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UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE MONAGAS
ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
MATURÍN /MONAGAS/VENEZUELA
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y TIPOS DE AGENTES
PRECIPITANTES EN LA EFICIENCIA DE DISPERSANTES DE
ASFALTENOS MEDIANTE EL MÉTODO ÓPTICO EN CRUDOS
REALIZADO POR:
BR. CARMEN MARILIA ALLEN MARCANO
BR. FRANKLIN JOSÉ GONZÁLEZ LUCES
PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO
MATURÍN, JULIO DE 2010
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE MONAGAS
ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO
MATURÍN – MONAGAS - VENEZUELA
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y TIPOS DE AGENTES
PRECIPITANTES EN LA EFICIENCIA DE DISPERSANTES DE
ASFALTENOS MEDIANTE EL MÉTODO ÓPTICO EN CRUDOS
REALIZADO POR:
BR. CARMEN MARILIA ALLEN MARCANO
C.I: 18.099.917
BR. FRANKLIN JOSÉ GONZÁLEZ LUCES
C.I: 17.695.145
REVISADO POR:
________________________Ing. Tomás MarínAsesor Académico
_________________________ Ing. María García
Co-Asesor
MATURÍN, JULIO DE 2010
INDICE GENERAL
CONTENIDO Pag.
INTRODUCCIÓN 1
CAPÌTULO I: EL PROBLEMA
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………………………………….. 2
1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN…………………………………. 3
1.2.1 Objetivo general………………………………………………………….. 3
1.2.2 Objetivos específicos…………………………………………………….. 3
1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÒN………………………….... 4
CAPITULO II: MARCO TEÒRICO
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN………………………….. 5
2.2 BASES TEÓRICAS……………………………………………………….. 6
2.2.1 Definición de Asfaltenos……………………………………………….... 6
2.2.2 Resinas………………………………………………………………….... 6
2.2.3 Composición de los Asfaltenos………………………………………….. 6
2.2.4 Modelaje predictivo de la precipitación de Asfaltenos………………….. 7
2.2.4.1 Teoría Molecular………………………………………………………. 7
2.2.4.2 Teoría Coloidal……………………………………………………….... 8
2.2.5 Solubilidad de los Asfáltenos……………………………………………. 8
2.2.6 Precipitación de Asfáltenos……………………………………………... 9
2.2.7 Problemas ocasionados por la precipitación de Asfaltenos en la industria
petrolera………………………………………………………………………... 9
2.2.8 Factores que promueven la precipitación de Asfaltenos………………… 9
2.2.8.1 Factores termodinámicos………………………………………………. 10
2.2.8.2 Factores químicos……………………………………………………….... 11
2.2.8.3 Factores eléctricos……………………………………………………....... 11
2.2.8.4 Factores mecánicos……………………………………………………..... 12
2.2.8.5 Otros Factores……………………………………………………………. 12
2.2.9 Dispersantes de Asfaltenos……………………………………………........ 12
2.3 TÉRMINOS BÁSICOS……………………………………………………… 13
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN………………………………………………... 14
3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN……………………………………....... 14
3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA……………………………………………….... 15
3.4 DEFINICIÓN DE VARIABLES…………………………………………..... 15
3.4.1 Variables Independientes…………………………………………………... 15
3.4.2 Variables Dependientes…………………………………………………….. 16
3.5 FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS…………………………………………. 16
3.6 PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO………………………………........ 17
3.7 INSTRUMENTOS Y TÉCNICAS………………………………………....... 19
3.8 RECURSOS………………………………………………………………..... 20
3.8.1 Recursos Humanos……………………………………………………….... 20
3.8.2 Recursos Materiales y Bibliográficos…………………………………….... 20
3.8.3 Recursos Financieros………………………………………………………. 20
3.9 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES…………………………………….. 20
REFERENCIA BIBLIOGRAFÍCA 22
INTRODUCCIÓN
Los asfáltenos son considerados desde el punto de vista operacional como un grupo
de componentes de un crudo que es soluble en solventes aromático e insoluble en
parafinas de bajo peso molecular, totalmente rodeadas de resinas en forma micelar.
Las resinas son las responsables de mantener separados a los asfaltenos conservando
al sistema en estabilidad, sin embargo, si a este sistema en estabilidad coloidal se le
inyecta un agente precipitante (como los productos utilizados para la limpieza de los
pozos y de estimulación matricial), o existe algún cambio en el estado termodinámico
como la temperatura, ocasionado en el campo petrolífero (por ejemplo en la
producción de pozos), se provoca que la concentración de moléculas de resina
cambie, ocasionando su desestabilización, floculación y posterior deposición,
afectando los sistemas yacimiento-pozo, así como también las facilidades de
superficie.
Debido a esta problemática que se presenta en la industria petrolera se utilizan
productos químicos dispersantes cuya función es mantener estabilizadas las partículas
de asfaltenos presentes en el crudo, inhibiendo su deposición, así como promoviendo
la disolución o peptización de los asfaltenos, una vez que hayan precipitado, esto
mediante mecanismos físico-químicos que dependen de la naturaleza del agente en sí.
Este trabajo de investigación está orientado a determinar cómo los agentes
precipitantes que se usan para la limpieza de pozos y la estimulación matricial afectan
el umbral de floculación realizando variaciones de temperatura, y de esta misma
manera la influencia que tienen estos factores en la eficiencia del producto químico
dispersante utilizado.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los asfaltenos son moléculas condensadas de gran tamaño y de núcleo aromático,
ligados con cadenas alquílicas y cicloalcanos, además de compuestos heterocíclicos
que poseen nitrógeno, azufre y oxígeno, de estructura amorfa y alto peso molecular,
son considerados como la fracción de crudo soluble en tolueno o benceno e insoluble
en un exceso de n-alcano (pentano o heptano). Al hacer referencia a los asfaltenos se
hace necesario considerar a las resinas, ya que el comportamiento de los asfaltenos
depende mucho de la presencia de estas. Las resinas son las encargadas de mantener
separados a los asfaltenos manteniendo al sistema en estabilidad; esta situación puede
variar cuando el crudo es sometido a ciertas condiciones de presión, temperatura,
composición y régimen de flujo, debido a que el crudo se separa en una o dos fases
fluidas de grandes proporciones ( gas y/o liquido) y en una fase insoluble de menor
tamaño, constituida principalmente por los asfaltenos, originándose de esta manera la
desestabilización, floculación y finalmente deposición de asfaltenos.
La composición de los fluidos del yacimiento cambiará como consecuencia del
agotamiento normal durante la etapa de producción primaria del mismo. Esto
resultará en una pérdida de los componentes livianos del petróleo, causando un
descenso de la relación gas-petróleo (RGP), y un incremento en la densidad de los
fluidos. Como regla general, estos efectos reducen la tendencia de precipitación de
asfaltenos de los fluidos del yacimiento. Esto es porque tanto el gas como los
asfaltenos compiten por la solvencia en el petróleo y cuando éste pierde sus
fracciones ligeras, más asfaltenos pueden ir en solución. Por lo tanto, a medida que se
hace una limpieza en el pozo, o se procede hacer una estimulación matricial en el
mismo, ocurre cambio en la composición del crudo, debido a que el crudo que se
encuentra alrededor del pozo entra en contacto con los productos de limpieza y de
estimulación. Esto solo ocurre en las inmediaciones del pozo y por un tiempo
determinado, por lo tanto, no se afecta toda la composición del crudo del yacimiento.
En el yacimiento el asfálteno precipitado puede mantenerse en suspensión y fluir en
la fase del crudo o se puede depositar en la superficie de la roca. Lo que trae como
consecuencia una disminución en la producción del crudo debido a la alteración de la
permeabilidad de la formación y la mojabilidad de la roca.
Por todo lo antes expuesto, se llevará a cabo un estudio a nivel de laboratorio
utilizando el Método Óptico o Visual, para evaluar como los productos utilizados
para la limpieza de pozos, ácidos, de estimulación matricial, así como las distintas
temperaturas de operación, afectan la composición química del crudo, promoviendo
la precipitación de asfaltenos, y de esta misma manera comprobar la eficiencia de
algunos productos químicos usados para el tratamiento de asfaltenos presentes en los
hidrocarburos, con las condiciones mencionadas anteriormente.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar la influencia de la temperatura y los agentes precipitantes en la eficiencia
del dispersante de asfaltenos mediante el Método Óptico en crudos .
1.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Caracterizar las muestras de crudo de acuerdo a los grados API, viscosidad,
densidad y porcentaje de asfaltenos.
Determinar el umbral de floculación del crudo mediante el uso de productos
derivados del petróleo, ácidos y productos de estimulación matricial con
3
variación de temperatura.
Determinar la eficiencia del dispersante con crudos precipitados por la acción
de productos derivados del petróleo y de estimulación matricial con variación
de temperatura.
Comprobar las hipótesis planteadas mediante un análisis estadístico.
1.3 JUSTIFICACION DEL PROYECTO.
En trabajos de investigación realizados anteriormente se ha demostrado que el
aumento y/o disminución de la temperatura produce cambios en la solubilidad de la
mezcla (solvente + crudo), así como también en la viscosidad de la misma, y que la
dosis de solventes aromáticos aplicada, además de la eficiencia de productos
químicos dispersantes, son influenciadas por la variación de la temperatura a la que se
realiza la prueba. Por esta razón, en este trabajo de investigación se probará con
productos derivados del petróleo, ácidos, productos de estimulación matricial y
variación de temperatura, para estudiar como estos influyen en la eficiencia de
dispersantes de asfaltenos, y si al obtenerse el umbral de floculación la variación de
temperatura produce cambios similares en la solubilidad y viscosidad del crudo.
Se aspira que este proyecto cumpla con los criterios señalados por Ramírez en 1999,
que son relevancia social para que cuando se tenga un problema de precipitación de
asfaltenos en la principal industria del gobierno cuenten con un material que les
ayude a solucionarlo y así lograr una mayor producción de petróleo, la cual trae
desarrollo a la sociedad, relevancia científica la investigación de este trabajo
permitirá formular nuevas hipótesis en cualquier otra investigación relacionada con
asfaltenos y variación de temperatura y relevancia contemporánea debido a que
existen numerosos trabajos de investigación hechos anteriormente, pero ninguno
relacionado a como influyen la temperatura y los solventes en la eficiencia de
dispersantes de asfaltenos al momento de obtenerse el umbral de floculación.
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES (1,2)
Jiménez y Lazarde (2004). Estudiaron el efecto de compuestos orgánicos sobre
la precipitación de asfaltenos. En este trabajo se empleó el Método Óptico para
determinar umbral de floculación de asfaltenos y efectuar comparaciones con otros
métodos, realizado en el Laboratorio de Yacimientos de la Escuela de Ingeniería de
Petróleo, Núcleo Monagas, obteniéndose las siguientes conclusiones: Los ácidos
orgánicos utilizados afectan la estabilidad de los crudos, dependiendo de la
aromaticidad de las resinas que contengan y además los ácidos orgánicos y los
Derivados Orgánicos Nitrogenados utilizados afectan la estabilidad de los asfaltenos
en el crudo, provocando la precipitación de las micelas completas.
García y Rodríguez (2005). Estudiaron la influencia de la temperatura y tipo de
solvente en la determinación del umbral de floculación, así como también se llevó a
cabo una evaluación de algunos productos químicos empleados en la dispersión de
asfaltenos; todos estos estudios se realizaron en crudos provenientes del norte del
Estado Monagas. Entre los resultados más importantes obtenidos se tiene que la
temperatura es un factor que influye en la solubilidad de los asfaltenos, así mismo
afecta la dosis de solvente requerida para su dispersión. Además con el Método
Óptico se obtienen buenos resultados si se consideran ciertos aspectos como: el
tamaño de la gota, tiempo de reposo, agitación del crudo, entre otros.……….
2.2 BASES TEÓRICAS.
2.2.1 Definición de Asfaltenos (3)
Los asfaltenos son hidrocarburos aromáticos de alto peso molecular (1000-50000
UMA), formados por la unión de varios anillos bencénicos, son de estructura amorfa
con fórmula empírica promedio C74H87NS2O, predominantemente de tipo polar y se
caracterizan por ser insolubles en las fracciones ligeras del petróleo (n-Pentano, n-
Heptano), además contienen metales pesados como Vanadio (V) y Níquel (Ni). Los
asfaltenos se hallan presentes en la gran mayoría de los crudos, en mayor o menor
proporción y son los que le dan la coloración oscura a los mismos. Se hallan en
suspensión dentro del crudo, lo que se logra por la presencia de las resinas, las cuales
rodean a la molécula de asfalto y mantienen unida a los demás componentes del
crudo.
2.2.2 Resinas (4)
Son materiales semisólidos, similar a los asfaltenos (policíclicos) pero de menor peso
molecular, no presenta naturaleza definida, no son ni aromáticos ni parafínicos, sino
que tienen afinidad por ambas familias de hidrocarburos, no poseen heteroátomos ni
metales y son de color más claro que los asfaltenos. Son insolubles en los aceites del
crudo, particularmente en sus fracciones ligeras. Al igual que los asfaltenos, las
resinas también son solubles en benceno, cloroformo y bisulfuro de carbono; por ello
se ha pensado que la constitución química de ambos sea similar con marcada
diferencia en polaridad.
La principal diferencia entre la resina y los asfaltenos se encuentra básicamente en
sus propiedades fisicoquímicas; los asfaltenos forman dispersiones coloidales,
mientras que las resinas forman soluciones verdaderas.
2.2.3 Composición de los Asfaltenos (4)
Los asfaltenos físicamente son sólidos friables de color marrón oscuro a negro con un
6
punto de fusión no definido. Ellos se descomponen por calentamiento, se funden y
por posterior enfriamiento se resolidifican.
Los resultados de análisis elementales realizados a numerosas muestras de asfaltenos
de distintos crudos del mundo, han demostrado que la composición típica elemental
de las fracciones de asfaltenos precipitadas por n-pentano y n-heptano poseen
cantidad de carbono e hidrógeno que varían sólo en un pequeño rango: 82 3 % en
peso para el carbono y 8,1 0,7 % en peso para el hidrógeno. Esto indica que la
relación atómica H/C es bastante constante: 1,15 0,05, lo que sugiere entonces, que
los asfaltenos tienen una composición definida. Además, las relaciones H/C
encontradas en los asfaltenos precipitados con n-heptano son menores a la de los
asfaltenos precipitados con n-pentano, lo que sugiere un alto grado de aromaticidad
en los asfaltenos precipitados con n-heptano. Estos últimos contienen una alta
proporción de heteroátomos, lo cual es indicado debido a las altas relaciones N/C,
O/C y S/C.
2.2.4 Modelaje predictivo de la precipitación de Asfaltenos (1,2)
Dentro de los esfuerzos realizados para la caracterización de los asfaltenos y predecir
las condiciones en las cuales se encuentran presentes en el crudo y sus mecanismos
de precipitación, cabe destacar la existencia de dos teorías: una considera que los
asfaltenos están disueltos en el crudo como el resto de las moléculas y la otra acepta
que los asfaltenos están presentes en el crudo formando una dispersión coloidal.
2.2.4.1 Teoría Molecular
Hirschberget y Burke (1984) realizaron experimentos donde modelan el fenómeno de
la precipitación mediante el equilibrio termodinámico líquido-líquido de una mezcla
de dos seudocomponentes, uno de los cuales representa los asfaltenos y el otro, el
resto de las fracciones que constituyen el crudo, que en este caso cumple con la
condición de solvente. Bajo ciertas condiciones de presión y temperatura el crudo se
puede separar en dos fases líquidas, una de las cuales está constituida solamente por
7
asfalteno, mientras que la otra está formada por ambos componentes, pero
principalmente por el solvente. El equilibrio termodinámico entre estas dos fases
líquidas se establece en términos de la teoría de Soluciones Regulares de Scatchard y
Hildebrand y la Teoría de Floy-Huggins para polímeros. En la Figura Nº 2.4 se
muestra la disposición de los asfaltenos en el crudo según el modelo termodinámico
molecular.
2.2.4.2 Teoría Coloidal
Leontaritis y Mansoori (1987) desarrollaron un modelo termodinámico coloidal en el
cual se considera que los asfaltenos son partículas sólidas que se encuentran en
solución en forma coloidal, peptizados por las resinas que no permiten que las
partículas de asfaltenos se agreguen y, por lo tanto, precipiten, tal como se ilustra en
la Figura Nº 2.5. Los cambios en las condiciones de presión, temperatura,
composición, son los principales responsables de que las resinas se transfieran a la
fase líquida, por lo que los asfaltenos al quedar desprotegidos pueden agregarse,
produciéndose así la floculación y posiblemente, la precipitación de estos agregados.
2.2.5 Solubilidad de los Asfaltenos (1)
Los asfaltenos se encuentran entre las fracciones más pesadas y polares del petróleo,
de esta definición se desprende que éstos representan una clase de solubilidad, es
decir, son solubles en solventes aromáticos e insolubles en parafinas lineales, los
cuales son considerados como precipitantes de los mismos. Desde este punto de vista,
es posible definir los asfaltenos en forma diferente, dependiendo de la parafina que se
utilice para precipitarlos del crudo, así que se tienen: asfaltenos al pentano, asfaltenos
al hexano, al heptano, etc.
Los efectos químicos, eléctricos y mecánicos comprometen la solubilidad de los
asfaltenos en el crudo. La solubilidad molecular es particularmente influenciada por
cambios graduales en la presión y la temperatura.
8
2.2.6 Precipitación de Asfaltenos(2)
La precipitación de asfaltenos se refiere al fenómeno mediante el cual un crudo, bajo
ciertas condiciones de presión, temperatura, composición y régimen de flujo, se
separa en una o dos fases fluidas de grandes proporciones (gas y/o líquido) y en una
fase insoluble, de menor tamaño, constituida principalmente por los asfaltenos. Para
un crudo en particular, la cantidad de material precipitado generalmente es mayor a
medida que disminuye el número de carbonos del agente precipitante. Por ejemplo, la
cantidad de precipitado usando n-pentano puede ser dos y hasta tres veces mayor que
la cantidad precipitada cuando se utiliza n-heptano.
2.2.7 Problemas ocasionados por la precipitación de Asfaltenos en la industria
petrolera (1,2)
Los problemas asociados a la precipitación de los asfaltenos ocurren tanto en el
subsuelo como en superficie, afectando la explotación efectiva de los yacimientos
petrolíferos; así, se pueden señalar los siguientes:
Taponamiento del yacimiento y en la vecindad del pozo.
Taponamiento de la tubería de producción.
Taponamiento de las líneas de flujo y demás equipos de superficie.
Deterioro de la calidad del crudo por la formación de emulsiones estables.
Ensuciamiento en los intercambiadores de calor.
Deposición y taponamiento en sistemas de transmisión de gas.
2.2.8 Factores que promueven la precipitación de Asfaltenos (2,5)
Existen evidencias firmes de que los cambios de dispersabilidad de los asfaltenos en
el crudo, y los cuales promueven su precipitación, se deben a alteraciones del balance
termodinámico que mantiene a los coloides de aquellos en solución.
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Los principales parámetros que controlan la dispersabilidad de los asfaltenos son la
presión, temperatura y la composición del crudo. Por lo que cualquier acción de
naturaleza química, eléctrica o mecánica, en el proceso de producción, que altere
dichos parámetros, tiende a comprometer la dispersabilidad, ocasionando la
floculación y precipitación de los asfaltenos en el crudo. De esta manera, este
fenómeno puede originarse debido a los siguientes factores:
2.2.8.1 Factores Termodinámicos
La dispersabilidad molecular está particularmente influenciada por cambios graduales
en las variables operacionales más importantes dentro del proceso de producción: la
presión y la temperatura, los cuales son generalmente causados por la interacción del
crudo con obstrucciones, tales como: válvulas de subsuelo, conexiones entre tuberías,
y reductores, etc., que controlan la velocidad del flujo y, en consecuencia, la
ocurrencia o no del fenómeno de precipitación.
* Efecto de la Temperatura
Cuando la temperatura del crudo disminuye el poder de solubilización de los
componentes del petróleo, sin considerar a los asfaltenos, también disminuye.
Entonces algunas micelas resina-asfalteno se desestabilizan y se agregan entre ellas
formando grandes cúmulos.
* Efecto de la Presión
Bajo condiciones isotérmicas, la disminución de la presión del crudo se asocia con la
disminución de la densidad del fluido y, correspondientemente con la disminución de
la solubilidad. La separación promedio entre moléculas de la fase líquida y las
micelas de resina-asfalteno es mayor en densidades bajas, resultando interacciones
menos atractivas. Por tal motivo al disminuir la presión y por consiguiente la
densidad, algunas micelas de resina-asfalteno se agregan formando grandes cúmulos
que pueden llegar a precipitar.
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2.2.8.2 Factores Químicos
Desde el punto de vista químico, existen diferentes vías a través de los cuales se
puede provocar cambios en la composición del crudo, y por consiguiente, la
floculación de los asfaltenos. Estas se encuentran asociadas a los casos de contacto
íntimo del crudo con sustancias no involucradas en el proceso natural de producción.
El uso de ácidos en tratamientos de estimulación promueve la formación de películas
rígidas o viscosas que taponan la cara del pozo y perforaciones, siendo sumamente
difíciles de remover, puesto que una vez formado, es muy difícil conseguir un
contacto íntimo entre el solvente y las partículas de asfaltenos. Asimismo se han
presentado casos de taponamientos luego de tratamientos con solventes con alto
contenido de parafinas de bajo peso molecular. (Ej. kerosén y diesel utilizados en
labores de limpieza).
Estos factores exógenos que más influencia tienen en la estabilidad de los asfaltenos
son:
· Inyección de gas natural y mezcla con diluentes tales como condensados y livianos.
· Inyección de CO2 y el uso de gases ricos en procesos de levantamiento artificial.
· Tratamientos de estimulación con ácidos, solventes, surfactantes y álcalis.
2.2.8.3 Factores Eléctricos
Distintas investigaciones han estudiado el fenómeno de precipitación de asfaltenos a
nivel de medio poroso, y determinaron que la causa principal era la desestabilización
de los asfaltenos por la presencia de un campo eléctrico que se generaba debido al
flujo de los fluidos dentro del medio poroso.
Asimismo, demostraron que los asfaltenos poseen una carga eléctrica intrínseca. Esta
carga ha sido considerada, parcialmente, como responsable de la estabilidad de la
micela asfaltenoresinas, según el modelo coloidal. De esta manera las micelas se
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mantienen estabilizadas, entre otras cosas, debido a la repulsión entre cargas del
mismo signo ubicadas sobre los núcleos de las micelas.
La generación de un potencial de corriente producido por el flujo de fluidos a través
del medio poroso o la aplicación de un potencial externo suficientemente grande,
puede neutralizar las cargas eléctricas y perturbar el balance de fuerzas entre las
micelas causando la floculación.
2.2.8.4 Factores Mecánicos
Entre estos factores se encuentran los efectos de cizalla por equipos de bombeo de
subsuelo, fuerzas de fricción, fuerzas de impacto entre partículas, etc.
2.2.8.5 Otros factores
Hay evidencias de que cualquier sólido suspendido en el crudo (finos de arcillas o
minerales, limaduras de metales, sedimentos y grava) a menudo favorecen los
procesos de precipitación de los asfaltenos. Esas pequeñas partículas, suspendidas en
el crudo, pueden servir de núcleos o “sitios de nucleación” que promueven la
adhesión de los coloides de asfaltenos, formándose así grandes cadenas de moléculas
o partículas que tienden a precipitar más rápidamente de la solución de crudo. Este
efecto ocurre, sobre todo, a nivel de las perforaciones y más marcado a nivel de las
tuberías donde las rugosidades internas también representan “sitios de nucleación”
para estos compuestos.
2.2.9 Dispersantes de Asfaltenos (2)
Debido a los enormes problemas asociados a la precipitación de asfaltenos en la
industria petrolera, se han desarrollados productos que inhiben la floculación y
precipitación de asfaltenos. Un dispersante de asfaltenos es una solución de uno o
más surfactantes (aniónicos y/o noiónicos) disueltos en un solvente hidrocarbonado
de carácter aromático. Su función principal es mantener estabilizados a los coloides
de asfaltenos, evitando la floculación y posterior precipitación. Y en el caso de que
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los asfaltenos ya estén precipitados, promover su redisolución, a través de
mecanismos fisicoquímicos propios de agentes dispersantes.
Actualmente existen dispersantes de asfaltenos comerciales, que son clasificados
según el surfactante que contengan, como son los aniónicos, noiónicos y poliméricos.
Entre estos se pueden mencionar: ácidos sulfónicos de alquilbenceno, alquilfenoles
etoxilados, ésteres alifáticos de ácido fosfórico, copolímeros de óxido de etileno y
propileno, resinas alquifenolformaldehído, copolímeros vinílicos hidrofílicos-
lipofílicos, alquilsuccinatos y derivados de ácido cresílico.
2.3 TÉRMINOS BÁSICOS
Floculación: coagulación de un precipitado finamente dividido, para formar
partículas de mayor tamaño.
Hidrocarburos aromáticos: son todos aquellos pertenecientes a la familia del
benceno, un anillo cuya fórmula química es (C6H6) con tres enlaces dobles. Son
hidrocarburos insaturados, puesto que reaccionan a la adición de hidrógenos o de
otros elementos como el benceno, tolueno. xileno, etc.
Micelas: combinación de resinas y asfaltenos, las cuales constituyen entidades
moleculares separadas del crudo y sujetas a todo cambio termodinámico.
Peptización: proceso en el cual las resinas se adhieren a los asfaltenos, rodeando su
superficie, evitando que éstos se unan entre sí.
Resinas: se definen como la fracción del crudo constituido por agregados de anillos
aromáticos fusionados entre sí, la cual es insoluble en propano líquido, pero soluble
en n-heptano.
Umbral de Floculación: valor de presión, para una temperatura y composición dada,
a partir del cual se inicia la floculación de asfáltenos.………………………………..
13
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN.(6)
Según el autor Arias F. (2006), “la investigación explicativa se encarga de buscar el
porqué de los hechos mediante el establecimiento de las relaciones causa-efecto. En
este sentido, los estudios explicativos pueden ocuparse tanto de la determinación de
las causas (investigación post facto), como de los efectos (investigación
experimental), mediante la prueba de hipótesis. Sus resultados y conclusiones
constituyen el nivel más profundo de conocimientos”.
Esta investigación se fundamentará en indagar cuales productos utilizados para la
limpieza del pozo y la estimulación matricial, causan la precipitación de asfaltenos en
el crudo, y como se puede solucionar este problema mediante el uso de productos
dispersantes bajo las condiciones antes mencionadas, además se comprobará la
eficiencia del dispersante con cambios de temperatura.
3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN (6)
Según Arias F. (2006), “El diseño experimental es un proceso que consiste en
someter a un objeto o grupo de individuos a determinadas condiciones, estímulos o
tratamiento (variable independiente), para observar los efectos o reacciones que se
producen (variable dependiente).
Este trabajo de investigación estará basado en un diseño experimental, debido a que
consistirá en determinar mediante pruebas de laboratorio la eficiencia del producto
dispersante (variable dependiente) en las muestras de crudo cuando es sometido a
variaciones de temperatura y cambios en la composición por la acción de productos
derivados del petróleo, ácidos y de estimulación matricial (variable independiente).
3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA (6)
Según Arias F. (2006), define población como “conjunto de todos los casos que
concuerdan con determinadas especificaciones”.
En esta investigación la población estará constituida por muestras de crudos
pertenecientes al Oriente del país, específicamente del Norte del Estado Monagas,
además de los productos ácidos, derivados del petróleo y de estimulación matricial,
que se encuentren disponibles en el Laboratorio de Yacimiento y Procesamiento de
Hidrocarburos de la Escuela de Ingeniería de Petróleo de la Universidad de Oriente
Núcleo Monagas.
Según Arias F. (2006), muestra “subgrupo de la población del cual se recolectan los
datos y deben ser representativos de dicha población.”
Se tomaran dos (2) muestras de crudo de las que se encuentren disponibles en los
laboratorios de la Universidad de Oriente Núcleo Monagas.
3.4 DEFINICION DE VARIABLES (6)
Según Arias F. (2006), Variable “es una característica o cualidad, magnitud o
cantidad que puede sufrir cambios, y que es objeto de análisis, medición,
manipulación o control en una investigación”.
De acuerdo a su función las variables pueden ser Independientes o Dependientes.
3.4.1 Variables Independientes.
Arias F. (2006), Variable Independiente “son las causas que generan y explican los
cambios en la variable dependiente”.
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Las variables independientes en este trabajo de investigación serán:
1- Tipos de compuestos químicos: son todos los productos solventes como ácidos
orgánicos, productos derivados del petróleo y de estimulación matricial.
2- Temperatura: índice del nivel térmico de una sustancia, medido en grados, en
este caso se realizaran variaciones de grados de temperaturas.
3.4.2 Variables Dependientes
Arias F. (2006), Variable Dependiente “son aquellas que se modifican por acción de
la variable independiente”.
Las variables dependientes estarán constituidas por:
1. Umbral de Floculación: se refiere al punto en el cual se presenta el precipitado de
asfaltenos como consecuencia a la acción de los químicos empleados.
2. Eficiencia de químicos dispersantes: un químico se considera eficiente, cuando
es capaz de mantener en suspensión a la mayoría de los asfaltenos presentes.
3.5. FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS (6)
Según Arias F. (2006), define hipótesis como “explicaciones tentativas del fenómeno
investigado que se formulan como proposiciones”.
Las hipótesis planteadas para este trabajo de investigación son:
- El agente precipitante y la temperatura ejercen un efecto sobre el umbral de
floculación.
- Los cambios de temperatura causan efectos en la eficiencia del producto
dispersante utilizado.
16
3.6 PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO.
3.6.1 Recolección del Material Bibliográfico
Para la elaboración de las bases teóricas y la comprensión del tema en estudio, se
realizara la recopilación de materiales relacionados con asfaltenos, tales como
publicaciones en Internet, tesis, textos, guías, incluyendo información (propiedades
físico químicas) acerca de los compuestos orgánicos, productos derivados del
petróleo, así como los productos dispersantes que se aplicaran en la realización de las
pruebas de laboratorio.
3.6.2 Etapa 1. Caracterización de las muestras de crudo de acuerdo a los grados
API, viscosidad, densidad y porcentaje de asfaltenos.
3.6.2.1 COVENIN 883:2002 Determinación de la gravedad API y densidad del
petróleo crudo y productos derivados del petróleo por el Método del
Hidrómetro.
La gravedad API se leerá observando el hidrómetro API que flota libremente y se
anotará la graduación más cercana a la aparente intersección de la superficie del plano
horizontal del líquido con la escala vertical del hidrómetro, después de logrado el
equilibrio térmico.
La temperatura de la muestra se medirá en un termómetro adecuado que cumpla las
especificaciones establecidas en la Norma Venezolana COVENIN 1898 o en un
termómetro el cual es parte integral del hidrómetro (termohidrómetro).
Posteriormente se realizarán cálculos matemáticos para determinar la densidad del
crudo y de los productos derivados del petróleo.
3.6.2.2 COVENIN 426:1992 Determinación de la viscosidad del crudo por el
Método de la Viscosidad Saybolt.
Para determinar la viscosidad se tomará el tiempo que tarda en fluir la muestra por un
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orificio calibrado, se realiza bajo condiciones cuidadosamente controladas. Este
tiempo se debe corregir por un factor de orificio y se indica como la viscosidad de la
muestra a la temperatura a la cual se realiza el ensayo.
3.6.2.3 Método de Refractómetro para Cuantificar Asfaltenos
Esta prueba se realizará con el objetivo de determinar el porcentaje de asfaltenos
presentes en las muestras de crudos estudiadas, para esto se utilizará un refractómetro
que permite medir el índice de refracción de las soluciones preparadas con crudo y
solvente. A partir de estas mediciones se calculará el porcentaje de asfaltenos
empleando las ecuaciones establecidas por el Método de Refractómetro.
3.6.3 Etapa 2. Determinación del umbral de floculación del crudo mediante el
uso de productos derivados del petróleo, ácidos y productos de estimulación
matricial con variación de temperatura.
Para cumplir con este objetivo se aplicarán diversos tipos de agentes precipitantes
utilizados para la limpieza de pozos y estimulación matricial, se tomarán en cuenta
dos temperaturas, con la finalidad de estudiar a través del Método Óptico, la
influencia de éstos en la dispersión de los asfaltenos de las muestras estudiadas.
Este método se basa fundamentalmente en la Prueba del Número de Mancha en
Lienzo (Oliensis Spot Test Number), siendo una modificación del mismo. En este se
observará el Umbral de Floculación directamente en un microscopio por la acción de
un agente químico precipitante de asfaltenos.
3.6.4 Etapa 3. Determinación de la eficiencia del dispersante con crudos
precipitados por la acción de productos derivados del petróleo y de estimulación
matricial con variación de temperatura.
Para llevar a cabo la evaluación se emplearán productos químicos dispersantes en los
crudos precipitados, a fin de determinar la eficiencia de los productos evaluados,
además de estudiar el comportamiento de estos productos cuando existen cambios de
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temperaturas.
3.6.5 Etapa 4. Comprobación de las hipótesis planteadas mediante un análisis
estadístico.
Para comprobar si el agente precipitante y la temperatura afectan el umbral de
floculación e influyen en la eficiencia del producto químico dispersante se realizará
un análisis estadístico denominado Análisis de la Varianza (ANOVA), el cual sirve
para comparar las medias de más de dos muestras y se usa para clasificar muestras en
función de una variable cuantitativa. Debido a que este método no da valores
específicos se realizará un análisis por el método de Mínima Diferencia Significativa,
el cual proporciona resultados más precisos.
3.7 INSTRUMENTOS Y TECNICAS (6)
Los instrumentos que se utilizaran para realizar el trabajo de investigación serán:
-Microscopio: marca OLYMPUS OPTICAL Modelo CHT. 100-120 Voltios, 50-60
Hz, 0,35 A, Lámpara 30 W.
-Balanza Analítica: marca SARTORIUS Modelo BP 221S. Máxima medida 220 g,
con un porcentaje de error de 0,1 mg. Equipo para medir masas.
-Equipo de titulación: conformado por un sistema de buretas de 10 ml y porcentaje de
precisión de 0,1ml con soporte universal y un hot plate Marca CORNING de 0 a
480°C y velocidad de 0 a 1100 RPM.
-Beakers, cilindros graduados de variados tamaños, buretas de 50 ml, cubre y porta
objeto, micro inyectadora.
Según Arias F. (2006), “se entenderá por técnica, el procedimiento o forma particular
de obtener datos o información”.
Las técnicas que se usaran en esta investigación serán:
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Revisión Bibliográfica: a través de esta técnica se recolectara por medio de libros,
tesis, internet, folletos, etc., todo la información necesaria sobre floculación,
precipitación de asfaltenos y de los productos dispersantes, con la cual se facilitara la
realización del proyecto.
Observación indirecta: según Fidias Arias (2006), en este tipo de observación los
datos a obtener serán arrojados por equipos e instrumentos sofisticados como
microscopios, telescopios, monitores, entre otros.
3.8 RECURSOS
3.8.1 Recursos Humanos: Para llevar a cabo esta investigación se contara con la
ayuda de los asesores académicos y profesores de la Universidad de Oriente Núcleo
Monagas.
3.8.2 Recursos Materiales y bibliográficos: son todos los equipos de computación,
libros, tesis, que se encuentren disponibles tanto en la Universidad de Oriente como
en otras bibliotecas públicas; que puedan aportar información sobre el tema de la
investigación.
3.8.3 Recursos Financieros: para la elaboración de este trabajo los gastos estarán
costeados por los integrantes del grupo, pero las sustancias químicas y equipos para
las pruebas serán colaboración de los Laboratorios de la Universidad de Oriente
Núcleo Monagas.
3.9 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.
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Tabla 3.1 Influencia de la temperatura y tipos de agentes precipitantes el la
eficiencia de dispersantes de asfaltenos mediante el método óptico en crudos
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REFERENCIA BIBLIOGRAFÍCA
1. JIMÉNEZ L & LAZARDE L. (2004). Estudio de efecto de compuestos orgánicos
sobre la precipitación de asfaltenos. Universidad de Oriente, Núcleo Monagas, pp.
2-62.
2. GARCÍA Y RODRÍGUEZ (2005). Determinación de la influencia de la
temperatura y solvente en el método óptico de umbral de
floculación de asfaltenos en crudos del norte de Monagas. tesis, Universidad de
Oriente, Núcleo Monagas. pp. 4-39.
3. GARCÍA K. & IBARRA N. (2003). Estudio de la Influencia de Alcoholes, Ácidos
y Aceites Refinados del Petróleo Sobre la Precipitación de Asfaltenos.
Universidad de Oriente, Núcleo Monagas. pp. 6-31.
4. GARCÍA C. & MORENO S. (2005). Diseño de un equipo para la medición de la
precipitación de asfaltenos y la evaluación de productos químicos
inhibidores/dispersantes bajo condiciones de operación. Universidad de Oriente,
Núcleo Monagas. pp.7-30.
5. CUADERNO FIRP S369-PP. (2004). Modulo de enseñanza en fenómenos
interfaciales [Libro en línea]. Consultado el 09 de Julio de 2010 en:
www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S369PP_Asfaltenos.pdf
6. ARIAS, F. (2006). “El proyecto de investigación”, Editorial Episteme, Caracas,
Venezuela.
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