petroleo generalidades exploracion produccion 2017 · petroleo! hidrocarburos saturados! ... tipos...

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Prof. José G. Delgado L.!

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Semestre A-2017!

¿Qué es el Petróleo?!

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Es una compleja mezcla de hidrocarburos que ocurre en rocas sedimentarias bajo la forma de gases (gas natural), líquidos (petróleo propiamente dicho), semisólidos (bitumen) o sólidos (ceras o asfaltenos).!

Mas del 80% de la energía que la humanidad usa actualmente proviene de los combustibles fósiles, a saber: petróleo, carbón y gas natural!

Fuentes de Energía!

3 Tomado de Giavarini y Hester. 2011. Gas Hydrates Immense Energy Potential and Environmental Challenges

La demanda actual de petróleo crudo es de alrededor de 86 millones de barriles por día (86 MMbd)!

Norte América

Sur y Cenro América

Europa Occidental

Rusia y Europa del Este

Africa

Oriente Medio

TOTAL MUNDIAL

Source: BP Statistical Review and Etat du Monde

Paises de Asia Miembros de la OECD

Consumo de Energía Per Capita!

Consumo de Energía (Mtoe)

Población (M)

Consumo de Energía (toe/ per cap)

S 115*6 - July 2008

2 838

553

1 952

1 035

345

574

447

451

476

331

934

171

6,4

1,2

4,1

3,1

0,4

3,3

11 099 6 584 1,7

3 314 3 572 0,8

488 201 4,4 Paises de Asia No- Miembros de la OECD

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Venezuela es un País Favorecido!

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Distribución de acuerdo a la Producción!

6 6 Fuente: Saniere et al. 2004. Oil & Gas Science and Technology-Rev. IFP

Principales Cuencas Petrolíferas Venezolanas!

7 7 Efraín Barberii.1998. El Pozo Ilustrado. PDVSA

Evolución de los Precios del Petróleo!

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$/b

Yom Kippur war

1st OIL SHOCK

Nationalization

of oil fields

OPEC

domination

Iranian

revolution

2nd OIL SHOCK

Iran/Iraq

war

OPEC

quotas

Netback

contracts

3rd OIL

SHOCK

Kuwait

crisis

OPEC

Quotas

Asian crisis

Agreement Mexico,

Venezuela, Saudi Arabia

11th

sept.

Iraq

events

Staff attacks in S. Arabia

disturbances in Irak,

Nigeria

Katrina

Rita

huriccanes

OPEC

Quotas

eco

crisis

Fuente: Platt's

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Dado nuestro enorme potencial como país productor de petróleo, es necesario estudiar los métodos de producción y refinación en el pensum de la carrera INGENIERÍA QUÍMICA!

Crudo: Fluido Extremadamente Complejo

10 10 SARA = Saturados + Aromaticos + Resinas + Asfaltenos!

Normalmente agrupados como:!

PETROLEO!

Hidrocarburos Saturados!Parafinas, Isoparafinas,

Cicloparafinas!

Hidrocarburos Insaturados!Olefinas (no presentes

naturalmente en el petróleo) originadas de diversas

reacciones térmicas!

Hidrocarburos Aromáticos!Sistemas bencénicos, aromáticos condensados, sistemas cicloalquil-aromáticos condensados, sistemas

alquil-aromáticos!

Compuestos Heteroatómicos Saturados!

Alquil sulfuros, cicloalquil sulfuros, alquil-aromaticos sulfuros!

Compuestos Heteroatómicos Aromáticos (sistemas de un anillo o

multiples anillos)!Furanos, tiofenos, pirroles, piridinas,

anfótericos, aromáticos mixtos, alquil- aromáticos!

Por qué es tan Complejo Caracterizarun Crudo?!

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PETROLEO CRUDO!

Composición de una fracción petrolera usando cromatografía de gases acoplada con espectroscopia de masas!

Creek J. 2005. Energy & Fuels, 19, 1212 !

MULTPLICIDAD DE COMPONENTES!!

Formación del Petróleo!

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Involucra procesos de generación, migración y entrampamiento!

Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.

Placas tectónicas!

Cuenca sedimentaria!

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Cuencas Sedimentarias!

13 Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.

Transformación = Maduración!

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Involucra procesos transformación biológica y térmica!


-Kerógeno: Primera etapa de la maduración!

-Depósitos de arenas bituminosas!

-Ventana del petróleo: 100-130 °C!

Maduración!

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Primaria y Secundaria!

Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip.

Migración!

Entrampamiento!

Anticlinal! Falla!

Lente de Arena! Escollo!

Trampas Estructurales!

Trampas Estratigráficas!

El crudo se deposita en una roca almacén (reservorio o yacimiento)!

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•  Carbonatos!No son transportados grandes distancias. Se derivan de microorganismos marinos y sufren transformaciones físicas y químicas luego de su deposición (diagénesis)!

• Areniscas!Conocidas también como reservorios siliclásticos. Compuestos principalmente por cuarzo (SiO2). Es un mineral estable, poco alterado por cambios de temperatura y presión. Se forman por deposición de arena en lugares específicos, luego de ser transportada grandes distancias!

Tipos de roca reservorio!

Aprox. El 80% de los reservorios conocidos son del tipo areniscas!

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Esquema General de un Yacimiento Petrolero!

Conceptos Importantes:!

 Porosidad!

 Permeabilidad!

 Saturación de Hidrocarburos!


Método Geofísicos de Exploración!•  Magnetometría!Análisis que detectan cambios en el campo magnético terrestre causados por las propiedades magnéticas de las rocas. Hacen uso de aviones o satélites para cubrir amplias superficies. Se emplean al inicio de las exploraciones petroleras.!


Método Geofísicos de Exploración!•  Gravimetría!Análisis que miden variaciones en el campo gravitatorio de la tierra causadas por variaciones en estructuras geológicas. Aporta indicios sobre la profundidad de los yacimientos!


Método Geofísicos de Exploración!•  Sísmica!Métodos basados en la propagación de ondas sónicas a través de rocas y reservorios; las ondas son reflejadas a la superficie donde son registradas por sensores apropiados. Generan imágenes ultrasónicas del subsuelo elaboradas por el análisis de la propagación de ondas. Aportan valiosos datos sobre estructura y la estratigrafía de la región bajo estudio. Pueden realizarse imágenes de tipo 2D y 3D . La sísmica de reflexión representa el 90% de las operaciones geofísicas.!

Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip. Efraín Barberii.1998. El Pozo Ilustrado. PDVSA

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Perforación!


• Adquirir información del yacimiento!• Producir Hidrocarburos!• Inyectar gas, agua u otro fluido!• Disponer el agua, ripios o gases (como CO2)!

Se perfora para:!

Barrenas!


Variantes en !la Perforación!

Perforar requiere un Fluido o “Lodo” de Perforación!

Para:!

 Enfriar y lubricar la barrena! Arrastrar los ripios a la superficie! Depositar un revoque en la pared del hoyo! Controlar la presión de la formación!

Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip. Efraín Barberii.1998. El Pozo Ilustrado. PDVSA

Circuito del Fluido de Perforación!


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Terminación y Cementación del Pozo!

Terminación sencilla!

Cabezal de Pozo!

Árbol de Navidad!Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip.

Efraín Barberii.1998. El Pozo Ilustrado. PDVSA Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.

Características de los Reservorios Petroleros!

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•  Porosidad (ϕ)!Es la relación entre el volumen de poro y el volumen total. Es una medida de la capacidad de almacenamiento de la roca!

 Porosidad Absoluta (ϕa): Relación entre el volumen total del poro y el volumen de la roca!

€

φa =V .total −V .solido

V .total

Gradientes: 3℃ por 100 metros de profundidad; 0.96 atm por 10 metros de profundidad!


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 Porosidad efectiva (ϕa): Relación volumétrica de poros interconectados respecto al volumen total!

€

φ =V .poros(int erconectados)

V .total

Así, el volumen de hidrocarburos originalmente en sitio (Vh) se define como:!

Vh = Axhxϕ ; A = Área del reservorio y h = espesor promedio del reservorio!


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• Saturación:!Fracción o porcentaje del volumen de poro ocupado por un fluido (crudo, gas, agua)!

€

So =Volumen.CrudoVolumen.Poro

So + Sg +Sw = 1!€

Sg =Volumen.GasVolumen.Poro

€

Sw =Volumen.AguaVolumen.Poro

So = Saturación de crudo!

Sg = Saturación de gas!

Sw = Saturación de agua!

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• Permeabilidad:!Es una propiedad de un medio poroso que mide su capacidad de trasmitir fluidos. Es definida por una relación matemática conocida como la Ley de Darcy!

€

v =−kdPµdL

€

q =−kAdP

µdL

Donde: v = velocidad aparente del fluido, cm/s; k = permeabilidad, darcys; μ = viscosidad del fluido, cP, dp/dL = gradiente de presión por unidad de longitud , atm/cm!

Las rocas pueden tener permeabilidades que van desde 0.5 has 3400 milidarcys! 30

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Producción de Petróleo! Métodos de Producción:!o  Recuperación Primaria: El crudo y el gas sale por el gradiente de presión natural entre el yacimiento y el pozo.10-15% de recuperación.!

o Recuperación Secundaria: Se inyecta un fluido mas económico que el petróleo (tal como gas natural o agua). 20-30% de recuperación.!

o  Recuperación Terciaria: Conocida también como recuperación mejorada de petróleo (RMP). Inyección de vapor y combustión “in situ”, métodos químicos como el drenaje con surfactante y polímero (y en algunos casos álcali), la inyección de dióxido de carbono supercrítico, la inyección de espumas y la fracturación con ácido. 30-60% de recuperación. Ver cuaderno FIRP S357C!

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Producción Primaria!

Empuje por!Gas Disuelto!

Empuje por!Casquete de Gas!

Empuje Hidráulico!

Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip. Speight J. 2009. Enhanced Recovery Methods for Heavy Oil and Tar Sands. Gulf Publishing Company

Producción Secundaria!

Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip. Speight J. 2009. Enhanced Recovery Methods for Heavy Oil and Tar Sands. Gulf Publishing Company

En General…!

Speight J. 2009. Enhanced Recovery Methods for Heavy Oil and Tar Sands. Gulf Publishing Company

En Superficie!

Separación Primaria

Tratamiento de crudo

Crudo a despacho

Tratamiento de gas

Tratamiento de agua

Control de

sólidos

Agua para Disposición

o reinyección

Reservorio: Petróleo Gas Agua Solidos H2S CO2

Pozo Productor

Almacén de crudo Caracterización

Remoción de

hidrocarburos

Almacén de agua

Gas a despacho

Disposición

Crudo, Agua y

emulsión

Crudo

Agua y sólidos

Agua y sólidos

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Separador Trifásico!

Separadores Horizontal y Vertical!

Tanque de Lavado! Estaciones de producción en tierra (on-shore)!

Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V. Marfisi S., Salager J. 2004. Deshidratación de Crudo. Cuaderno FIRP S353 PP. ULA

Deshidratación del Petróleo!

Envolvente de Fases de Hidrocarburos!


Porqué Caracterizar Crudos y Deivados?!

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CONJUNTO DE ENSAYOS NORMALIZADOS QUE APORTAN UNA APROPIADA DESCRIPCION DE LAS CARACTERISTICAS FISICOQUIMICAS DEL CRUDO, CON EL OBJETO DE ESTIMAR SU CALIDAD Y PREDECIR SU COMPORTAMIENTO EN LAS OPERACIONES DE REFINACION!

Varias Organizaciones han propuesto métodos (ensayos) estandarizados o normalizados:!- ASTM (American Society for Testing and Materials) y !- American Petroleum Institute (API), en USA!- Institute of Petroleum (IP), en Inglaterra!- Deutsche Industrie National, en Alemania!- International Standards Organization, en Suiza!- Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN)!

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Ensayos Básicos de Caracterización!

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Densidad y Gravedad Especifica (g.e.)!

°API = (141.5 / g.e.@ 60/60°F) - 131.5!

Permite clasificar el crudo:!

< 10!Extra-Pesado!

23-10!Pesado!

29-24!Mediano!

43-30 !Liviano!

Condensado! > 43!

°API!

Normas:!ASTM D-287, ASTM D-1298, ASTM D-941, ASTM D-1217, ASTM D-1555!

°API


Análisis Elemental!Métodos comúnmente usados para otros materiales

y adaptados al crudo!

Elemento! Norma! Rango Típico (% en peso)!

C! ASTM D-3178, ASTM E-777! 83 - 87!

H!ASTM D-1018, ASTM D-3178, ASTM D-3343, ASTM D-3701 ASTM E-777!

10 - 14!

N!ASTM D-3179, ASTM D-3228, ASTM D-3431, ASTM E-148, ASTM E-258, and ASTM E-778!

0.1 – 2.0!

O! ASTM E385! 0.1 – 1.5!

S!

ASTM D-124, ASTM D-1266, ASTM D-1552, ASTM D-1757, ASTM D-2662, ASTM D-3177, ASTM D-4045, ASTM D-4294, !

0.1 - 6!

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Volatilidad!

Destilación:!

- Atmosférica: ASTM D86, D216, D285, D447, and D2892!

- Al Vacío: ASTM D1160!

- Simulada (Cromatografica), aplicada a fracciones pesadas: ASTM D-2887!

EL ATRACTIVO DEL CRUDO, PARA UN REFINADOR, SE DEBE A QUE PUEDE SER FRACCIONADO (POR DESTILACION) EN DIFERENTES CORTES!

Términos a considerar: 1) Punto inicial (PI), 2) Temperatura de destilación, 3) Punto final (PF), 4) Porcentaje de destilado, 5) Porcentaje total recobrado (destilado + residuo), 6) Pedidas por destilación!

Factor de Caracterización de Watson!

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€

KUOP =TbG.E

3

Donde:!Tb (MeABP) = Temperatura media de ebullición, R!G.E. = Gravedad específica, 60°F/60°F!

10!Aromaticos!11!Naftenos!

Parafinas! 12!KUOP!

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Cálculo de la Temperatura Media de Ebullición (MeABP)!

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Donde:!VABP = Temperatura volumetrica de ebullición, °F!Ti = Temperaturas correspondientes a la destilacion ASTM D-86, °F !

TEM

PE

RAT

UR

A (º

C)


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•  Presión de Vapor Reid. ASTMD-323, IP 69. Tendencia a la vaporización en condiciones de almacenamiento!

•  Punto de Inflamación. Es la mínima temperatura a la cual los vapores emitidos por el producto se inflaman cuando en presencia de una llama!

Los métodos para determinar el punto de inflamación se codifican como sigue:!–  Cleveland de copa abierta: COVENIN 372-81 (ASTM D-92)!–  Pensky-Martens de copa abierta: COVENIN 425-81 (ASTM D-93)!–  Abel de copa cerrada: COVENIN 46-392 (IP-170)!–  Tag de copa abierta: COVENIN 421-81 (ASTM D-1310)!–  Tag de copa cerrada: COVENIN 896-81 (ASTM D-56)!

Volatilidad. Otros!


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Términos a considerar: 1) Punto inicial (PI), 2) Temperatura de destilación, 3) Punto final (PF), 4) Porcentaje de destilado, 5) Porcentaje total recobrado (destilado + residuo), 6) Pedidas por destilación!

•  Viscosidad! - Ensayos basados en instrumentos capilares (ASTM D-445). Basados

en la relación:! μ = πr4P/8nl!r , l = radio y longitud del tubo, n = coeficiente de viscosidad y P

diferencia de presión en los extremos del tubo capilar. La viscosidad μ tiene unidades de tiempo.

Algunas variantes:!  Viscosidad Universal Saybolt (SUS). ASTM D-88!  Segundos Furol Saybolt (SFS). ASTM D-88!

Unidades: segundos Stokes Poises o cP!Escala Apropiada! μxρ!


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•  Punto de Anilina. Típico para naftas y fracciones livianas. ASTM D-611 y ASTM D-801)!

Es la temperatura crítica de disolución de una mezcla de volúmenes iguales de anilina y producto a analizar. Es indicativo de la aromaticidad de la muestra. !

•  Punto de Fluidez. ASTM D-97! Es la s baja temperatura a la cual la muestra fluye. !

•  Contenido de Agua y Sedimentos. ASTM D-6470!Importante en los procesos de deshidratación!

•  Residuo de Carbón (Importante en operaciones de coquificacion)!

Masa de carbón remanente una vez que la muestra ha sido evaporada y calcinada a elevadas temperaturas en ausencia de aire !

- Residuo de Carbon Conradson (CCR). ASTM D-189! - Residuo de Carbon Ramsbotton (RCR). ASTM D-524!

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TODO CRUDO EN EL LABORATORIO O EN REFINERIA SE FRACCIONA POR DESTILACION!

Destilación!Crudo!

Gas Liquado de Petróleo (LPG) !

Gasolina Liviana de Destilación (LSR) !

Gasolina Pesada de Destilación (HSR)!

Querosene!

Gasóleo Atmosférico Liviano (LGO) !

Gasóleo Atmosférico Pesado (HGO)!

Gasóleo de Vacío (VGO)!

Residuo de Vacío (RV)!

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Productos Petroleros!

Fahim et al. 2010. Fundamentals of Refining. Elsevier Science B. V.

COMO INGENIERO DE PROCESOS, QUE ANALISIS DEBE LLEVAR A CABO?!

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