para las instalaciones de producción en alta mar y puede bombearse hacia la costa para su uso en yacimientos terrestres. Siempre que sea posible, la toma de agua se coloca a una profundidad suficiente para reducir la concentración de algas; sin embargo, generalmente se requiere filtrado, desoxigenación y tratamiento con un biocida.
El agua de acuíferos procedente de formaciones acuíferas distintas del yacimiento de petróleo, pero en la misma estructura, tiene la ventaja de su pureza y compatibilidad química, cuando es posible. Sin embargo, esto no se permitirá si el acuífero es una fuente de agua potable, como, por ejemplo, en Arabia Saudita.
El agua del río requerirá filtración y tratamiento con un biocida antes de la inyección.
Los filtros limpian el agua y eliminan impurezas, como sedimentos, conchas , arena, algas y otras materias biológicas. La filtración típica es de 2 micrómetros , pero depende de los requisitos del depósito. Después de la filtración, la materia restante en el filtrado es lo suficientemente fina como para evitar el bloqueo de los poros del depósito. Los filtros de arena son una tecnología de filtración de uso común. El filtro de arena tiene lechos con varios tamaños de gránulos de arena. El agua fluye a través de la primera capa de arena, la más gruesa, hasta la más fina. Para limpiar el filtro, el proceso se invierte. Después de filtrar el agua, continúa hacia la torre de desoxigenación. Los filtros de arena son voluminosos, pesados, tienen algún derrame de partículas de arena y requieren productos químicos para mejorar la calidad del agua. Un enfoque más sofisticado es utilizar filtros de pantalla retrolavables con autolimpieza automática (escaneo de succión).
La importancia de un tratamiento adecuado del agua es crucial; especialmente en el caso del agua de río y del mar, la calidad del agua de entrada puede variar significativamente (floración de algas en primavera, tormentas y corrientes que remueven los sedimentos del fondo marino), lo que puede tener un impacto significativo en el rendimiento de las instalaciones de tratamiento de agua. Esto puede dar como resultado una mala calidad del agua, la obstrucción biológica del yacimiento y la reducción de la producción de petróleo. [2]
Es necesario eliminar el oxígeno del agua porque promueve la corrosión y el crecimiento de ciertas bacterias . El crecimiento bacteriano en el yacimiento puede producir sulfuro de hidrógeno , una fuente de problemas de producción, y puede bloquear los poros de la roca.
Una torre de desoxigenación pone en contacto el agua de inyección con una corriente de gas (el gas se encuentra fácilmente disponible en el yacimiento petrolífero). El agua filtrada fluye por la torre de desoxigenación y salpica sobre una serie de bandejas o empaquetaduras, lo que hace que el aire disuelto se transfiera a la corriente de gas.
Un método alternativo o complementario, también utilizado como respaldo a las torres de desoxigenación, es agregar un agente eliminador de oxígeno como bisulfito de sodio y bisulfito de amonio.
Otra opción es utilizar contactores de membrana. Los contactores de membrana ponen el agua en contacto con una corriente de gas inerte, como nitrógeno, para eliminar el oxígeno disuelto. Los contactores de membrana tienen la ventaja de ser más livianos y compactos, lo que permite diseños de sistemas más pequeños.
Las bombas de inyección de agua de alta presión y alto caudal se colocan cerca de la torre de desoxigenación y de las bombas de impulsión. Llenan la base del depósito con el agua filtrada para impulsar el petróleo hacia los pozos como un pistón . El resultado de la inyección no es rápido, necesita tiempo.
En esta sección se describen la configuración de los elementos de la planta descritos anteriormente y sus condiciones de funcionamiento. Estos ejemplos son la antigua instalación de Amoco North West Hutton y la instalación de Buzzard en el Mar del Norte.
El sistema de inyección de agua tenía dos casos de diseño [3]
Las dos bombas elevadoras de agua de mar de servicio descargaron agua a 1590 m 3 /h y 30,5 psi (2,1 barg) a los filtros de agua de mar. Estos comprendían seis lechos filtrantes de medio dual (granate y antracita). El flujo normal era descendente. El flujo de agua y aire de retrolavado era ascendente y el agua de lavado se descargaba por la borda. [3] El retrolavado se iniciaba mediante una alta presión diferencial a través de un lecho filtrante.
El agua filtrada se encaminó hacia la parte superior del desaireador. Este era un recipiente vertical de 12,6 m de alto y 4,0 m de diámetro, cuyos componentes internos estaban compuestos por un lecho empacado. El aire se extrajo del agua mediante un flujo ascendente de gas combustible; el gas/aire se encaminó desde la parte superior del recipiente hasta la antorcha. Se inyectó un depurador de oxígeno en el recipiente del desaireador para eliminar cualquier oxígeno residual. El agua desaireada se extrajo de la base del recipiente mediante las bombas del desaireador y se transfirió al cabezal de agua fría que funcionaba a 90 psig (6,2 barg).
Los enfriadores de proceso y de servicio se abastecían desde el cabezal de agua fría, el agua tibia de los enfriadores se enviaba al tambor desgasificador donde se eliminaba el aire o el gas. Desde el tambor desgasificador, el agua pasaba a los filtros de inyección. [3]
El agua se filtraba en los filtros de inyección de agua, uno de servicio y otro de reserva/retrolavado. Desde los filtros, el agua se encaminaba hacia las bombas de inyección de agua.
Las tres bombas de inyección de agua tenían una capacidad de 221 m3/h cada una con una altura diferencial de 2068,5 metros (209 bar). Las bombas descargaban al colector de 3000 psi y a los cabezales de pozo. La única bomba de refuerzo de inyección de agua (221 m3 / h, altura diferencial de 1379 m3 (139 bar)) tomaba su succión de la descarga de las bombas de inyección de agua y descargaba al colector de 5000 psi (345 bar).
Había ocho pozos de inyección de agua, cada uno con una capacidad de 15.000 BWPD (99,4 m3 / h). [3]
En el campo Buzzard del Mar del Norte se utiliza una configuración y una tecnología alternativas . [4] Las bombas de elevación de agua de mar suministran 4.000 m3 / h a 12 barg al paquete de filtración gruesa de agua de mar. Después de la filtración, el agua se utiliza para enfriar el medio de refrigeración en los intercambiadores de placas del medio de refrigeración. 2322,7 m3 / h de agua de mar ahora a 6 barg y 20 °C se envían a los filtros finos y luego a la membrana de eliminación de sulfato, donde se utiliza la ósmosis inversa para eliminar los iones de sulfato del agua. [4]
El agua desulfatada fluye hacia la parte superior de la columna del desgasificador, que opera a un vacío parcial (0,3 bara) mantenido por la unidad de vacío del desgasificador. Los componentes internos del desgasificador comprenden tres lechos empacados. El agua desgasificada se toma de la base del desgasificador mediante bombas de transferencia que suministran 1632 m 3 /h a 3,6 barg al tambor de compensación del desgasificador. [4] Desde el tambor de compensación, el agua se transfiere a las bombas de inyección de agua que suministran agua a una presión de hasta 250.000 BWPD a hasta 11 pozos de inyección de agua. [5]
El agua producida también se inyecta en el embalse a una velocidad de hasta 350.000 BWPD. [6]
La tabla muestra el número de pozos de inyección de agua en una selección de instalaciones offshore principalmente en el Mar del Norte. [7]