Tratamiento de agua en un proceso de recuperación mejorada de petróleo para disminuir la concentración de poliacrilamida

Abstract

La creciente demanda de agua dulce en la industria petrolera plantea grandes desafíos ambientales y operativos. Entre los principales se destaca la gestión y el tratamiento eficiente de aguas de producción que contienen poliacrilamida parcialmente hidrolizada (HPAM), polímero ampliamente utilizado en procesos de recuperación mejorada (EOR) debido a sus propiedades reológicas y a su elevada solubilidad en agua. No obstante, su presencia residual genera riesgos operativos y resulta difícil de remover con los tratamientos convencionales para agua producida. Este trabajo surge ante la necesidad de desarrollar soluciones sostenibles y eficientes que faciliten la reutilización del agua, reduzcan riesgos operativos, como obstrucciones, y contribuyan a mitigar los impactos ambientales derivados de la presencia de HPAM residual en las aguas producidas. Se propone el desarrollo de un tratamiento que permita la remoción eficiente mediante procesos de adsorción, empleando arcillas caoliníticas —de amplia disponibilidad regional— modificadas por técnicas de grafting, con el fin de mejorar su capacidad adsorbente. Como alternativa, se evalúa la aplicación de procesos de degradación química mediante oxidación con peróxido de hidrógeno, bajo condiciones controladas de temperatura, concentración y salinidad. Los resultados indican que la adsorción con arcillas activadas químicamente presenta un alto potencial para la remoción de HPAM en sistemas modelo bajo condiciones controladas en laboratorio. Sin embargo, en muestras reales, la eficacia del proceso aún no ha sido completamente validada, lo que evidencia la necesidad de continuar con estudios que evalúen su desempeño en matrices más complejas y en condiciones representativas del entorno operativo. En contraste, los ensayos de oxidación demostraron una degradación significativa del polímero en presencia de peróxido de hidrógeno bajo condiciones definidas de temperatura, concentración y salinidad. Estos resultados permitieron establecer correlaciones empíricas con capacidad predictiva, útiles para anticipar el comportamiento del sistema dentro del rango experimental evaluado. La degradación química representa una alternativa viable y adaptable para el pretratamiento de aguas de producción en la industria petrolera, con gran potencial para su implementación a escala industrial, sujeto a validaciones complementarias.

The increasing demand for freshwater in the oil industry poses significant environmental and operational challenges. Among the main issues is the management and efficient treatment of produced water containing partially hydrolyzed polyacrylamide (HPAM), a polymer widely used in enhanced oil recovery (EOR) processes due to its rheological properties and high water solubility. However, its residual presence poses operational risks and hinders removal by conventional treatment methods applied to produced water. This work arises from the need to develop sustainable and efficient solutions that facilitate water reuse, reduce operational risks such as blockages, and help mitigate the environmental impacts associated with residual HPAM in produced waters. The development of a treatment process enabling efficient removal through adsorption is proposed, employing kaolinitic clays — widely available regionally — modified via grafting techniques aimed at optimizing their adsorbent performance. Alternatively, the application of chemical degradation processes via hydrogen peroxide oxidation is evaluated under controlled temperature, concentration, and salinity conditions. Results indicate that adsorption using chemically activated clays shows high potential for HPAM removal in model systems under controlled laboratory conditions. However, its effectiveness in real samples has yet to be fully validated, highlighting the need for further studies to assess performance in more complex matrices and conditions representative of operational environments. In contrast, oxidation assays demonstrated significant polymer degradation in the presence of hydrogen peroxide under defined temperature, concentration, and salinity conditions. These results enabled the establishment of empirical correlations with predictive capacity, useful for anticipating system behavior within the evaluated experimental range. Chemical degradation represents a viable and adaptable alternative for the pretreatment of produced water in the oil industry, with high potential for application in industrial- scale treatment schemes, subject to complementary validations.