Asfalt Enos

8/16/2019 Asfalt Enos

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Los Asfaltenos y sus efectos en la producción depetróleo

Oswaldo Borges Hace 3 años PVT

Los asfaltenos son compuestos aromáticos y nafténicos de alto pesomolecular con un rango de 1000 a 50000 kg/kgmol, que se encuentranen dispersión coloidal en algunos crudos. Se de nen como fraccionesque se encuentran en el crudo, solu!les en sol"entes aromáticos como el!enceno, tolueno y #ileno, pero insolu!le en n$alcanos de cadena corta

%!a&o peso molecular' como por e&emplo el n$pentano, y pueden serderi"ados del petróleo y/o car!ón. Los asfaltenos son part(culas sólidassemicristalinas de color café o negro que contienen anillos condensadosde )idrocar!uros aromáticos. Los asfaltenos no son una especie qu(micasino una familia de compuestos que presentan sólo un comportamientoglo!al caracter(stico. Se caracteri*an por ser de tipo polar, de estructuraamorfa y de fórmula emp(rica promedio + - S 2. 3a&o el término4asfaltenos se agrupa a los componentes que quedan como fracción

insolu!le luego de tratar una me*cla en determinadas condiciones%sol"entes, temperaturas, etc'. La composición de esta fracción insolu!le"ar(a de petróleo en petróleo y la caracter(stica com6n, que los )aceimportantes en el estudio de los yacimientos y en la producción depetróleo, es que suelen originar precipitados %sólidos' al agruparse porsufrir alteración en su am!iente, da7ando el medio poroso o !loqueandolas tu!er(as de producción, e"itando as( el 8u&o de )idrocar!uros enpo*os petroleros. La cantidad de asfaltenos en el petróleo "ar(adependiendo de la fuente, profundidad, gra"edad 9:; del crudo ycontenido de a*ufre.

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ResinasLas resinas son de nidas como la fracción del crudo constituidas poragregados de anillos aromáticos fusionados entre s(, la cual es insolu!leen propano l(quido, pero solu!le en n$)eptano. La estructura de lasresinas es similar a los asfaltenos, pero son más peque7as en pesomolecular, en el rango de 50 a 1000 kg/kgmol. :oseen una relación másalta de cadenas alifáticas/anillos aromáticos que los asfaltenos, loscuales son recu!iertos por las resinas. no de los primeros esfuer*os para predecir el comportamiento de fasede los asfaltenos a partir de un modela&e termodinámico molecular fuepu!licado por ?ussel en 1@ @. Su modelo estu"o !asado en la ecuaciónde estado de Aedlic)$BCong. ?ussel consideró a los asfaltenos 8oculadoscomo una fase l(quida pesada en equili!rio termodinámico con la fase de"apor y de l(quido li"ianos en el sistema.Dl tra!a&o de ?ussel fue seguido por irsc)!erg y cola!oradores, loscuales propusieron en 1@ -, un modelo el cual descri!e el fenómeno dela precipitación de los asfaltenos mediante el equili!rio termodinámicol(quido de una me*cla de dos seudocomponentes %asfaltenos$crudo', endonde los asfaltenos son considerados moléculas monodispersas en elcrudo, como resultado de las teor(as de pol(meros %como por e&emplo, elmodelo de ?lory$ uggins %1@5E'', usado para descri!ir elcomportamiento molecular de los asfaltenos sometidos a cam!ios depresión, temperatura y composición. Dl principal concepto de esta teor(a,la que la separa del modelo coloidal, es que los asfaltenos están


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disueltos en el crudo como cualquier otra molécula. La cantidad deasfaltenos disuelta en el petróleo, as( como el proceso de precipitación yredisolución en el mismo, es función de las condiciones termodinámicasdel sistema. +omo resultado, los métodos con"encionales de equili!riode fases termodinámicas %posi!lemente usando una ecuación de estado'pueden ser utili*ados para predecir el comportamiento de fase de losasfaltenos en petróleo l(quido. Dste modelo es similar al de ?ussel, con lae#cepción de que la teor(a de ?lory$ uggins es utili*ada para determinarel equili!rio l(quido$l(quido entre la fase de petróleo y la de asfaltenos.Dstos tra!a&os fueron apro"ec)ados por BaCanaka y Fansoori. Sucontri!ución fue e#tender el modelo de irsc)!erg al llamado casopolidisperso, donde los asfaltenos son considerados como un

componente del crudo que tiene una distri!ución de peso molecular enlugar de ser de un solo tama7o. La teor(a de pol(meros polidispersos deScott y Fagat fue usada en lugar de la teor(a de ?lory$ uggins paracalcular el equili!rio de fase sólido$l(quido entre asfaltenos$crudo.>na de las diferencias entre estos dos modelos, es que el modelo de

irsc)!erg de 8oculación de asfaltenos es determinado a partir de uncálculo de equili!rio l(quido$l(quido, mientras que en el de BaCanaka$Fansoori es determinado por un equili!rio sólido$l(quido. Dsto

impl(citamente signi ca que, el modelo de irsc)!erg considera a la fasede asfaltenos como un l(quido, mientras que el de BaCanaka$Fansoori laconsidera como un sólido. Sin em!argo, en am!os modelos el proceso de8oculación es necesariamente tomado como re"ersi!le.

Figura 1. Disposición de los Asfaltenos en el crudo según el modelo

termodinámico Molecular.Teoría Coloidal


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Dsta teor(a )a sido propuesta por Leontaritis y Fansoori en 1@ G ellaconsidera que los asfaltenos se encuentran suspendidos coloidalmenteen el crudo, de!ido a una capa esta!ili*ante de resinas altamentepolares que act6an como agentes pepti*antes rodeando su super cie,con lo cual impiden que los asfaltenos se unan entre s( y precipiten. Dllasson adsor!idas por los asfaltenos y act6an como capas protectoras.Dstas resinas y asfaltenos &untos son llamadas micelas, las cualesconstituyen entidades moleculares separadas del crudo y su&etas a todocam!io termodinámico. La adición de una adecuada cantidad de8oculante, por e&emplo n$pentano, causa la destrucción de las micelas ypuede resultar en una 8oculación irre"ersi!le.

Figura 2. Disposición de los Asfaltenos en el crudo según modelotermodinámico coloidal.

La teor(a considera que los asfaltenos lle"an cargas intr(nsecas quepueden ser positi"as o negati"as dependiendo de la composición delcrudo, y que éstos se encuentran dispersos en el mismo gracias a lapresencia de resinas, ya que e#iste un segmento de la misma quepermanece en contacto con el resto del crudo %para nas, naftenos yaromáticos' y entre estos segmentos e#isten fuer*as repulsi"as que sonlas responsa!les de mantener las part(culas de asfaltenos en suspensión.Si son colocados en un campo eléctrico, los asfaltenos migrarán )acia elelectrodo con carga opuesta a la que ellos tienen. Hanto las resinas comolos asfaltenos tienen tendencia a agregarse entre ellos y el grado de esteestado de agregación dependerá de la composición del crudo y delcarácter aromático del mismo.


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Figura 3. Balance de fuerzas sobre las micelas de asfaltenos en el ue

se muestra el efecto de las cargas el!ctricas.Los cam!ios en las condiciones termodinámicas del sistema, es decir,presión, temperatura y/o composición, son los responsa!les de que lasresinas se trans eran a la fase l(quida, por lo que los asfaltenos quedandesprotegidos con li!ertad de agregarse, produciéndose as( la 8oculacióny posi!lemente, la precipitación de estos agregados. >n n6mero deestudios )an reportado que los asfaltenos pueden ser precipitados por8u&o a tra"és de capilares y el medio poroso. Dsto con rma que las

micelas resinas$asfaltenos están eléctricamente cargadas y que puedenprecipitar por la aplicación de una energ(a potencial generada por el 8u&ode petróleo a tra"és de las arenas. Similarmente, la aplicación de unpotencial opuesto puede pre"enir la precipitación de asfaltenos desde elcrudo que 8uye a tra"és del medio poroso.


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Figura 4. Mecanismo de precipitación de asfaltenos según el modelocoloidal.

3asado en estas o!ser"aciones, el modelo f(sico que me&or se a&usta alsistema crudo/resina/asfaltenos es el modelo coloidal. Se cree que losasfaltenos se encuentran en el petróleo en suspensión coloidal y queestán esta!ili*ados por las resinas que adsor!en so!re su super cie. Lanaturale*a coloidal del crudo fue propuesta por primera "e* por

ellesteyn y el modelo coloidal por :feiIer y Saal en 1@-0. Jesdeentonces, numerosos estudios )an con rmado la aplica!ilidad de estemodelo para los asfaltenos en el petróleo. La naturale*a coloidal de losasfaltenos fue utili*ada por Leontaritis para formular un modelo

termodinámico coloidal, y as( predecir el comportamiento de fase de losasfaltenos.Dn !ase a esto y tratando de descri!ir el fenómeno de agregaciónasfalténica se encontró, en la teor(a coloidal, el modelo JL+9%9gregación +oloidal Limitado por Jifusión', tam!ién conocido como+6mulo$+6mulo, que es el modelo que me&or se aseme&a a la cinética deagregación de asfaltenos. Hal modelo consiste de part(culas y agregadosdispersos, que se difunden en el sistema siguiendo una caminata

aleatoria, si en su recorrido una part(cula o c6mulo coloidal c)oca conotra part(cula o c6mulo, éstos podr(an quedar pegados con una ciertapro!a!ilidad y, en tal caso, ellos continuarán difundiéndose como un soloagregado con la posi!ilidad de quedar pegado a otro c6mulo o part(cula.Jespués de que )a transcurrido el tiempo, el tama7o de los c6mulos )aaumentado y el n6mero de ellos )a disminuido.Estructura de los asfaltenosDstructuralmente se )a compro!ado que los asfaltenos son una fracciónde compuestos que e#isten naturalmente en el crudo como agregadosde n6cleos aromáticos condensados, sustituidos por grupos alifáticos ynafténicos, los cuales poseen )eteroátomos %nitrógeno, a*ufre, o#(geno'locali*ados en las estructuras en una "ariedad de formas, especialmentelas )eteroc(clicas. Ham!ién se )a detectado la presencia de metalescomo "anadio, n(quel y )ierro, los cuales se concentran en estructurasde anillos grandes que se originan en los organismos "i"ientesdenominadas por rinas. Dl 0K del contenido de los metales en loscrudos se puede encontrar en estas estructuras. Dl resto de estosmetales se encuentran en estructuras no por r(nicas asociadas con el


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nitrógeno, a*ufre y o#(geno en la fracción asfáltica, pero sus arreglos noson de nidos.

Dn su estado natural, se sugiere que los asfaltenos e#isten como unaestructura comple&a, la cual permite que los asfaltenos agregadospuedan encontrarse dispersos en el crudo y puedan mo"erse dentro delpo*o o el yacimiento. 2tras o!ser"aciones sugieren que con elincremento del peso molecular de la fracción de asfaltenos, seincrementa la aromaticidad y la proporción de )eteroátomos.Dl agregado de asfaltenos tiene dimensiones coloidales y precipitar(a delcrudo, si no fuese por la presencia de una capa esta!ili*ante de resinasque lo rodea. Dl sistema de asfaltenos, unido a las resinas, constituye

una part(cula coloidal denominada micela, de acuerdo con laterminolog(a de la qu(mica de surfactantes.Dstructuralmente, la micela %resina$asfaltenos' tiene un carácterpredominante aromático, en el cual, la aromaticidad del asfalteno esmayor que la de la resina. Dsto se de!e a que la relación de cadenasalifáticas/anillos aromáticos de las resinas, es mayor que la de losasfaltenos, ya que las resinas tienen cadenas alifáticas largas y pocosanillos aromáticos, comparadas con la estructura de los asfaltenos. Je

esto se deduce que las resinas son una interfase de polaridad mediaentre el crudo %poco polar', constituida por para nas, aromáticos y lasresinas no adsor!idas so!re los asfaltenos y estos 6ltimos.Je acuerdo a esto, el grado de aromaticidad del crudo %fase dispersante'es importante cuando las resinas se encuentran !ien adsor!idas por elaglomerado de asfaltenos %fase dispersa'G al igual que la para nicidaddel medio decide cuando las resinas son desor!idas de la micela.>na alta aromaticidad de la matri* del crudo indica !uena sol"encia paralos asfaltenos, es decir, que el poder sol"ente de este medio es uno delos aspectos fundamentales que determinan el comportamiento f(sico$qu(mico del sistema coloidal del crudo.


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Figura 5. "structura molecular promedio de los asfaltenos.Composición de los Asfaltenos

Los asfaltenos f(sicamente son sólidos fria!les de color marrón oscuro anegro con un punto de fusión no de nido. Dllos se descomponen porcalentamiento, se funden y por posterior enfriamiento se resolidi can.Los resultados de análisis elementales reali*ados a numerosas muestrasde asfaltenos de distintos crudos del mundo, )an demostrado que lacomposición t(pica elemental de las fracciones de asfaltenos precipitadaspor n$pentano y n$)eptano poseen cantidad de car!ono e )idrógeno que"ar(an sólo en un peque7o rango= E K en peso para el car!ono y

,1 0, K en peso para el )idrógeno. Dsto indica que la relaciónatómica /+ es !astante constante= 1,15 0,05, lo que sugiere entoncesque los asfaltenos tienen una composición de nida. 9demás, lasrelaciones /+ encontradas en los asfaltenos precipitados con n$)eptanoson menores a la de los asfaltenos precipitados con n$pentano, lo quesugiere un alto grado de aromaticidad en los asfaltenos precipitados conn$)eptano. Dstos 6ltimos contienen una alta proporción de )eteroátomos,lo cual es indicado de!ido a las altas relaciones /+, 2/+ y S/+.Solubilidad de los Asfaltenos

Los asfaltenos se encuentran entre las fracciones más pesadas y polaresdel petróleo, de esta de nición se desprende que éstos representan unaclase de solu!ilidad, es decir, son solu!les en sol"entes aromáticos einsolu!les en para nas lineales, los cuales son considerados comoprecipitantes de los mismos. Jesde este punto de "ista, es posi!lede nir los asfaltenos en forma diferente, dependiendo de la para na quese utilice para precipitarlos del crudo as( que se tiene= asfaltenos alpentano, asfaltenos al )e#ano, al )eptano, etc.

Dstudios reali*ados demostraron que la cantidad de precipitado es mayora medida que disminuye el n6mero de car!onos del agente precipitante


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y tam!ién que a partir del n$)eptano, la cantidad precipitada presentamuy pocas diferencias con respecto a los n$alcanos más pesados,indicando esto que sólo los componentes más polares y, por lo tanto,más insolu!les, precipitan con n$)eptano. Dste comportamiento se ilustraa continuación=

Figura 6. "fecto del número de carbonos del agente precipitante sobrela cantidad de componentes insolubles.

+omo se )a se7alado, el porcenta&e de material orgánico insolu!le quepuede ser precipitado del crudo o de crudos e#trapesado, está

estrec)amente relacionado con los diferentes sol"entes utili*ados parasu precipitación. Je esta manera se )a determinado que el uso decadenas lineales y rami cadas u ole nas causan importantes "ariacionesen el porcenta&e de asfaltenos o!tenido %superior al 15K'.9s( mismo, las ciclopara nas tienen un efecto muy marcado so!re elasfalteno precipitado y se o!tienen resultados totalmente diferentes alos que se o!tienen utili*ando cualquier otro sol"ente )idrocar!uro noaromático. :or e&emplo, cuando el ciclopentano, ciclo)e#ano o sus metil$

deri"ados son empleados como agentes precipitantes, sólo alrededor del1,0K del !itumen permanece insolu!le. Dsto )ace que el poder sol"entede estos )idrocar!uros caiga dentro del área del poder sol"ente de losaromáticos.Precipitación de AsfaltenosLa precipitación de asfaltenos se re ere al fenómeno mediante el cual uncrudo determinado, !a&o ciertas condiciones de presión, temperatura,composición y régimen de 8u&o, se separa en una o dos fases 8uidas degrandes proporciones %gas y/o l(quido' y en una fase sólida insolu!le demenor tama7o, constituida principalmente por los asfaltenos. Los


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principales factores f(sicos que afectan la solu!ilidad de los asfaltenos enlos crudos son los cam!ios de presión, temperatura, composición delcrudo y cargas eléctricas que poseen los asfaltenos. Dstos puedendepositarse tanto en el yacimiento, como en la tu!er(a de producción oser lle"ados a los equipos de super cie a tra"és de las l(neas de 8u&o. Dlmecanismo de 8oculación y precipitación de los asfaltenos puedeo!ser"arse en la siguiente gura

Figura 7. #roceso de $oculación % precipitación de los asfaltenos.Los parámetros que in8uyen en la precipitación de asfaltenos son=Cambios de Composición en los Fluidos del Yacimiento

La composición de los 8uidos del yacimiento cam!iará comoconsecuencia del agotamiento normal durante la etapa de producciónprimaria del mismo. Dsto resultará en una pérdida de los componentesli"ianos del petróleo causando un descenso de la relación gas$petróleo%AM:' y un incremento en la densidad de los 8uidos. +omo regla general,estos efectos reducen la tendencia de precipitación de asfaltenos de los8uidos del yacimiento. Dsto es porque tanto el gas como los asfaltenoscompiten por la sol"encia en el petróleo y cuando éste pierde sus

fracciones ligeras, más asfaltenos pueden ir en solución.+onsecuentemente, como los yacimientos en producción disminuyen supresión y el crudo se )ace más pesado, los pro!lemas de asfaltenosde!er(an disminuir.:or tal moti"o, es importante conocer la composición del crudo, para as( determinar la cantidad de )idrocar!uros saturados, aromáticos, resinas yasfaltenos que posee el mismo, ya que tanto los saturados como losasfaltenos promue"en la precipitación, mientras que las fracciones

aromáticas y las resinas la e"itan. Je!ido a esto, se de!e reali*ar unacaracteri*ación detallada de los 8uidos del yacimiento para determinar la


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composición del petróleo y de nir los parámetros que promue"en laprecipitación de asfaltenos. Dntre estos parámetros están la proporciónde cada fracción del crudo y el porcenta&e de cada uno de ellos.Dsta caracteri*ación fue reali*ada por ; HDND: a E0 muestras de crudosde diferentes campos "ene*olanos y cuyos resultados se encuentrangra cados en la ?igura , en la cual se destaca la in8uencia de lasdiferentes fracciones del petróleo so!re la esta!ilidad del mismo. Dn esta

gura se o!ser"a que crudos con alto contenido de )idrocar!urossaturados, pocas resinas e )idrocar!uros aromáticos tendrán mayorespro!a!ilidades de precipitación de asfaltenos que crudos con peque7ascantidades de )idrocar!uros saturados. Dste tipo de caracteri*ación seconoce con el nom!re de 9nálisis S9A9 %determinación del porcenta&e de

)idrocar!uros Saturados, 9romáticos, Aesinas y 9sfaltenos presentes enel crudo', la cual es reali*ada continuamente por ; HDND:.

Figura 8. "fecto de la composición sobre la estabilidad de di&ersoscrudos &enezolanos. Análisis 'A(A.

Dl porcenta&e de asfaltenos presentes en el petróleo es un indicati"o de

la pro!a!ilidad de precipitación en el sistema, por tal ra*ón, ladeterminación del contenido de éstos en los la!oratorios de campo, sereali*an como una medida del control de la precipitación. Dstadeterminación se )ace a tra"és de la orma 9:; ;:$1-E, la cual esaplica!le a cualquier tipo de crudo y permite determinar la segregacióndel mismo.Efectos de la TemperaturaLa solu!ilidad de los asfaltenos en los crudos es in8uenciada por latemperatura. Las situaciones más importantes generadas por loscam!ios en la temperatura son=


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• Dfectos de enfriamiento producido por el gas en e#pansión atra"és de un ori cio o restricción.

•

Dnfriamiento resultante de la e#pansión del gas que o!liga alpetróleo a que atra"iese la formación )asta el po*o y lo su!e )asta lasuper cie.

• Dnfriamiento producido por la pérdida de calor, irradiado a lasformaciones circundantes, por el petróleo y el gas a medida que 8uyendesde el fondo del po*o )asta la super cie.

• Dnfriamiento producido por la li!eración de gases disueltos de lasolución.

• +am!ios en la temperatura producidos por intrusión de agua.• +am!ios en la temperatura resultantes de la e"aporación de los

constituyentes más li"ianos.Dn ciertos crudos, un aumento de la temperatura parece fa"orecer ladispersión de asfaltenos, mientras que en otros, ocurre una disminuciónde la solu!ilidad. :or lo tanto, no se puede generali*ar so!re el efecto dela temperatura en la 8oculación de asfaltenos.Efectos de la PresiónDn 1@ -, irsc)!erg y cola!oradores desarrollaron un modelotermodinámico !a&o condiciones de equili!rio, mediante el cual se puededeterminar el comportamiento de los asfaltenos con la presión. Dste

comportamiento es ilustrado en la ?igura @. Dl per l de la cur"ageneralmente es el mismo para cualquier tipo de crudo asfalténico y seconoce como cur"a de dispersión o ga"iota, y la misma es construida apartir de estudios de la!oratorio, en celdas destinada para tal n. Dstacur"a permite esta!lecer las siguientes a rmaciones=

• ;nicialmente la cantidad de asfaltenos solu!les es má#ima cuandola presión, de la celda que simula el yacimiento, está por encima delpunto de !ur!u&eo %:!' y se apro#ima a su equili!rio natural y original enel yacimiento.

• 9 medida que la presión disminuye, ocurre lo mismo con lasolu!ilidad de los asfaltenos como consecuencia de la e#pansión de loscomponentes li"ianos del crudo, los cuales alteran el equili!rio originalde la solución.

• La solu!ilidad de los asfaltenos en el crudo tiene un "alor m(nimoa la presión de !ur!u&a, ya que se producen cam!ios en la composicióndel crudo.

• :or de!a&o del punto de !ur!u&eo, aparece una capa de gas li!reque constituyen los componentes más li"ianos, los cuales son loscausantes directos de la precipitaciónG por lo que si la presión llegara)asta este punto, a ni"el de la celda de la!oratorio, el crudo es capa* de

redisol"er en su seno al asfalteno que 8oculó, es decir, el proceso de


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8oculación se re"ierte y parte del asfalteno precipitado es redisuelto porel crudo.

Figura 9. "fecto de la presión sobre la $oculación de asfaltenos.Dn otras pala!ras, irsc)!erg y cola!oradores demostraron que para unatemperatura y composición constante, e#iste un "alor de presión a partirdel cual se inicia la 8oculación de asfaltenos, el cual es conocido como42nset o 4>m!ral de ?loculación . 9s(, en la ?igura @, la cual representauna cur"a t(pica de 8oculación, asfaltenos dispersos "s presión, se puedeo!ser"ar que para este tipo de sistemas e#isten dos um!rales de

8oculación, un 4um!ral superior y un 4um!ral inferior , que seencuentran a "alores de presión superior e inferior a la presión de!ur!u&a, respecti"amente. Dsta cur"a presenta un m(nimo, el cualcorresponde a la má#ima 8oculación y/o precipitación de asfaltenos parauna composición y temperatura de nida.Efecto de la ViscosidadLa "iscosidad del petróleo es una medida de la resistencia al 8u&o quee&erce el 8uido al 8uir y usualmente se e#presa en unidades decentipoise %cps'. n aumentoen la temperatura causa una disminución en la "iscosidad. >nadisminución en la presión causa una disminución en la "iscosidad.9dicionalmente, e#iste un tercer parámetro que afecta la "iscosidad, unadisminución en la cantidad de gas en solución en el l(quido, ya que éstees función directa de la presión.Dstudios pre"ios de depositación de asfaltenos en tu!er(as de produccióndemostraron que la depositación ocurre alrededor del punto de !ur!u&adel crudo %seg6n irsc)!erg', por lo que se espera que la má#ima


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precipitación de asfaltenos de!e ocurrir a "iscosidades cercanas a lapresión de !ur!u&a. :or otra parte, se tiene que en crudos pesados encomparación con los medianos y li"ianos, la alta "iscosidad impide laformación de depósitos, por ser menos pro!a!le la agrupación de los8óculos, la cual es atri!uida a la alta resistencia molecular que de!e ser"encida, siendo más pro!a!le la depositación de asfaltenos en crudosmedianos y li"ianos.In ección de Fluidos+on frecuencia, los yacimientos se encuentran sometidos a procesos derecuperación secundaria, como la inyección de un 8uido misci!le %etano,dió#ido de car!ono, gas natural, etc.', para el despla*amiento delpetróleo residual. La misci!ilidad del sol"ente con el crudo del

yacimiento es una propiedad que tam!ién puede lle"ar a la precipitaciónde asfaltenos dentro de la matri* del yacimiento y depositarse dentro dela roca. La mayor(a de los sol"entes misci!les tienen el potencial decausar la 8oculación de asfaltenos. +omo cada "e* más los sol"entes sedisuel"en dentro del crudo, el pro!lema de asfaltenos generalmentetiende a aumentar a medida que a"an*a el proceso de inyección en eltiempo.Efectos Electrocin!ticos

Dl potencial generado durante el 8u&o de petróleo a tra"és de los porosdel yacimiento o por la tu!er(a de producción puede ayudar a la8oculación de asfaltenos por electro$deposición. Los pro!lemas deasfaltenos serán mayores en las "ecindades del po*o donde la "elocidades más alta. :ara reducir la deposición por efectos eletrocinéticos, la"elocidad de los 8uidos en el yacimiento de!e ser lle"ada a un m(nimo.Las grandes ca(das de presión de!en ser e"itadas ya que éstas resultanen altas "elocidades del 8uido en la formación y en los po*os. :aracrudos asfalténicos, los po*os de!en ser limpiados después de per(odosde cierre o Corko"ers. La tasa de 8u&o de!e ser peque7a durante lasetapas iniciales de producción y además, e"itar las aperturas e#cesi"asde los reductores de super cie, ya que esto promue"e la 8oculación ydepositación de asfaltenos."tros factores

ay e"idencia de que cualquier sólido suspendido en el crudo % nos dearcilla o minerales, limaduras de metales, sedimentos, gra"a, etc.' amenudo fa"orecen la precipitación de asfaltenos. Dstas peque7aspart(culas, suspendidas en el crudo, pueden ser"ir de n6cleos o 4sitios de


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nucleación que promue"en la ad)esión de las part(culas de asfaltenos,formándose as( grandes cadenas de moléculas o part(culas que tienden aprecipitar más rápidamente de la solución de crudo. Dste efecto ocurre,so!retodo, a ni"el de las perforaciones y por supuesto será más marcadoa ni"el de las tu!er(as donde las rugosidades internas tam!iénrepresentan 4sitios de nucleación para otros compuestos.Metodos de Remoción de AsfaltenosLos po*os parcial o completamente taponados con depósitos deasfaltenos pueden ser limpiados usando di"ersos métodos=M!todos Mec#nicosDstos métodos in"olucran raspados mecánicos y limpie*a de losdepósitos dentro del po*o. >n método com6n es el de usar equipos de

guaya na, el cual resulta lento y costoso, particularmente si laacumulación de asfaltenos es larga y dura. 2tra técnica es la de usar unaunidad de coiled tu!ing para remo"er el taponamiento con )idráulica,pero las limitaciones por presión pueden )acer de la limpie*a un métododif(cil. 2tro método es aplicar presión y crear un diferencial de presión atra"és del taponamiento para desalo&ar los depósitos. Dl métodomecánico a utili*ar depende de las condiciones de la tu!er(a y deltaponamiento.

$impie%a &uímica+uando las técnicas de remoción mecánica son insu cientes o noreali*a!les, pueden usarse métodos de limpie*a con qu(micos.

umerosos sol"entes, aditi"os y qu(micos comerciales están disponi!lespor muc)as compa7(as para disol"er depósitos de asfaltenos.

Hratamientos con sol"entes, en circulación normal o in"ersa con crudoscalientes )an sido pro!ados con resultados mi#tos. Los )idrocar!urossol"entes, como por e&emplo tolueno, #ileno y otros sol"entes como lapiridina y el disulfuro de car!ono son efecti"os en la disolución deasfaltenos pero tienen "alores l(mites por sus costos, consideraciones deseguridad, etc. Dllos tam!ién presentan riesgos de e#plosión y fuego porsus !a&os puntos de in8amación y puede tam!ién crear pro!lemas decorrosión. Dste tipo de método de limpie*a puede crear pro!lemas demane&o y disposición, espec( camente en operaciones costa afuera,donde la solución crudo/asfalteno/sol"ente requieren disposicionescuidadosas. Los procedimientos de limpie*a son generalmente dise7adospara adaptarse a un po*o en particular. Dn algunos casos, la inyección desol"entes qu(micos %para sua"i*ar el depósito' puede estar seguida de


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raspado mecánico. Dn cualquier caso, la limpie*a de depósitos deasfaltenos es in"aria!lemente costosa e in"olucra resol"er numerosospro!lemas.Manipulación de Presión' Temperatura Tasa de Flu(o

>na de las "(as para pre"enir o reducir la depositación de asfaltenos enlos po*os es la de super"isar la presión de operación, temperatura y/otasa de producción, para e"itar las condiciones en las que tenga lugar laprecipitación de asfaltenos. >n método es usar aislante de los 8uidos enel anular para e"itar las pérdidas e#cesi"as de calor y mantener latemperatura de los 8uidos.Aditi)os ResinososDn algunos casos, el a7adir aditi"os resinosos )a pre"enido o reducido la

precipitación de asfaltenos. Sin em!argo, este método no )a sido muycom6n, ya que necesitan que se realicen muc)os preparati"os para quela aplicación e#itosa pueda ser )ec)a.9 continuación se presenta la metodolog(a de identi cación y análisis dela pro!lemática de asfaltenos en los crudos actualmente utili*ada,esquemati*ada en la siguiente gura=

Figura 10. "s uema general para tratamiento de asfaltenos.Problemas ocasionados por deposición de Asfaltenos m!todosde pre)ención control de la precipitación*Jesde el punto de "ista de producción, la precipitación de asfaltenospuede ocurrir en=

• ;nstalaciones de super cie.• Hu!er(a de producción.• +ara de la formación.


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• Oacimiento.Taponamiento de las instalaciones de super+cieDn las instalaciones de super cie, el pro!lema de precipitación deasfaltenos ocurre principalmente en las estaciones de 8u&o y en las

instalaciones y equipos corriente aguas a!a&o de las mismas, asociadas alos sistemas de mane&o, transporte y compresión de las corrientes degas.+uando la precipitación ocurre en forma masi"a, las liales operadorasde!en tomar medidas correcti"as que consisten fundamentalmente enparadas totales o parciales de las plantas y equipos afectados, a n dereali*ar la limpie*a de los mismos mediante métodos mecánicos yutili*ación de sol"entes. Dn el orte de Fonagas, por e&emplo, los

pulmones de los gasductos )an sufrido taponamientos por depósitos deasfaltenos, lo que )a o!ligado a reali*ar la limpie*a de los mismos pormedios mecánicos.Dstudios relacionados al tema, )an determinado que la presencia deasfaltenos en los sistemas de compresión, transporte y mane&o del gasse de!e fundamentalmente al arrastre de l(quidos por las corrientes degas en las estaciones de separación. Je esta forma, los asfaltenos yotros componentes de alto peso molecular contenidos en el l(quidoarrastrado, entra!an en los sistemas de gas y precipita!an entoncescorriente aguas a!a&o cuando las condiciones de presión, temperatura ycomposición as( lo determina!an.Dn la ?igura 11, se presentan en forma esquemática los métodosutili*ados y recomendados en este caso.

Figura 11. M!todos de pre&ención % control de precipitación a ni&el delas instalaciones de super)cie.


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Taponamiento en la Tubería de ProducciónDl petróleo, en su "ia&e a tra"és de la tu!er(a de producción, sufrecam!ios simultáneos de presión %:' y temperatura %H' a medida que8uye desde el yacimiento )asta la super cie. Jependiendo de lacomposición del crudo, la disminución de presión y temperatura puedenocasionar que el crudo a condiciones de yacimiento, se separe en dos y)asta tres fases %gas$l(quidos o gas$l(quido$sólido', mientras el mismo seencuentra toda"(a 8uyendo en la tu!er(a de producción.Lo anterior se ilustra en la ?igura 1 , en la que se muestra un diagramade fases :$H caracter(stico de un crudo que presenta precipitación desólidos. Dn este diagrama, se pueden identi car cuatro *onas=Pona 1= >!icada por encima del um!ral superior de precipitación en la

cual, a cualquier presión y temperatura, el crudo e#istirá siempre comofase l(quida.Pona = +omprendida entre el um!ral superior de precipitación y la cur"ade puntos de !ur!u&a, donde coe#istirán una fase sólida y una fasel(quida en equili!rio.Pona E= +omprendida entre la cur"a de !ur!u&eo y el um!ral inferior deprecipitación, donde e#isten simultáneamente una fase gaseosa, unafase liquida y una fase sólida.

Pona -= >!icada por de!a&o del um!ral inferior de precipitación, donde lafase sólida desaparecerá y a estas condiciones sólo quedarán la fasegaseosa y la fase l(quida en equili!rio.Dn la ?igura 1 , tam!ién se muestra la trayectoria de los 8uidos delyacimiento a medida que 8uyen )acia la super cie.

Figura 12. Diagramas de fases característico de un crudo ue presenta

precipitación de asfaltenos.


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Dl punto %9' corresponde a las condiciones de presión y temperatura delyacimiento, le&os del po*o. Dntre los puntos %9' y %3' )ay una ca(da depresión, a temperatura constante, correspondiente al 8u&o de 8uidosdesde el yacimiento )asta el fondo del po*o, a tra"és de la formación ylas perforaciones del mismo. 9 partir del punto %3', los 8uidos empie*a asu!ir por la tu!er(a de producción, en la que se registran presiones cada"e* menores, fundamentalmente de!ido a la disminución de la columna)idrostática. La temperatura tam!ién disminuye a partir de este puntoen "irtud de las pérdidas de calor )acia las formaciones adyacentes lascuales, por estar a menor profundidad que el yacimiento, se encuentrana menor temperatura que los 8uidos que pasan por la tu!er(a. 9 partirdel punto %+', correspondiente a la profundidad del po*o a la cual la

presión y la temperatura se encuentran so!re la cur"a superior deprecipitación %um!ral de precipitación' se empe*arán a formar 8óculosde sólidos, algunos de los cuales serán transportados )acia la super ciepor los 8uidos de producción. 2tros, de!ido a los remolinoscaracter(sticos del 8u&o tur!ulento, se mo"erán desde el seno del 8uido)acia las paredes de las tu!er(as donde, en "irtud de las fuer*asinterfaciales podrán ad)erirse, acumularse y e"entualmente, producirtaponamientos parciales o totales. La relación entre la cantidad de los

8óculos que se ad)ieren a la pared y la cantidad de los que sontransportados por los 8uidos, dependerá tanto de las condiciones depresión y temperatura como del régimen de 8u&o en la tu!er(a,caracteri*ado por el 6mero de Aeynolds.Dn el punto %J' se empe*ará a formar la fase gaseosa, y es en estemomento cuando la cantidad de fase sólida en equili!rio generalmentealcan*a un má#imo. 9 partir de este punto, la temperatura disminuyemás drásticamente de!ido al enfriamiento adicional causado por laformación de un "olumen cada "e* mayor de fase gaseosa.

La formación de una fase gaseosa no re"iste mayores consecuencias yes una ocurrencia rutinaria en la e#plotación de yacimientos. Laformación de una fase sólida, por el contrario, puede causar seriospro!lemas desde un punto de "ista económico, ya que se conoce de unn6mero alto de casos en los que los taponamientos ocasionados por lapresencia de una fase sólida )an producido pérdidas parciales y, enalgunos casos, pérdidas totales de producción de los po*os.


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Dn la ?igura 1E se muestran, en forma esquemática, las acciones tantocorrecti"as como pre"enti"as que se de!en tomar cuando ocurre unpro!lema de esta naturale*a.

Figura 13. M!todos de pre&ención % control de la precipitación a ni&elde tubería de producción.

Taponamiento en la cara de la formación

>no de los sitios donde es más suscepti!le y a la "e* más gra"e queocurra la precipitación de asfaltenos es en la *ona del yacimientoadyacente al fondo del po*o. Dn esta *ona suceden las mayores ca(dasde presión en el yacimiento, por lo que, a menos que se tomenprecauciones estrictas al respecto, en este sitio se pueden alcan*arcondiciones por de!a&o del um!ral superior de precipitación. +omo enesta *ona el área de 8u&o es peque7a, sólo una peque7a cantidad de los8óculos es transportada por los 8uidos )asta la tu!er(a del po*o,mientras que la mayor parte se ad)iere a la roca o se retiene en lasgargantas de los poros ocasionando el taponamiento de la formación.+uando esto sucede es necesario reali*ar un tra!a&o de fracturamiento)idráulico o una estimulación qu(mica con un tratamiento que elimine losdepósitos.


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Figura 14. M!todos de pre&ención % control de la precipitación a ni&elde la cara de la formación.

Taponamiento en el acimiento

>na "e* que la precipitación de asfaltenos )a ocurrido en el yacimiento,le&os del po*o, prácticamente no e#iste ninguna medida correcti"a"ia!le, tal como se especi ca en la ?igura 15. Sin em!argo, a este ni"elel pro!lema es relati"amente menos gra"e que cuando sucede en la carade la formación, ya que le&os del po*o, el área de 8u&o es muc)o mayor ylas "elocidades son muc)o más !a&as.Dn el yacimiento, la medida pre"enti"a "ia!le consiste en mantener lapresión de la formación por encima del um!ral de 8oculación, mediante

la inyección de 8uidos que sustituya al crudo producido.:ara implementar el proyecto de inyección se recomienda reali*arestudios que permitan la determinación e#perimental de cur"as dedispersión, a n de determinar el um!ral de precipitación a latemperatura de yacimiento. Fediante estos estudios se de!e tam!iéndeterminar la compati!ilidad de los 8uidos inyectados, ya quedependiendo de la composición de los mismos, la precipitación sepudiera inducir en lugar de pre"enirse.


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Figura 15. M!todos de pre&ención % control de precipitación a ni&el de

%acimiento.,eposición de Asfaltenos en condiciones est#ticas en e-uilibrio9 continuación se presentan seis %Q' casos de predicción %a ni"el dela!oratorio y a partir del modela&e termodinámico' del comportamientode crudos asfalténicos de un po*o productor en cuanto a su posi!ledeposición, en los cuales no se toma en cuenta la in8uencia de latemperatura y se asume condiciones estáticas en equili!rio. :ara ellode!e conocerse pre"iamente la presión de !ur!u&eo del crudo y lapresión cr(tica de precipitación asfaltenos o presión real a la cualcomien*a la precipitación de los mismos.Caso *o. ++uando la presión de ca!e*al es mayor a la presión cr(tica de 8oculación=La 8oculación y deposición de asfaltenos podr(a ocurrir en las facilidadesde super cie %D&. separador, l(neas, etc.'.Caso *o. ,+uando la presión de fondo 8uyente es mayor a la presión cr(tica de8oculación y además, la presión de ca!e*al esta entre la presión de!ur!u&eo y la presión cr(tica de 8oculación= La 8oculación y deposición deasfaltenos podr(a ocurrir en la tu!er(a de producción y en las facilidadesde super cie. La profundidad donde ocurre la deposición depende delper l de presión en la tu!er(a.Caso *o. -+uando la presión de fondo 8uyente es mayor a la presión cr(tica de8oculación y además, la presión de ca!e*al es menor a la presión de!ur!u&eo= La 8oculación y deposición de asfaltenos podr(a ocurrir en la

tu!er(a de producción. La profundidad del taponamiento dependerá delper l de presiones.


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Caso *o. +uando la presión de fondo 8uyente se encuentra entre la presión de!ur!u&eo y la presión cr(tica de 8oculación y además, la presión deca!e*al es menor a la presión de !ur!u&eo= La 8oculación y posi!letaponamiento podr(a ocurrir en el yacimiento, en la "ecindad del po*o yen la tu!er(a.Caso *o. /+uando la presión de fondo 8uyente es menor a la presión de !ur!u&eo=La 8oculación y posi!le taponamiento podr(a ocurrir en el yacimiento yen la "ecindad del po*o.Caso *o. 0+uando la presión de fondo 8uyente es muc)o menor a la presión de

!ur!u&eo y además, la presión de yacimiento es menor a la presión de!ur!u&eo= La 8oculación y posi!le deposición de los asfaltenos podr(aocurrir en el yacimiento le&os del po*o.,eposición de Asfaltenos en condiciones din#micas:ara que la deposición de asfaltenos ocurra en el yacimiento o en latu!er(a !a&o condiciones dinámicas, además de tomar en cuenta lascondiciones de presión anteriormente descritas, se de!en cumplir lossiguientes aspectos=

• Dl contenido de asfaltenos en el crudo de!e ser mayor que lasolu!ilidad de asfaltenos, generalmente a la presión de !ur!u&eo%sistemas en desequili!rio'.

• La cinética de deposición de!e ser fa"ora!le y la tasa dedeposición de!e ser su cientemente rápida para permitir la formacióndel depósito en condiciones dinámicas.

• La "elocidad del crudo tiene que ser su cientemente !a&a paraque permita la ad)erencia de las part(culas asfalténicas y suconsiguiente deposición.

• La condición de la super cie de adsorción %tu!er(a o roca' tieneque ser fa"ora!le para permitir ad)erencia a ellas %condiciones de

)umecta!ilidad'.:ara que un po*o produ*ca con alto contenido de asfaltenos, sindepositar el mismo en el yacimiento o en la "ecindad del po*o, la presiónde fondo 8uyente tiene que ser mayor que la presión cr(tica de8oculación. Sin em!argo, esto origina depósitos de asfaltenos en latu!er(a y/o en las facilidades de super cie.

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