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Laura A. Celis Aparicio

Anlisis S.A.R.ACaracterizacin de Crudos

Escuela de Ingeniera de Petrleos

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Agenda:

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IntroduccinComponentes del PetrleoComportamiento de los Tipos de HidrocarburosAnlisis S.A.R.ASeparacin de las Fracciones de HidrocarburosFormas de Caracterizar un CrudoEjemplo de Anlisis S.A.R.A : Campo-Escuela ColoradoAplicaciones

Conclusiones

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Introduccin

Al crudo proveniente del yacimiento es precisocaracterizarlo, pues es de esta forma que podemos obtener

informacin fisicoqumica detallada de sus fracciones.

Con los datos adquiridos de una prueba de cromatografa ysu respectivo anlisis se puede llegar a predecir la

precipitacin y deposicin de asfltenos; un problemarepresentativo econmicamente para la industria.

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Conceptos Claves

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Proceso que se utiliza para eliminar de forma individual los componentesde una mezcla gaseosa o lquida. El componente a separar se liga de formafsica o qumica a una superficie slida.

Adsorcin

Elusin

Proceso fsico que separa sustancias por medio de un lavado con lquidoapropiado de sustancias adsorbidas.

El material que sale de la columna seconoce como la fase mvil.

El eluente transporta los productosqumicos a travs de la fase estacionariaprincipalmente porosa como la arena.

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Componentes del Petrleo

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Saturados

Caractersticas: No polares, no tienenenlaces dobles ni triples.Estructura: Bsicamente consiste encadenas lineales largas o cadenas cclicasramificadas.Forma: Desde el CH4 hasta el C4H10 songases; desde el C5H12 hasta el C17H36 sonlquidos; y los posteriores a C18H38 sonslidos.

Sub-Clase: La cera consisteprimordialmente de cadenas linealesde Alcanos dentro del rango (C

20

C30).H/C = 2 4Peso Molecular: Depende de laestructura. (lquidos ligeros)

Fig.1 Parafina

Fig.2 Cicloparafina

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Aromticos

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Caractersticas: Polares, comunespara todos los petrleos. Oloragradable.

Estructura: Cadenas alqulicas yanillos cicloalqulicos, junto conanillos aromticos adicionales.

Forma: Derivados Estructurales delBenceno.

H/C = Variado. Peso molecular: >78 g/mol

Fig.3 Anillos Aromticos

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Resinas

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Estructura: Bsicamente consiste enanillos, principalmente aromticos.

Forma: Las resinas puras son lquidospesados o solidos pegajosos yvoltiles

H/C = 1.2 - 1.7

Peso molecular:

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Asfaltenos

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Estructura: Bsicamente consiste enanillos, principalmente aromticos. Seencuentran como coloides.

Forma: Los asfaltenos puros sonslidos, secos, polvos negros y no

voltiles. H/C = 0.9 - 1.2

Peso molecular:

Monmeros: 500 1000 g/mol

Micelas: 1000 5000 g/mol

Heterotomos: S=0.5-10 wt%; N=0.6-2.6 wt%; O=0.3-4.8 wt%

Elementos Metlicos: Ni, V, Fe

Fig.5 MolculasHipotticas de Asfaltenos.

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Agregacin y Deposicin

Fig.6 Asfaltenos en estado coloidal,separados por resinas.

Fig.7 Despus de inyectar un solvente (colorgris); las resinas abandonan a los asfaltenos.

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Fig.8 Si en su recorrido dos asfaltenoshacen contacto en reas libres de resina,se juntan formando cmulos

Fig.9 Cuando el tamao de los cmulosaumenta se vuelven menos difusivos ypesados depositndose en el fondo.

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Agregacin y Deposicin

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Anlisis S.A.R.A

S.A.R.A

Saturados

Aromticos

Resinas

Asfaltenos

Hidrocarburos lineales, ramificados y cclicossaturados.

Poseen unoo mas anillosaromticos,son maspolarizables.

Miscibles con heptano (o pentano).

Insolublesen excesode heptano(o pentano).

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Grupos Orgnicos

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La diferencia de Solubilidad

El Anlisis S.A.R.A se realiza de acuerdo a:

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Resultados del Anlisis S.A.R.A

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La prueba se realiza normalmente para estimar el porcentaje en peso de lacantidad de los compuestos saturados, aromticos, resinas y asfltenos.

A partir de est tambin se puede predecir la naturaleza de la materia

orgnica de la roca madre y el grado de madurez del crudo.

Tambin podemos conocer cual o cuales fracciones pueden precipitar comoslidos orgnicos en el yacimiento, las facilidades de superficie y en sistemas detransporte.

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Separacin de Las Fracciones de

Hidrocarburos

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Separacin de Asfaltenos

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Mtodo de extraccin soxhlet:El objetivo es extraer de la muestra los compuestos ms pesados por mediode la elusin de la misma.

Fig.10 Extractor Soxhlet

La cmara superior contiene lamuestra; la cual en presencia de unsolvente solubiliza los mltenos yprecipita los asfaltenos.

La cmara de solvente en la parteinferior contiene solvente orgnico.

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Formas de Caracterizar un Crudo

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Cromatografa

MtodoMejorado

(HPLC)

Lquida de AltaPresin

(TLC)

Capa Delgada

ASTM

D2007-03

Adsorcin porArcilla-gel

(Claygel)

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Mtodo De Adsorcin Cromatogrfica

Por Arcilla-gel (Clay-gel) ASTM

Se requiere solventes y gran cantidad

de muestra con un punto de ebullicinpor encima de los 500 F.

Si la muestra contiene agua, se debehacer previamente una deshidratacin.

Si presenta alguna clase dematerial particulado, se debe filtrar.

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Fig. 11 Instrumentacin del anlisis SARA prueba ASTM

D2007-03

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Procedimiento

Columna Superior Columna Inferior

25mm

Unin

Unin

Llene las columnas superior e inferior con el respectivo material como se indicaen las figuras.

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Montaje

La lanilla de fibra de vidrioevita la entrada de aire ypreviene la agitacin.

Una los tubos cromatgrafos

lubricando las uniones convaselina para hidrocarburosinsolubles.

Las columnas adsorbentesdeben mantenerse niveladas

constantemente.

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Remocin de Asfaltenos

Pese 10 g de la muestra en un matraz cnico de 250 mL.

Mezcle est con 100ml de n-pentano en un bao de agua caliente y agite unossegundos; luego deje reposar la mezcla 30min a temperatura ambiente.

Utilice un matraz de 500ml y ponga 15cm de papel de filtrado sobre un embudo

de filtrado, vierta la muestra; luego enjuague el matraz cnico con 60ml de n-pentano y filtre. Adicione de nuevo otros 60ml de n-pentano.

Transfiera la solucin a un beaker (anti-creep) en porciones, y evapore el n-pentano en un calentador a (100-105)C

Se puede considerar que el n-pentano ha sido removido cuando el peso de lamuestra es menor a 10 mg durante 10 minutos a esta temperatura.

El aceite recuperado se utiliza para el siguiente proceso.

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Preparacin de la Muestra

La muestracontiene

asfaltenos quefueron

determinados?

Adicione 25 ml de n-pentano a la columna deadsorcin.Diluya con 25 ml de n-pentano la muestra hasta

obtener una solucinuniforme.

Si

Se debe seleccionar el tamaode muestra apropiado.

No

Tabla 1. Rango del contenido polar

Nota: el resultado obtenido de contenido polar no deber ser mayor al tamao

de la muestra.

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Recuperacin de Saturados

25ml n-pentano muestra

25ml n-pentano

1.

2.

Mezcla diluida3.

No se debe ventilar la columna.Mantenga el nivel de n-pentano porencima de la arcilla.Recupere 280 10 ml.

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Recuperacin de Aromticos (Polares)

Mantenga la columna sinsobrepasar un nivel de 25mm hastarecuperar 200ml del solvente.

Procedimiento 1.

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Recuperacin de Resinas

1.

Relacin 50-50

Tolueno Acetona

Recolecte 250 mL de la mezcla

hasta que quede sin color.

Agite el embudo y djelo reposar5min para precipitar el agua;elimine el agua.Grnulos de Cloruro de Calcio Anhidrita 10 g

Agite el embudodurante 30seg ydjelo asentar10min.

Filtre; luego enjuague el embudocon 25ml de n-pentano y filtre estasolucin, adicionalmente enjuague el

papel filtro con 15ml de n-pentano.

Papel filtro

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Recuperacin de Aromticos

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Procedimiento 2Ya que se desea determinar losaromticos, despus de haberrecolectado el n-pentano reutilizabledel procedimiento 1, se debe colocar lacolumna slice gel en el montaje deextraccin de la Fig.15

Se fluye tolueno por 2hr, a partir deun matraz de 500ml a 10 +/- 2 ml/min.

Cumplido el tiempo, la vlvula A esabierta y el tolueno removido a un

matraz de 50ml; la solucin remanentees entonces combinada con el n-pentano del procedimiento 1. para larecuperacin de aromticos.

Fig. 12 Aparato de Extraccin

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Clculos de las Fracciones

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Cromatografa de Capa Delgada

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Se basa en el principio de adsorcin y lainteraccin entre una fase estacionaria y lamuestra .

El plato se sumerge en un bao consolvente que va ascendiendo solubilizando

ciertos componentes de la muestra que a suvez ascienden.

Mientras que otros componentes ms

polares generan una interaccin dipolo-dipolo actuando ms fuertemente con lafase fija, la cual los deja atados a la capadelgada que recubre el plato.

Plato

Fig. 13 Cromatgrafo de capa delgada.

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Cromatografa Lquida deAlta Presin

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Es un proceso mejoradomediante el uso de presionesbastantes altas alrededor de 6000

Psi y una bomba que impulsa muyrpido el movimiento del solventeen fase mvil .

Fig. 14 Refractmetro diferencial

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Comparacin de los Mtodos

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Comparacin de las fracciones S.A.R.A por los 3 mtodos cromatogrficos.

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Ejemplo de Anlisis S.A.R.A

Campo Colorado

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La prueba se realizo para siete muestras del campo Colorado en el laboratoriode espectroscopia del ICP.

Resultados Anlisis S.A.R.A:

Se observa que el porcentaje de las fracciones es prcticamente el mismo.

El pozo Col 25 muestra un porcentaje de saturados menor.

Fuente: PROCEDIMIENTOS METODOLOGICOS PA PARA LA CARACTERIZACION DE FLUIDOS DECAMPOS MADUROS. APLICACIN A LOS FLUIDOS DE CAMPO COLORADO. CRISTANCHO marcela,

HOYOS Jorge.

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Resultados Anlisis S.A.R.A

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Fuente: PROCEDIMIENTOS METODOLOGICOS PA PARA LA CARACTERIZACION DE FLUIDOS DE CAMPOSMADUROS. APLICACIN A LOS FLUIDOS DE CAMPO COLORADO. CRISTANCHO marcela, HOYOS Jorge. Pg.

140

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ndice de Inestabilidad Coloidal

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El ndice de inestabilidad coloidal relaciona la cantidad en porcentaje en peso entrelas cuatro fracciones obtenidas del anlisis S.A.R.A para proporcionar un posiblemarco de referencia de la estabilidad o inestabilidad de un determinado crudo.

ndice de inestabilidad coloidal = %Saturados + %Asfltenos%Resinas + %Aromticos

CLASIFICACIN DE LOS CRUDOSTIPO DE CRUDO IIC

Estable < 0,7Moderadamente Estable 0,7 - 0,9

Inestable > 0,9

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Conclusin del Anlisis S.A.R.A

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Como lo muestra la siguiente tabla los crudos del campo colorado, segnel CII, son inestables, esto indica que un cambio en la presin puedegenerar precipitacin de asfaltenos. En la arena B de campo colorado secomprob por medio de un anlisis PVT que la presin de yacimientoest por encima de la presin de saturacin, estas condiciones de presin

hace que sea ms inminente la precipitacin de los asfaltenos.

Fuente: PROCEDIMIENTOS METODOLOGICOS PAPARA LA CARACTERIZACION DE FLUIDOS DECAMPOS MADUROS. APLICACIN A LOS FLUIDOS DE CAMPO COLORADO. CRISTANCHO marcela,

HOYOS Jorge. Pg. 142

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Aplicaciones

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Estudio de la estabilidadde Asfaltenos.

Las distribuciones msamplias de asfaltenos son

ms estables que lascercanas a las resinas queconfieren estabilidad por laampliacin del rango de laspropiedades de losasfaltenos.

Cambio enla

mojabilidaddel Yto

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Conclusiones

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Gracias al anlisis S.A.R.A se puede caracterizar un crudo determinado esto se

puede predecir su comportamiento a travs de todo el proceso desde la extraccinhasta su comercializacin.

Los procedimientos usados en la prueba SARA se basan en la elusin con unsolvente puro, de tal forma que el uso del mismo dependa de las propiedades delcompuesto que se va a extraer aprovechando las mismas.

El mtodo de separacin cromatogrfica por columnas ASTM ha demostradotener gran eficiencia en amplia variedad de crudos, siendo uno de los mas sencillosde realizar a nivel de laboratorio, a pesar de su alto consumo de insumos y eltiempo de realizacin.

Con la aplicacin del anlisis SARA en el campo Colorado se logro establecer lainestabilidad de sus crudos de acuerdo al ndice de inestabilidad coloidal (CII)calculado a partir del porcentaje en peso de las fracciones de crudo; las cualesciertas presentan deposicin de materiales que dificultan su produccin ytratamiento.

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Bibliografa

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ASTM D2007 - 03(2008): Standard Test Method for Characteristic Groups inRubber Extender and Processing Oils and Other Petroleum-Derived Oils by the Clay-Gel Absorption Chromatographic Method

Delgado Jos, Cuaderno FIRP S369-A, Asfaltenos, Composicin, Agregacin,precipitacin, Laboratorio de formulacin, Interfaces, Reologa y Procesos,

Universidad de los Andes, Mrida Venezuela

Cristancho, Marcela y Hoyos, Jorge. "Procedimientos metodolgicos para lacaracterizacin de fluidos de campos maduros. Aplicacin a los fluidos de campoColorado. Tesis de grado, Universidad Industrial de Santander, 2008.

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McCain, William. Component of natural occurring Petroleum Fluids. En TheProperties of the petroleum fluids. 2da Edicin. Tusla, Oklahoma.

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Gracias