Diseño y desarrollo de nanopartículas de sílice híbridas fluorescentes como trazadores para el monitoreo de reservorios petroleros argentinos

Abstract

En los últimos años, en la industria del petróleo en la Argentina ha ido en ascenso la necesidad de revertir la declinación en la producción de hidrocarburos a partir de los campos maduros para optimizar la explotación de los mismos. A raíz de ello, uno de los principales objetivos de YPF radica en la incorporación de nuevas tecnologías y mayores inversiones que permitan mejorar los procesos de recuperación secundaria y terciaria. Para minimizar el riesgo de tales operaciones es fundamental disponer de una caracterización completa y precisa del movimiento de los fluidos en los reservorios. Para ello, las pruebas de trazadores resultan ser una herramienta invaluable. En el país, este tipo de ensayos se llevan a cabo con marcadores químicos o radioactivos que conllevan un elevado costo de análisis y una serie de precauciones en su manipulación y descarte. Tales estudios se efectúan mediante contratos de servicios otorgados por empresas extranjeras. A raíz de la demanda existente, en el presente trabajo de tesis doctoral se propuso el desarrollo de una nueva clase de trazador, los Nanotrazadores Fluorescentes (NT), basados en Nanopartículas (NP) del tipo núcleo-cáscara, para el monitoreo de reservorios petroleros convencionales. El trabajo puede dividirse en dos partes: una inicial donde se abarca el desarrollo de los procesos de síntesis, con el objetivo de optimizar la ruta de obtención de los NT y una segunda etapa, que comprende la evaluación de la performance del producto mediante ensayos de flujo en una roca modelo que simula la roca reservorio. En la primera etapa se presenta una descripción detallada de cada protocolo de síntesis desarrollado, junto a una completa caracterización morfológica (SEM, SAXS y DLS) y química (DRIFTS y XPS) de los productos obtenidos en cada uno de ellos. Adicionalmente, una vez incorporada la sonda fluorescente, la evaluación de la emisión en distintos medios se realiza a través de técnicas de fluorescencia molecular. El desarrollo de la síntesis se inició a partir del estudio de las primeras etapas de obtención de NP de sílice con las cualidades buscadas para el núcleo del NT, tamaño cercano a los 100 nm y dispersión reducida. Luego se estudió la funcionalización de estos, tanto interna como superficial, con grupos orgánicos (propilamino). A partir de tales grupos se enlazó de manera covalente la sonda fluorescente y el polímero superficial. Como paso final de esta etapa de síntesis, los núcleos fueron recubiertos con un polímero que les confirió estabilidad coloidal en una matriz acuosa con elevada salinidad (característica propia de los pozos petroleros argentinos). Este último paso completa la estructura núcleo -cascara que define al NT. En la etapa final del trabajo se desarrollaron los ensayos de performance de los NT desarrollados, evaluando el flujo de los mismos a través de una roca modelo en condiciones que simulan las propias del reservorio. Todo el estudio realizado permitió lograr la producción del NT deseado, fácilmente detectable en condiciones similares a las del reservorio y con una mínima interacción con la roca.