Estudio de la mojabilidad y ángulo de contacto en sistemas crudo/sólido/fluido

Abstract

La mojabilidad es un parámetro clave en la localización, flujo y distribución de fluidos en un reservorio. Está íntimamente relacionada con las interacciones que ocurren, a escala microscópica, entre la superficie mineral y los distintos fluidos contenidos en el espacio poroso. Las interacciones roca-fluido pueden ser de origen electrostático, dispersivo y estructural. El ángulo de contacto es una propiedad termodinámica que provee una definición inequívoca de la mojabilidad. Por medio de la teoría DLVO, sobre estabilidad de dispersiones coloidales, se puede predecir el valor del ángulo de contacto de sistemas crudo/sólido/fluido, al considerar la contribución de fuerzas eléctricas, dispersivas y estructurales. Estas fuerzas de superficie son expresadas como una isoterma de presión de separación. En este estudio se aplicó dicha teoría para describir el comportamiento de mojabilidad sistemas crudo/sólido/fluido considerando tres crudos venezolanos, de diferente densidad y composición química; tres sólidos, característicos de formaciones minerales, y fases acuosas de diferente pH y salinidad. Los resultados obtenidos verifican la importante contribución de las interacciones estructurales a la estabilización de películas acuosas delgadas. Análogamente, para las interacciones del tipo de van der Waals, se observó su efecto de corto alcance. Las fuerzas de repulsión electrostáticas, que se oponen al efecto desestabilizador de las fuerzas atractivas de dispersión, tienen un alcance mayor. Se obtuvieron ángulos de contacto, en correspondencia con los datos experimentales reportados en la literatura, a presiones capilares altas. Se desconoce el porqué de esta situación pero ella puede atribuirse a fallas y limitaciones del método experimental, empleado para la medición de los mismos, ya que en éste no se controla la presión capilar. En la mayoría de los sistemas involucrados en el estudio se observó que los ángulos de contacto, correspondientes a películas gruesas, son representativos de una condición de mojado al agua. En el caso de películas delgadas, a valores más elevados de la presión capilar, se obtuvieron ángulos de contacto característicos de una condición de mojabilidad al crudo. Este resultado también evidencia el efecto desestabilizador que ejerce la presión capilar sobre las películas acuosas. Se observó una correlación lineal entre el logaritmo neperiano de los ángulos de contacto obtenidos teóricamente y el de la presión capilar. Los resultados obtenidos indican que la mojabilidad de los sistemas crudo/sólido/fluido depende de variables como el pH y salinidad del medio acuoso y el potencial eléctrico superficial. Estos parámetros regulan las fuerzas de superficie que mantienen alejadas las interfases sólido/agua y agua/crudo, manteniendo la integridad de la película acuosa que moja a la superficie del sólido. Es difícil establecer un comportamiento sistemático de la mojabilidad con respecto a estas variables debido a la complejidad de los diversos fenómenos fisicoquímicos involucrados. Con respecto a la composición química del crudo se observó, en la mayoría de los casos, un aumento de los ángulos de contacto a medida que el número ácido de éste disminuía. En cuanto a su densidad, no se observó una correlación generalizada entre ésta y los ángulos de contacto. Para minimizar las desviaciones del modelo teórico, con respecto a los sistemas reales, se deberían considerar un análisis más detallado de las propiedades del agua y de los hidrocarburos, los mecanismos mediante los cuales los componentes del crudo se adsorben sobre las superficies minerales y los factores dinámicos asociados a la adsorción de especies tensoactivas en las interfases crudo/sólido/fluido.