Químicos Sólidos Microencapsulados

La encapsulación consiste en partículas conformadas por una matriz sólida inorgánica porosa o membrana polimérica, que resulta contenedora de una sustancia activa. El material o solución de materiales a encapsular puede ser cubierto o atrapado dentro de otro material o sistema. Este proceso innovativo aplica una tecnología que permite el encapsulado de líquidos en una matriz de partículas sólidas, a través de un proceso de contacto íntimo y específico entre ambas partes, que ocurre a nivel de las partículas individuales de la matriz sólida, lo que lo diferencia de una simple mezcla de componentes. Esta aplicación reúne entonces dos tecnologías tradicionales, carrier sólidos y principios activos líquidos para lograr un nuevo producto: activo micro o nano encapsulado sólido con características superiores en cuanto a eficacia respecto de los dos precursores. De esta manera se cambia la matriz de solvente líquido por una matriz de partículas sólidas.

En general, la microencapsulación permite la protección y liberación prolongada y selectiva de sustancias sensibles. Se trata de un procedimiento tecnológico que protege a las sustancias y principios activos sensibles frente a agentes externos. A través de un micro y nano encapsulado son protegidos de la reacción con otros compuestos y se genera un efecto barrera que evita su deterioro por acción de la temperatura, luz, oxígeno, humedad o condiciones del medio (pH).

Ventajas:

• No genera residuos.

• Permite obtener materiales encapsulados con el máximo de principio activo líquido posible de ser absorbido.

• Con este proceso se logra hasta 70% de microencapsulación del Activo en la matriz de Carrier, manteniendo el aspecto seco y fluido del sólido original. El desarrollo de nuevos carriers puede incluso aumentar esta fracción.

Aplicación Oil&Gas

La producción de los pozos petróleo y gas se ve afectada por la aparición de distintos problemas que tienen su origen en las características fisicoquímicas de dichos pozos. Estos problemas generan pérdidas de producción y deterioro irreversible de los equipos.

Existen muchos métodos de tratamiento de pozos en producción con inhibidores, con el fin de mejorar y prolongar su producción. Muchos yacimientos productores tienen cierta permeabilidad en su matriz que permite que los líquidos se filtren en el yacimiento y, lentamente, se introducen en el fluido producido. Esta técnica se ha utilizado durante muchos años y es especialmente eficaz en los pozos que han sido fracturados hidráulicamente.

Un desarrollo reciente ha utilizado un tipo de sólido con una cierta porosidad, que le permite a dicho sólido ser saturado con inhibidores líquidos. Estos inhibidores sólidos rellenos con líquidos consisten en esferas de flujo libre, sin propiedades líquidas aparentes.  Los sólidos se pueden emplear por ejemplo en combinación con agentes de sostén durante los tratamientos de fractura hidráulica para estimular el pozo y proporcionar protección a largo plazo. Muchos de estos tratamientos han proporcionado más de dos años de inhibición, inclusive en aquellos pozos donde se observaron históricamente problemas de incrustaciones y de parafinas en un lapso menor a seis meses en los pozos fracturados sin la protección de un inhibidor sólido. Por ello los inhibidores sólidos se están convirtiendo en un procedimiento aceptado y requerido en muchas de estas terminaciones.

Desarrollo de aplicación de Químicos sólidos Microencapsulados para Oil&Gas

ANTECEDENTES. La aplicación mundial de inhibidores sólidos de liberación lenta en pozos de petróleo tiene su antecedente en una patente de Baker Hughes del año 2004 (ES2308019T3). Esta invención se refiere a un método para tratar pozos de petróleo, gas e inyección de agua con productos químicos, por ejemplo, para reducir la corrosión, incrustaciones, asfáltenos y otros estados indeseables, y a una composición para practicar el método. Esta invención se refiere particularmente a un método para la colocación controlada de tales productos químicos, al desprendimiento controlado de estos productos químicos, y a una composición útil para practicar el método.

Los fluidos procedentes de los pozos de petróleo que penetran una formación petrolífera principalmente incluyen petróleo y agua y se denominan aquí fluidos de formación. Un fluido de formación puede contener también gas natural que puede que sea deseable o no y puede ser el producto principal de un pozo dado, en tal caso el pozo se denomina pozo de gas. Un fluido de formación puede contener también CO₂ y a menudo puede contener compuestos insolubles en petróleo y en agua tales como arcilla, sílice, ceras y asfáltenos, que existen en forma de suspensiones coloidales. Además de los componentes ya listados, los fluidos de formación pueden incluir también componentes inorgánicos que pueden precipitar para formar incrustaciones de minerales. Estos materiales pueden ser indeseables en la exploración y la producción de petróleo y gas.

Se sabe en la técnica de la producción de petróleo y gas eliminar o mitigar los efectos de estos materiales indeseables. Por ejemplo, durante la producción de petróleo y gas en pozos de producción, la perforación de nuevos pozos, o el reacondicionamiento de pozos existentes, muchos productos químicos, denominados aquí "aditivos", que incluyen inhibidores de las incrustaciones, inhibidores de parafina, inhibidores de la corrosión y similares, se inyectan a menudo desde una fuente en la superficie dentro de los pozos para tratar los fluidos de formación que fluyen a través de tales pozos para prevenir o controlar la precipitación de incrustaciones de minerales, parafinas, y para proteger el pozo de la corrosión. Estos aditivos se pueden inyectar continua o discontinuamente por medio de una conducción o tubería que se hace ir desde la superficie hasta una profundidad conocida dentro de la formación, típicamente aguas arriba de la localización de problema. Además, un aditivo se puede inyectar dentro de una formación cerca de la perforación vía una técnica comúnmente denominada tratamiento "a presión", desde la cual el aditivo se puede desprender lentamente dentro del fluido de formación. A partir de esta patente, distintas empresas han desarrollado distintos químicos sólidos para su uso en pozos de petróleo.

INHIBIDORES SÓLIDOS MICROENCAPSULADOS
Los inhibidores sólidos están entonces constituidos por esferas de carrier, especialmente desarrolladas con características de porosidad y permeabilidad, que contienen en el interior de su estructura el principio activo inhibidor. De forma tal que el inhibidor es liberado lentamente desde el interior de la esfera, mientras el pozo se encuentra en producción.

Los productos son sólidos con una conformación y micro-estructura determinada que les confiere la misma o mejor performance instantánea que el producto líquido homólogo, y además se agrega acción residual a largo plazo, sin necesidad de tener que reponer el producto como en el caso del líquido, y también liberación controlada, por la  cual el químico liberado es el requerido por el problema a tratar, lo que reduce la merma de producto y no hay desperdicio de químicos en el medio ambiente.

A medida que fluido de producción pasa a través del sólido, el inhibidor es liberado. Es decir que en la medida en que el fluido de producción toma contacto con el inhibidor sólido, el químico encargado de la inhibición fluye inhibiendo la formación contra parafinas, incrustaciones, corrosión, bacterias, etc. Por consiguiente, la producción del pozo es la que determina la cantidad de inhibidor liberado. Sólo una pequeña cantidad de inhibidor es necesaria para la inhibición. Ningún tiempo de contacto es requerido para lograr dicha inhibición, es la tasa de flujo del pozo quien determina la cantidad de químico liberado.

La versatilidad de la técnica de microencapsulado permite además la selección y desarrollo de nuevos carriers sólidos, con características estructurales y funcionales que se puedan ajustar a los requerimientos específicos de cada cliente. Las matrices sólidas se seleccionan a través de un proceso de evaluación de tamaño y estructura de partícula requerida para cada aplicación y de la capacidad de absorción –desorción requerida. Un ejemplo de esto es la selección de carriers con tamaño y permeabilidad específica que puedan ingresar y disponerse adecuadamente y liberar de manera controlada el activo en una formación rocosa durante la actividad de producción de gas y petróleo.

El proceso de encapsulación permite obtener materiales encapsulados con el máximo de principio activo líquido posible de ser absorbido, logrando hasta 70% de microencapsulación del Activo en la matriz de Carrier, manteniendo el aspecto seco y fluido del sólido original. El desarrollo de nuevos carriers puede incluso aumentar esta fracción.

FORMA DE APLICACIÓN
Existen muchos métodos de aplicación de estos sólidos, siendo los más comunes:
A) Producción: Una de las áreas de aplicación de los inhibidores sólidos está constituida por pozos en producción que han tenido, históricamente, problemas de productividad. Dado que estos pozos fueron completados sin ningún tipo de aplicación de inhibidores sólidos, muchas empresas de producción buscan con esta tecnología remediar estos problemas. La aplicación se realiza a través de un coiled tubing que permite colocar el inhibidor sólido en el rathole (fondo de pozo), desde donde el producto actuara liberando el principio activo a medida que fluido de producción toma contacto con el inhibidor sólido. Es la tasa de flujo del pozo quien determina la cantidad de químico liberado. Con esta tecnología es posible aplicar significativamente menos cantidad de químicos sólidos respecto del uso de los líquidos homólogos, debido a la acción focalizada y liberación gradual dentro del pozo.

B) Fractura: Es el momento más adecuado para aplicar el tratamiento, ya que la inhibición comienza desde el momento que se pone en producción el pozo. Es el tratamiento más efectivo a lo largo del tiempo. Las micro-esferas sólidas están diseñadas para ser mezcladas con el agente de sostén. La selección en tamaño y forma permite que los sólidos sean aplicados junto con el agente de sostén (proppant), y se incorporan fácilmente en los trabajos de fractura, donde se puede dosificar en el tubo mezclador o en la tolva.

Los productos microencapsulados tienen varias ventajas en el sector petrolero:

• Acción instantánea del sólido al entrar en contacto con el sistema líquido, y además se agrega acción residual a largo plazo, sin necesidad de tener que reponer el producto como en el caso de productos líquidos.

•  Liberación controlada, por la cual el químico liberado es el requerido por el problema a tratar, lo que reduce la merma de producto y no hay desperdicio de químicos en el medio ambiente. Las cantidades que se utilizan son significativamente inferiores que en el caso de los mismos productos líquidos.

• Posibilidad de mezclar varios inhibidores sólidos para atacar varios problemas (incrustaciones, corrosión, parafinas, H₂S, bacterias) en una única aplicación, logrando la acción combinada de varios químicos activos en una sola dosificación, reduciendo la cantidad de material agregado, y evitando tener que agregar n cantidad de líquidos homólogos. Esta mezcla no se puede realizar en los actuales productos líquidos, ya que, al mezclar los activos líquidos concentrados, estos pueden interactuar y degradarse entre sí al estar alojados en una única matriz líquida, mientras que este proceso no ocurre y se evita al alojarlos en matrices sólida microencapsuladas individuales, donde tienen movilidad casi nula.

• Inhibición uniforme y más duradera.

• La encapsulación minimiza la adsorción del inhibidor en la formación.

• Los productos encapsulados sólido permiten su uso en aplicaciones de fractura (mezcla con agente de sostén Proppant), y pueden también emplearse para la protección a largo plazo de la producción (dosificación en rathole).

• Posibilidad de variar el tamaño de partícula del carrier acorde a cada aplicación y requerimiento específico.

• Productos sólidos fáciles de manejar y almacenar. Fáciles de limpiar, no hay derrame de líquidos.

•  Medioambientales: Los derrames no contaminan y se limpian fácilmente.  Por tener liberación controlada las cantidades que se utilizan son significativamente inferiores que en el caso de los mismos productos líquidos. Esto implica que la cantidad de químico enviada la formación (tierra) de los pozos de petróleo es muy inferior que en el caso de los líquidos. Muchos de los materiales empleados como carrier son de grado alimenticio por lo que no contaminan. Mientras que el carrier de los líquidos es normalmente un solvente contaminante.

• Para el trabajador: No existe riesgo de contacto con piel, ojos, nariz de líquidos peligrosos. Cantidades inferiores de producto, menor esfuerzo físico. Reducción de emisiones y vapores.

• Menor costo comparativo respecto de los inhibidores de corrosión líquidos, porque su performance respecto de la dosis (PPM) utilizada es superior a los químicos líquidos convencionales. Y menor costo de transporte.

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