ES2246832T3

ES2246832T3 - Metodo para la extraccion de aceite por microemulsionamiento.

Info

Publication number: ES2246832T3
Application number: ES00911030T
Authority: ES
Inventors: Christopher Oldfield
Original assignee: Surfactant Technologies Ltd
Current assignee: Surfactant Technologies Ltd
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: GB2347682B; AU3303000A; GB0005923D0; WO2000054868A3; GB9905668D0; ATE300988T1; GB2347682A; DE60021714D1; WO2000054868A2; EP1165199B1; DK1165199T3; DE60021714T2; GB2347682C; EP1165199A2

Abstract

Método para la extracción de aceite a partir de un lodo de perforación residual o detritos de un lodo de perforación residual que comprende una fracción de aceite y una fracción de material particulado, que comprende mezclar los detritos del lodo de perforación residual con una disolución a base de agua de un tensioactivo, absorber la fracción de aceite a partir de la fracción de material particulado con el tensioactivo, formar una microemulsión de aceite en agua (o/w) de tipo Winsor IV de fase única a partir del tensioactivo y la fracción de aceite y separar la microemulsión o/w de tipo Winsor IV de fase única y la fracción de material particulado.

Description

Método para la extracción de aceite por microemulsionamiento.

Esta invención se refiere a un método para la extracción de aceite por microemulsionamiento y en particular a un método para la extracción de aceite contaminante de sólidos como los lodos residuales de las perforaciones.

Los lodos de perforaciones se usan como lubricantes y estabilizantes en la perforación de pozos como parte de la operación de obtención de petróleo. Hay un gran número de formulaciones diferentes, pero pueden subdividirse en sólo dos grupos, los que se basan en agua y los que se basan en aceite. Los lodos a base de agua utilizan agua con un contenido de cloruro de potasio KCl) del 75% en peso y varios silicatos que comprenden el 25%. A menudo se añade etilenglicol, junto con otros viscosificantes, hasta el 3-5% en peso. Se parecen mucho a los lodos a base de aceite en cuanto a sus características medibles, pero en el campo se distinguen por carecer de rendimiento en comparación con los lodos a base de aceite. En situaciones de perforación particularmente difíciles, por ejemplo, perforación horizontal (en contraposición a la vertical) como la practicada en el Mar del Norte, los lodos a base de agua no pueden emplearse.

Los lodos a base de aceite son superiores a los lodos a base de agua y se usan en perforaciones difíciles. Por ejemplo, los lodos a base de aceite se usan exclusivamente en operaciones de obtención de petróleo en el Mar del Norte, como consecuencia de la práctica de perforación horizontal.

Los lodos a base de aceite consisten en un aceite, que puede ser de origen mineral o sintético, más un detergente más cantidades variables de arcilla coloidal (por ejemplo, bentonita). Durante la perforación se bombea lodo de forma continua a la cabeza de perforación. El propio lodo lubrica y enfría la punta de perforación, mientras que las arcillas coloidales actúan como agentes de construcción de pared, que actúan para estabilizar las paredes del pozo. El lodo que regresa a la superficie lleva consigo los detritos de roca, que puede ser pizarra, arenisca o caliza, dependiendo del carácter de la formación rocosa que se esté perforando. En la superficie, el lodo empleado se separa en fracciones de lodo y detritos por centrifugación o por paso a través de un cedazo vibrátil (criba vibratoria de tela metálica) que retiene partículas de un diámetro aproximado >100 micrómetros. La fracción de lodo se recicla. La fracción de detritos, que contiene hasta un 25% en peso de aceite se desecha.

En el Reino Unido, The Brown Book (informe sobre energía para recursos petrolíferos y de gas natural en el Reino Unido -Departamento de Industria y Comercio-DTI) declara que en el Mar del Norte se perforan aproximadamente 350 pozos cada año y cada uno produce una media de 300 toneladas de lodos de perforación residuales. En consecuencia, puede estimarse que cada año se producen 105.000 toneladas de lodo de perforación residual y que se traen a tierra alrededor de 20.000 toneladas de detritos de perforación al año para su tratamiento.

La eliminación de la fracción de detritos supone un problema. Por ejemplo, tradicionalmente, en el Mar del Norte, la fracción de detritos se ha lanzado por la borda, donde se ha acumulado en columnas en la base de la plataforma de perforación. La UKOOA ("UK Offshore Operators Association", asociación de operadores en alta mar del Reino Unido) estima que hasta la fecha se acumulan actualmente entre 1 y 1,5 millones de toneladas de detritos en el lecho marino en el centro y norte de la plataforma continental del Reino Unido (UKCS) conteniendo casi 70.000 toneladas de aceite. A pesar de que esta práctica se remonta a los inicios de las operaciones de obtención de petróleo en el Mar del Norte, investigaciones recientes muestran que el material tiene un grave efecto desestabilizador en el ecosistema béntico debido a la lenta lixiviación de hidrocarburos de las columnas en el ambiente oceánico. En contra de las expectativas anteriores, no se produce la biodegradación de la fracción de hidrocarburo en las columnas, y ahora está claro que esto se debe a la naturaleza anaerobia de las columnas; la biodegradación de hidrocarburos es un procedimiento que requiere estrictamente oxígeno (aerobio).

La UKOOA ha catalogado los efectos en el ambiente béntico en cuatro zonas, como sigue:

1-: En la columna, normalmente con una huella de hasta 50 m, la fauna natural ha desaparecido. Estudios recientes han descubierto especies no habituales, que normalmente se encuentran en salidas hidrotermales y filtraciones naturales de petróleo, que han colonizado las columnas de detritos.

2-: Normalmente, a 500 m de la instalación hay un área de comunidades biológicas empobrecidas y muy modificadas, caracterizada por especies "oportunistas" que pueden aprovecharse de esas condiciones.

3-: Una "zona de transición" en la que las comunidades biológicas vuelven a la normalidad, normalmente a 2 km de la instalación.

4-: Un área más amplia en la que se detecta contaminación química, pero las comunidades biológicas aparecen con normalidad.

Como consecuencia, se aprobó en 1996 una nueva legislación que limita el contenido de aceite de los detritos vertidos por la borda hasta un máximo del 1% en peso (Comisión OSPAR - Decisión de la Comisión de París 92/2). También se decidió que los lodos basados completamente en aceite no deben descargarse en el mar.

Hasta ahora, no existe una tecnología basada en los equipos de perforación conveniente para ello. Las prácticas actuales de remediación implican transportar la fracción de detritos para su tratamiento en tierra. Estos tratamientos pueden resumirse como sigue:

Biorremediación (land-farming): La biorremediación se practica en países como Canadá y Noruega. La acción microbiana natural en el ambiente terrestre aerobio conduce a la oxidación del hidrocarburo residual en dióxido de carbono (y agua). Se trata de un procedimiento lento, que requiere mucho terreno, y no es una opción para países densamente poblados como el Reino Unido.

Incineración: la posibilidad de incineración a altas temperaturas se ha investigado en el pasado. La incineración requiere un mantenimiento de temperaturas extremadamente altas (hasta unos 750ºC) para garantizar la completa combustión y, por lo tanto, requiere mucha potencia. Como consecuencia la incineración no se considera económica.

Destilación: Los detritos se calientan en un horno a unos 350ºC eliminando el aceite hasta alrededor de un 0,5% en peso. Actualmente es la tecnología más viable con tres plantas en funcionamiento en el Reino Unido, que en conjunto tratan la mayor parte de las 20.000 toneladas que se traen a tierra. El procedimiento requiere, sin embargo, mucho energía.

Extracción con disolventes: Este procedimiento es una modificación de la destilación que implica la mezcla del residuo con un disolvente de hidrocarburo seguido por la eliminación de la mezcla de hidrocarburo por destilación. El procedimiento requiere mucha energía y utiliza volúmenes considerables de disolvente orgánico.

Procedimientos asistidos por microondas: La extracción asistida por microondas es una modificación del procedimiento de extracción con disolventes. Los disolventes en contacto con una muestra sólida se exponen a la energía de microondas hasta la división de los compuestos a partir de la matriz de muestra en el disolvente. La tecnología es descendiente directo de las digestiones ácidas por microondas en recipiente cerrado y las extracciones con disolventes. Los dos conceptos se han unido, con las cinéticas impulsadas por temperaturas elevadas y permitiendo extracciones con volúmenes reducidos de disolvente. De nuevo este sistema requiere mucha energía y potencia y no se considera económico.

Se prefieren un procesamiento basado en el equipo de perforación a un procesamiento basado en tierra, porque elimina los costes asociados con el transporte a tierra, ya que los detritos limpios pueden desecharse. Una tecnología viable basada en el equipo de perforación para la remediación de los detritos debe reducir el contenido de hidrocarburo residual (aceite) inferiores al 1% en peso. La infraestructura para soportarlo debe además adaptarse al tamaño, requisitos de peso y energía, y consideraciones de seguridad, acordes con la operación del equipo de perforación. Por estos motivos ninguna de las opciones de procedimientos enumerados anteriormente puede transferirse al entorno del equipo de perforación.

La aplicación de sistemas de microemulsión para la remediación de los lodos de perforación residuales ya se conoce en la técnica. El documento WO 99/05392 enseña que el tratamiento de muestras de lodo de perforación residual con una preparación de microemulsión de agua en aceite (w/o) puede reducir el contenido de aceite residual hasta el 3% en peso.

El uso de microemulsiones se conoce en la recuperación terciaria de petróleo. En la recuperación terciaria de petróleo, se introducen tensioactivos para generar tensiones superficiales ultra bajas para desplazar el petróleo de los capilares de roca sólida en pozos de petróleo casi agotados. Los tensioactivos no se emplean para eliminar el aceite contaminante de fases agregadas o sólidas como los lodos de perforación residuales. En la recuperación terciaria de petróleo, el petróleo se recupera en última instancia como una microemulsión de agua en aceite. De forma similar, las microemulsiones se emplean también en otra aplicación subterránea para la extracción de arena bituminosa.

Un objeto de la invención es superar los problemas de la técnica anterior.

Otro objeto de la invención es proporcionar un método para la extracción de aceite contaminante de sólidos tales como lodos de perforación residuales.

Según la invención, se proporciona un método para la extracción de aceite de lodo de perforación residual o detritos de un lodo de perforación residual que comprenden una fracción de aceite y una fracción de material particulado, que comprende mezclar los detritos de lodo de perforación residual con una disolución a base de agua de un tensioactivo, absorber la fracción de aceite a partir de la fracción de material particulado con el tensioactivo, formar una microemulsión de aceite en agua (o/w) de tipo Winsor IV de fase única a partir del tensioactivo y la fracción de aceite y separar la microemulsión o/w de tipo Winsor IV de fase única y la fracción de material particulado.

Un agente tensioactivo adecuado para utilizarse en el método de la invención tienen la fórmula general:

1

en la que

R_{1} = -H o -CH_{3}

R_{2} =

2

en la que n1 puede ser cualquier valor siempre que n1 < n

R_{1} = R_{2} =

3

en la que n1 puede ser cualquier valor siempre que n1 < n, o

R_{1} = -H o -CH_{3}

R_{2} =

4

en la que n1 y n2 pueden ser cualquier valor siempre que (n1+n2) < n, o

R_{1} = R_{2} =

5

en la que n1 y n2 pueden ser cualquier valor siempre que (n1+n2) < n.

Sorprendentemente, los solicitantes han descubierto que la fase de microemulsión de aceite en agua en una microemulsión facilita la extracción altamente efectiva del aceite a partir de sólidos contaminados con aceite. Se puede lograr la extracción hasta niveles inferiores al 1%, lo que proporciona una eficacia significativamente superior a la que podría lograrse con microemulsiones de agua en aceite o en series continuas. De manera similar, tales niveles de eficacia no pueden lograrse con las emulsiones convencionales. El uso de la fase aceite en agua en los sistemas aceite/agua facilita la encapsulación de aceite en el sistema por el tensioactivo para eliminar el contacto entre la superficie sólida de la fase sólida y el aceite para facilitar las extracciones del aceite. En consecuencia, aunque los solicitantes no desean restringirse a un teorema, se cree que la encapsulación del aceite, en contraposición a la mera reducción en la tensión superficial facilita en gran medida las extracciones eficientes según el método de la presente invención.

El método de la presente invención facilita, por lo tanto, la extracción eficiente de aceite empleando microemulsiones de aceite en agua al garantizar que la extracción se lleva a cabo en las fases de microemulsión de aceite en agua del sistema aceite/agua.

Por ejemplo, los solicitantes han descubierto que cuando se intentan extracciones en el dominio bicontinua del sistema, el aceite en el sistema se vuelve a exponer a los sólidos evitando así la extracción.

Como podrán apreciar los expertos en la técnica, la extracción por microemulsión de aceite en agua se puede controlar ajustando las razones de agua: aceite: tensioactivo y, si es necesario, cotensioactivo y floculante según se requiera. Las razones pueden determinarse valorando el contenido de aceite que se va a extraer del material y ajustando las proporciones relativas de los componentes del sistema aceite en agua para garantizar que la extracción se realiza en la fase de microemulsión de aceite en agua.

Esta invención proporciona, por lo tanto, un método para la remediación de lodos de perforación residual generados durante las operaciones de obtención de petróleo. El procedimiento de la invención se refiere a la eliminación del aceite de la fracción sólida de material particulado. El contenido de aceite residual de los sólidos puede reducirse a menos de un 1% en peso. En consecuencia los sólidos tratados según el método de la invención pueden volverse inofensivos y pueden desecharse lanzándolos al mar o en vertederos de residuos. Tal como se describe más adelante, los sólidos como los lodos residuales tratados según el método de la invención se tratan con una disolución acuosa de tensioactivo de modo que el aceite se extrae en forma de una microemulsión de aceite en agua (o/w).

La invención proporciona un método para la eliminación del componente de aceite de los detritos, que puede adaptarse para su uso en el equipo de perforación, y así el vertido directamente por la borda de los detritos. El procedimiento de la invención puede adaptarse para el tratamiento en alta mar o en tierra de los detritos recuperados del lecho marino.

En el presente documento se describe un procedimiento para la extracción de aceites a partir de sólidos contaminados con aceite, incluyendo detritos de lodo de perforación residual. El método incluye el lavado de los detritos a temperatura ambiente con una disolución acuosa de una disolución de tensioactivo, siendo el tensioactivo uno del conjunto de los denominados tensioactivos de formación de microemulsiones. Específicamente, las preparaciones detergentes empleadas en este procedimiento pueden absorber espontáneamente aceites, formado las denominadas microemulsiones de aceite en agua (o/w). Una microemulsión de aceite en agua se define como una mezcla termodinámicamente estable de una sola fase de aceite, agua y agente tensioactivo, de modo que la fase continua es agua (que puede contener sales disueltas) y la fase dispersada consiste en una monodispersión de gotas de aceite, recubiertas cada una con una monocapa muy compacta de moléculas tensioactivas. La estabilidad termodinámica inherente surge del hecho de que, debido a la presencia de la capa tensioactiva, no hay contacto directo aceite-agua. Las microemulsiones de aceite en agua son a menudo ópticamente transparentes.

La formación de una microemulsión de aceite en agua es crítica para la presente invención. Existe una distinción fundamental entre microemulsiones y emulsiones normales. Las emulsiones y las microemulsiones se parecen solo en el sentido superficial de que pueden describirse como mezclas de aceite, agua y una sustancia anfipática, normalmente llamada tensioactivo.

Las microemulsiones por definición son estables termodinámicamente, es decir, para una composición particular (tipo y cantidad de cada compuesto), y una temperatura particular, se prefiere el régimen de microemulsión a un sistema de fases separadas de aceite, agua y tensioactivo. El corolario de este argumento es que la microemulsión se forma espontáneamente cuando sus constituyentes se mezclan. Una vez formada, las microemulsiones permanecen así (caracterizadas microscópicamente como fases individuales trasparentes), a menos que cambie alguna propiedad. Por ejemplo, el aumento o descenso de la temperatura más allá de ciertos límites conduce a la separación de las fases.

Las emulsiones, por el contrario, no son termodinámicamente estables. Las emulsiones se forman sólo por la introducción de energía mecánica (por ejemplo, por agitación o sonicación), y el régimen de emulsión sólo puede mantenerse por la introducción continua de energía; cuando cesa la introducción de energía las fases se separan, dando lugar a fases aceite y agua distintas (el tensioactivo se distribuye entre las dos fases, o a veces existe como una tercera fase).

No hay temperaturas a las que tales sistemas formen microemulsiones.

Las microemulsiones se forman porque los tensioactivos forman una monocapa muy compacta en la interfaz aceite-agua, los que excluye efectivamente el contacto directo aceite-agua. El corolario de este argumento es que los tensioactivos no pueden estabilizar microemulsiones si no pueden saturar la interfaz aceite-agua. Normalmente, estos agentes tensioactivos sólo revisten parcialmente la interfaz, dejando sin recubrir áreas expuestas al disolvente de la fase continua en masa.

Por ejemplo, las emulsiones continuas de agua normalmente consisten en gotas de aceite sólo parcialmente recubiertas de agente tensioactivo; las superficies no recubiertas están expuestas por tanto directamente a la fase acuosa continua. Esto es desfavorable termodinámicamente; las gotas se agregan por coalescencia en sus superficies expuestas, aumentando la razón área superficial : volumen y minimizando así el contacto aceite : agua. El resultando de una gran coalescencia de gotas es la separación de fases en masa. En las microemulsiones no hay superficies sin recubrir, por lo que no hay fuerza que impulse la separación de fases.

La tasa se separación de fases de una emulsión puede ser, en realidad, relativamente lenta; pueden crearse emulsiones que sólo se separen en fases completamente después de varias semanas. Sin embargo, se mantiene la distinción fundamental entre emulsiones y microemulsiones. De hecho, las propiedades interesantes de las microemulsiones, tanto en general como en el contexto de la aplicación específica descrita en este documento, surgen de las propiedades termodinámicas que surgen de la exclusión completa aceite : agua, que surge de la gran compactación interfacial de los tensioactivos.

Evidente a partir de las diferencias físicas a simple vista, que pueden determinarse por examen visual (las miroemulsiones no muestran tendencia a separarse en fases y normalmente son trasparentes, mientras que las emulsiones son opalescentes o turbias y se separan inevitablemente en fases), ambas pueden distinguirse midiendo la tensión superficial y la interfaz aceite-agua. La tensión superficial en interfaces de sólo aceite-agua normalmente es del orden de 50 mNm^{-1}. Las emulsiones formadas mezclando aceite, agua y un tensioactivo "común" (por ejemplo, que no forma microemulsiones) se caracterizan normalmente por tensiones superficiales del orden de 0,1 - 1 mNm^{-1}, mientras que las microemulsiones se caracterizan por tensiones superficiales mucho más bajas (del orden de 10^{-3} - 10^{-6} mNm^{-1}). Estos últimos valores reflejan la ausencia de contacto directo aceite-agua.

La presente invención se aprovecha de las microemulsiones. En particular, la invención se aprovecha de la característica por la que, al igual que una disolución acuosa de un tensioactivo que forma una microemulsión o/w puede absorber aceite de una fase de aceite en masa, formando una microemulsión o/w, la misma disolución puede absorber aceite de una superficie sólida recubierta de aceite con el mismo resultado. Además, en el ambiente de la microemulsión de aceite en agua, el aceite se encapsula de forma efectiva dentro de la estructura del tensioactivo, y ya no está en contacto directo con el sólido original. La microemulsión o/w puede separarse de los sólidos limpios y libres de aceite por medios físicos directamente (filtración, centrifugación).

Ahora se describirán varias realizaciones de la invención a modo de ejemplo sólo, en relación con los dibujos y los ejemplos no limitativos siguientes, en los que:

La figura 1 (a) es un diagrama de fases pseudoternario de NaCl 0,5M (razón de SDS + B, 1:1 en peso) y Novatec Base Fluid a 25º Celsius;

la figura 1 (b) es un diagrama de fase pseudoternario de NaCl 0,5M (razón de SDS + B, 1:1 en peso) y Novatec Base Fluid a 5º Celsius;

la figura 1 (c) es un diagrama de fases pseudoternario de NaCl 0,5M (razón de SDS + B, 1:2 en peso) y Novatec Base Fluid a 25º Celsius;

la figura 1 (d) es un diagrama de fases pseudoternario de NaCl 0,5M (razón de SDS + B, 1:2 en peso) Base Fluid a 5º Celsius;

la figura 2 es un diagrama de conductividad del sistema frente a la razón de agua : aceite para el sistema (SDS/b)/
agua/Novatec Base Oil a 25º Celsius con la razón (SDS+B):agua mantenida a 1:1 (en peso);

la figura 3 es un diagrama esquemático de las rutas de tratamiento para dos muestras de lodo de perforación residual, y

la figura 4 es una estructura genérica de tensioactivos se alquilsulfato con potencial de formación de microemulsiones de aceite/agua con identidades representativas para R_{1} y R_{2}.

Como se muestra en los dibujos, el comportamiento del tensioactivo puede cuantificarse en lo que se refiere a un diagrama de fases triangular. El diagrama de fases para el sistema agua/(SDS+B)/aceite se muestra en la figura 1(a). En este caso, (SDS+B) es una mezcla del tensioactivo dodecilsulfato de sodio (SDS) y 1-butanol (B). B actúa como un cotensioactivo, mejorando las propiedades de formación de microemulsiones O/W del SDS. Siempre que el SDS y B se mantengan con una razón constante, pueden tratarse como un solo compuesto para el fin de construir el diagrama de fases. Los diagramas de fase en las figuras 1(a)-1(d) se construyeron con las razones de SDS:B a 1:1 y 1:2 en peso a 25 y 5ºC respectivamente. El aceite empleado fue Novatec B C14-C16 LAO Base Fluid (Marca registrada) (M-I Drilling Fluids UK Ltd.), un fluido base habitual usado en la preparación de lodos de perforación a base de aceite.

Los vértices de la fase triangular corresponden cada uno a uno de los componentes en forma pura aceite, agua o SDS+B en la razón establecida. Cualquier punto en uno de los vértices corresponde a una mezcla de dos de estos componentes en una razón definida (dada en porcentaje en peso, % en peso).

Por tanto, el punto A en el eje agua - tensioactivo en la figura 1(a) correspondía a un sistema que contiene agua y (SDS+B) en una razón de 40:60% en peso. Cualquier punto dentro del triángulo correspondía una mezcla de los tres componentes en una razón definida.

El estado físico de la mezcla en equilibrio se transfiere al diagrama de fases. El triángulo de fases en la figura 1(a) se caracterizó por la prominente región de microemulsión de fase única, IV, que se extiende desde el eje SDS+B/agua hacia el eje SDS+B/aceite. Lo más notable, para este sistema, es que la región IV se extendió con profundidad hacia el vértice de agua del diagrama. Esta propiedad fue extremadamente útil para la aplicación descrita en este documento. Adyacente a IV está la gran región II, que corresponde a una región de dos fases en equilibrio, en la que una fase fue la microemulsión (w/o) continua de aceite y la otra fase fue agua.

En el dominio Winsor IV, al movernos hacia la izquierda desde el eje SDS+B/agua hacia el vértice de aceite, hubo una evolución continua de la estructura de microemulsión: aceite en agua\rightarrowbicontinua\rightarrowagua en aceite con adición de aceite. Esto no puede observarse con una observación visual (todas las composiciones son ópticamente transparentes), pero se revela mediante mediciones físicas, por ejemplo, conductividad.

La representación gráfica de la conductividad frente a la razón de agua:aceite a SDS-B al 40:60% en peso fijo (que corresponde a la línea A-A') en la figura 1(a), se muestra en la figura 2. Debe observarse que las microemulsiones de aceite en agua son muy conductoras; las microemulsiones de agua en aceite son poco conductoras y los sistemas bicontinuos muestran una conductividad intermedia.

En la figura 2 puede observarse que el tipo de microemulsión de aceite en agua (O/W) se extendió bien en el centro de la región IV en el diagrama de fases (punto C en la figura 1(a) y la figura 2).

El método de la invención se aprovecha de la capacidad de las mezclas agua/(SDS+B) para absorber espontáneamente aceite de las preparaciones de detritos de perforación para formar microemulsiones o/w. Según la invención, la capacidad de una preparación dada para aceite aproximadamente corresponde a la que se corresponde con una composición final en el borde del dominio aceite en agua -el punto C en las figuras 1(a) y 2.

El método de extracción de aceite puede controlarse simplemente colocando un límite superior en los detritos : disolución de tensioactivo (conociendo el contenido de aceite de los detritos) para así evitar la entrada indeseada en el dominio de microemulsión w/o.

La mezcla de microemulsión/detritos se separó fácilmente por centrifugación. Los detritos recuperados pueden contener la microemulsión o/w residual de la composición C. Ésta puede extraerse por lavado con agua. En este caso la penetración profunda del dominio Winsor IV en el vértice de agua fue significativa puesto que esto significó que la microemulsión o/w puede eliminarse simplemente por enjuague con agua o salmuera; esta dilución no lleva a la separación de fases de la microemulsión o/w residual.

Para completar el procedimiento de extracción, los detritos recuperados por centrifugación se lavaron con un volumen de agua, diluyendo así la microemulsión en una nueva composición D en las figuras 1(a) y 2. Los detritos recuperados por centrifugación tras esta etapa de lavado estaban prácticamente libres de aceite.

En otros experimentos, se descubrió que los "finos", es decir, arcillas coloidales presentes ya sea por la presencia de tales materiales en la preparación de lodo de perforación original, o por la rotura parcial de los detritos de perforación, podían flocularse directamente mediante la adición de un agente floculante comercialmente disponible, tal como uno de las series Alcomer®, Magnafloc® o Zetag®, en concentraciones inferiores al 1% en peso.

En resumen, la invención se refiere a la extracción de aceites de los lodos de perforación residuales, o la fracción de detritos de los mismos, mediante el tratamiento con una disolución acuosa de tensioactivo, de modo que el aceite se extrae como una microemulsión o/w. La fase de microemulsión se separa de los detritos mediante una técnica adecuada tal como centrifugación. La microemulsión residual se elimina mediante un enjuague acuoso.

Los ejemplos siguientes se presentan para demostrar la tecnología durante la operación. En los ejemplos siguientes, se tratan lodos residuales o fracciones de detritos usando el siguiente procedimiento.

1-: Se suspendió un peso fijo de detritos con un peso fijo de una mezcla de agua+(SDS/B) (por ejemplo, de la composición A), lo que llevó a la microemulsificación de la fracción de aceite. Para una eficiencia máxima, la razón de detritos : disolución de tensioactivo fue tal que la composición de la microemulsión final correspondió a un punto dentro del dominio de microemulsión de aceite en agua (por ejemplo, punto C en la figura 1(a)).

2-: La microemulsión y los detritos se separaron por centrifugación.

3-: La microemulsión o/w residual en los detritos se eliminó por enjuague con agua, seguido por centrifugación para separar los detritos y la fase de microemulsión "diluida". En lo que se refiere al diagrama de fases, la dilución corresponde a la transferencia desde el punto C hasta el punto D en la figura 1(a).

Ejemplos

Muestra 1: Detritos de pizarra recuperados de un equipo de perforación del Mar del Norte. Los detritos comprendían aproximadamente un 3% de agua, 7% de aceite, y 9% de sólidos.

Procedimiento de extracción: muestras de 60 g (+/-0,5 g) de detritos de perforación contaminados con aceite se pesaron en botellas de centrifugación de policarbonato limpias y secas. Se añadieron 60 g de una disolución acuosa de tensioactivo que comprendía 24 g de agua, 18 g de SDS, y 18 g de B, a cada muestra y las muestras se mezclaron en un agitador orbital a 300 rpm, durante 5 minutos a 25ºC. Las muestras se centrifugaron entonces en una centrífuga de rotor giratorio MSE Coolspin a 1000 rpm durante un periodo de 10 minutos. La microemulsión O/W se decantó y se añadieron 100 ml de NaCl 0,5 M a cada muestra. De nuevo, se agitaron las muestras a 300 rpm durante 5 minutos a 25ºC seguido por centrifugación a 1000 rpm durante 10 minutos. La microemulsión "diluida" se decantó dejando muestras limpias. Se repitió el procedimiento de enjuagado.

Ensayo de aceite en sólidos: Tras el tratamiento, 50 g (+/- 0,5 g) de las muestras recuperadas se pesaron en cámaras de retorta y las muestras se destilaron en retorta a 500ºC durante 45 minutos tal como se expone en el procedimiento habitual API Recommended Practice RP13B - Standard Procedure for Field Testing Oil-Based Drilling Fluids (Práctica Recomendada RP13B - Procedimiento habitual para las pruebas de campo de fluidos de perforación a base de aceite) (directrices para la toma de muestras, el análisis y el cálculo de aceite en los detritos). Los resultados se expresaron como gramos de aceite por kilogramo de sólidos secos destilados en retorta y luego se calcularon como % de contenido en aceite en peso de los detritos secos.

Los datos se resumen en la tabla 1. El contenido final en aceite de los detritos fue del 0,54% en peso.

TABLA 1

Resumen de la estadística para la muestra 1 en cada etapa de tratamiento
Etapas	Nº	n	Cont. medio en	Intervalo	DE	%DE	LSC	LIC
			aceite (%)				95%	95%
Muestra 1	0	12	6,12	4,66-7,34	0,74	12,09	5,66	6,59
Primer lavado	1	4	14,26	12,13-19,50	3,52	24,68	8,67	19,86
tensioactivo
Primer enjuagado	2	6	1,15	0,63-1,45	0,29	25,22	0,84	1,45
agua
Segundo enjuagado	3	4	0,54	0,16-0,89	0,3	55,56	0,06	1,02
agua

Con el fin de comparar directamente la eficacia de la extracción de petróleo mediante microemulsionamiento o/w frente al lavado sencillo con tensioactivo, el experimento anterior se repitió exactamente, excepto por una disolución acuosa de tensioactivo que comprende 24 g, 0,5 mol, por litro de disolución acuosa de cloruro de sodio y 36 g de Triton® R100, en lugar de 18 g de SDS y 18 g de B. Triton® R100 se utiliza comúnmente como agente de limpieza en las industrias petrolífera y de la metalurgia; sin embargo, no es un tensioactivo que forma una microemulsión.

Los datos muestran que este sistema fue menos eficaz en la extracción de petróleo comparado con el sistema que forma una microemulsión de la invención.

Muestra 2. Tratamiento de detritos homogeneizados devueltos por un equipo de perforación del mar del Norte. La muestra comprendía aproximadamente el 10% de agua, el 20% de aceite y el 70% de sólidos en peso.

TABLA 2

Etapas	Nº	n	Cont. medio en	Intervalo	DE	%DE	LSC	LIC
			aceite (%)				95%	95%
Muestra 1	0	12	6,12	4,66-7,34	0,74	12,09	5,66	6,59
Primer lavado	1	6	6,86	5,11-8,00	1,27	18,51	5,53	8,19
tensioactivo
Primer enjuagado	2	6	3,66	3,14-4,22	0,45	12,23	3,21	4,16
agua
Segundo enjuagado	3	6	3,05	2,52-3,27	0,28	9,18	2,75	3,34
agua

Se utilizaron dos ciclos de tratamiento (un lavado con disolución de tensioactivo, 60 g (60 ml) de una disolución acuosa de tensioactivo que comprende 24 g de agua, 18 g de SDS y 18 g de B y dos enjuagados con agua) para la remediación de esta muestra. Los datos se facilitan en la tabla 3. El contenido en aceite final de los sólidos recuperados fue del 0,90% en peso.

TABLA 3

Resumen de la estadística para la muestra 2 en cada etapa de tratamiento
Etapas	Nº	n	Cont. medio en	Intervalo	DE	%DE	LSC	LIC
			aceite (%)				95%	95%
Muestra 2	0	12	20,94	15,97-23,49	2,51	12,25	18,89	22,08
Primer lavado	1	4	16,35	16,08-16,74	0,31	1,9	15,87	16,84
tensioactivo
Primer enjuagado	2	4	3,59	2,60-4,70	0,9	25,07	2,15	5,03
agua
Segundo enjuagado	3	4	2,65	1,86-3,53	0,68	25,66	1,56	3,74
agua
Segundo lavado	4	4	11,61	8,91-12,53	1,8	15,5	8,75	14,48
agua
Primer enjuagado	5	4	1,46	0,6-2,05	0,61	41,78	0,48	2,43
agua
Segundo enjuagado	6	2	0,9	0,79-1,0	0,15	16,67	-0,44	2,23
agua

En la figura 3, se resume el cambio en el contenido en aceite de los sólidos tras cada etapa del procedimiento. Los resultados demuestran que los lodos de perforación residuales, o fracciones de detritos de los mismos, pueden someterse a remediación mediante el uso de esta tecnología para un contenido en aceite residual inferior al 1% en peso. Los aumentos aparentes del contenido en aceite tras el lavado con el tensioactivo acuoso se debieron a la presencia del componente de 1-butanol de la microemulsión o/w residual, tal como se confirmó mediante cromatografía de
gases.

Fue necesario tratar la muestra 2 dos veces debido a que esta muestra contenía un alto contenido de agua y de aceite (aproximadamente el 10% en peso y el 21% en peso, respectivamente). Por tanto, la disolución de tensioactivo se diluyó mucho con la adición, dando como resultado en consecuencia una capacidad reducida de absorción de aceite.

Las fracciones de microemulsión pueden tratarse para recuperar la fase de aceite, preferiblemente aumentando la temperatura. Para tensioactivos iónicos, esto da como resultado una separación de fases que produce una fase superior que contiene el aceite y casi sin tensioactivo, y una fase inferior de tensioactivo acuoso. La fase de tensioactivo acuoso puede recircularse para otra tanda de tratamiento de detritos; la fase de aceite recuperada es de una calidad adecuada para su reutilización como fluido para lodo de perforación, o para cualquier otra aplicación deseada.

La capacidad para flocular finos utilizando agentes floculantes disponibles comercialmente ya en uso en la industria petrolífera es particularmente importante para la recirculación, puesto que la adición de agentes floculantes a la disolución acuosa de tensioactivo inhibirá la acumulación de finos que de otra manera limitaría considerablemente el número de recirculaciones.

En una realización preferida, la invención se extiende a la limpieza de detritos de perforación y otros residuos sólidos contaminados con aceite, usa disoluciones acuosas que contienen un único tensioactivo, en lugar de una mezcla de tensioactivo/cotensioactivo.

La capacidad de los tensioactivos para estabilizar microemulsiones sin la necesidad de cotensioactivos está clara en la técnica. Por tanto, el sulfosuccinato de bis-2-etilhexilo (Aerosol-OT) y el bromuro de didodeciltrimetilamonio (DDAB) forman ambos microemulsiones de agua en aceite (w/o) sin la necesidad de un cotensioactivo.

No se dispone comercialmente de moléculas de tensioactivo que, en ausencia de un cotensioactivo, formen microemulsiones w/o. La figura 4 describe un grupo genérico de tensioactivos que tienen propiedades estructurales que se espera que estabilicen microemulsiones w/o sin la necesidad de un cotensioactivo.

Estos tensioactivos son alquilsulfatos sustituidos en los que R_{1} y R_{2} son hidrocarburos de cadena lineal o ramificada o hidrocarburos sustituidos. R_{1} y R_{2} no son necesariamente idénticos. El número de unidades de carbono, n, en cada cadena es variable. Los ejemplos en la figura 4 se presentan para ilustrar la variedad de estructuras reivindicadas como tensioactivos con propiedades de formación de una microemulsión o/w. La variedad total de estructuras no se limita a éstas.

El procedimiento de la invención representa una mejora significativa sobre la técnica anterior, ya que enseña que el contenido en aceite puede reducirse hasta menos del 1% en peso. Además, esta invención usa una microemulsión de aceite en agua (es decir, una preparación de microemulsión continua en agua) en lugar de una microemulsión de agua en aceite (es decir una preparación de microemulsión continua en aceite). Al obtener contenidos en aceite residual inferiores al 1% en peso, esta invención representa un avance significativo en la tecnología de extracción de petróleo.

En resumen, la invención proporciona un método mediante el cual puede recuperarse aceite a partir de lodos de perforación residuales, o fracciones de los mismos derivadas de procedimientos de separación previos, mediante su extracción como una microemulsión de aceite en agua.

La formulación de tensioactivo empleada en el método de la invención puede incluir cualquier tensioactivo que forme una microemulsión o/w, o una mezcla de tensioactivos, incluyendo pero sin limitarse a, las descritas en el presente documento. El tensioactivo puede ser de naturaleza catiónica, no iónica o aniónica; los tensioactivos aniónicos no se limitan a la clase de alquilsulfatos descrita en el presente documento.

La formulación de tensioactivo puede incluir un componente que se comporte como un cotensioactivo, es decir, que potencie o module de otra manera las propiedades de formación de una microemulsión o/w del tensioactivo. La formulación de tensioactivo puede contener también cualquier sustancia o sustancias que harían que floculasen los sólidos en suspensión coloidal (agentes floculantes). En otra realización, la formulación de tensioactivo puede contener sales disueltas de cualquier descripción, en cualquier concentración.

Por tanto, la invención proporciona:

-: una tecnología de procedimiento mediante la cual se aplica la invención con la separación física de la fase de microemulsión o/w y los sólidos limpios mediante centrifugación, filtración o cualquier otro procedimiento adecuado.

-: una tecnología de procedimiento que se utiliza para el reciclado de lodos de perforación residuales, o fracciones de los mismos, incluyendo fracciones de detritos procedentes de los lodos residuales.

-: una tecnología de procedimiento que se utiliza para el reciclado de lodos de perforación residuales, o fracciones de los mismos, en la que la composición de lodo original es de cualquier formulación, y el aceite es de origen mineral o sintético, y puede ser de naturaleza hidrocarbonada o no hidrocarbonada.

-: una tecnología de procedimiento que puede aplicarse para la remediación de lodos de perforación residuales o fracciones de los mismos en un entorno en alta mar o en tierra.

-: una tecnología de procedimiento que utiliza cualquier método adecuado para recuperar el aceite de la fase de microemulsión o/w, incluyendo pero sin limitarse a, una separación de fases inducida por la temperatura.

-: una tecnología de procedimiento que puede aplicarse a la extracción de cualquier hidrocarburo u otro producto petroquímico a partir de cualquier material contaminado con aceite, incluyendo pero sin limitarse a, arena, suelos y fragmentos contaminados con fluidos de corte, generados en la fabricación de metales.

La presente invención tiene muchas ventajas que incluyen:

-: la tecnología de procedimiento no requiere una planta u otro equipo sofisticados. La etapa de microemulsionamiento inicial puede conseguirse preparando una suspensión de la preparación de tensioactivo con el lodo de perforación, o las fracciones de detritos, a temperatura ambiente, seguido por separación mediante centrifugación. La centrifugación es una técnica utilizada comúnmente dentro de la industria petrolífera tanto en entornos en alta mar como en tierra. La etapa de enjuagado y la separación final pueden lograrse de manera similar. La recuperación del aceite a partir de la microemulsión w/o puede conseguirse de manera similar mediante medios sencillos. Una característica de la invención es que la separación de fases que conduce a la recuperación y recirculación de las fases de tensioactivo acuoso y de aceite puede lograrse mediante un aumento moderado de la temperatura.

-: La invención requiere materiales básicos baratos. Aparte de agua y posiblemente sal, la única adición requerida es de tensioactivo y posiblemente de cotensioactivo y posiblemente de floculante. En consecuencia, el tensioactivo puede recircularse con pérdidas mínimas por ciclo.

-: Esta invención, que enseña que puede extraerse aceite de lodos de perforación residuales, o fracciones de los mismos, en una microemulsión o/w, es significativamente más eficaz que lo obtenido lavando con una microemulsión w/o de agua en aceite. Específicamente, la eficacia de extracción obtenida con una microemulsión O/W es normalmente de seis a diez veces mayor que lo enseñado para la separación basada en una microemulsión W/O.

-: Además, el sistema de separación basado en una microemulsión o/w tiene una ventaja única sobre la separación basada en una microemulsión w/o de que pueden incluirse floculantes en esta formulación a base de agua. La adición de un floculante a una formulación a base de una microemulsión W/O puede no conferir ningún beneficio específico puesto que los floculantes son inactivos en medios a base de aceite.

Claims

1. Método para la extracción de aceite a partir de un lodo de perforación residual o detritos de un lodo de perforación residual que comprende una fracción de aceite y una fracción de material particulado, que comprende mezclar los detritos del lodo de perforación residual con una disolución a base de agua de un tensioactivo, absorber la fracción de aceite a partir de la fracción de material particulado con el tensioactivo, formar una microemulsión de aceite en agua (o/w) de tipo Winsor IV de fase única a partir del tensioactivo y la fracción de aceite y separar la microemulsión o/w de tipo Winsor IV de fase única y la fracción de material particulado.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de enjuagar la fracción de material particulado con una disolución acuosa.

3. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque la disolución acuosa comprende una disolución salina acuosa.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la microemulsión o/w de tipo Winsor IV de fase única y la fracción de material particulado se separan mediante centrifugación.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el tensioactivo comprende una microemulsión o/w de tipo Winsor IV de fase única.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la disolución acuosa de tensioactivo comprende agua y una sal.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque la sal comprende cloruro de sodio.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la disolución a base de agua de un tensioactivo comprende además un cotensioactivo.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la disolución a base de agua de un tensioactivo comprende además un agente floculante.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las etapas de extracción se llevan a cabo a temperatura ambiente o inferior.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el aceite se recupera a partir de la microemulsión o/w de tipo Winsor IV de fase única.

12. Método según la reivindicación 11, caracterizado porque el aceite se recupera mediante separación de fases inducida por la temperatura.