Precipitación de Asfaltenos Dina Padilla USBCTG 2015

7/25/2019 Precipitacin de Asfaltenos Dina Padilla USBCTG 2015

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Precipitacin de asfaltenos: Tcnicas de prediccin y

control

Asphaltene precipitation: Prediction and Control Techniques

Dina Luz Padilla Grey1

y Katherine Elena Watt Ayola2

Facultad de Ingeniera, Arquitectura, Arte y Diseo.Programa de Ingeniera Qumica.

Universidad de San Buenaventura [email protected]

[email protected]

Resumen -Los asfaltenos son considerados como una fraccin pesada del petrleo, que se hallandispersos en el crudo, gracias a la presencia de resinas, conformando as una estructura micelar. Laprecipitacin de estos hidrocarburos, es un fenmeno ocasionado por la inestabilidad del sistema, causadapor un cambio en su equilibrio de fases; esta inestabilidad se manifiesta por las alteraciones ocurridas en lapresin, temperatura y composicin del crudo, ocasionando la precipitacin y posterior depositacin de laspartculas individuales o grupos de ellas. Lo anterior, resulta ser un problema grave que puede retardar elproceso de recuperacin, produccin y transporte del petrleo. Dentro de las consecuencias de estaproblemtica se encuentra el taponamiento de pozos, facilidades de produccin, lneas flujo, equipos deprocesamiento del crudo y desactivacin del catalizador en procesos de refinacin.

Este artculo se enfoca en los mtodos de prediccin de condiciones de precipitacin de asfaltenos, ademsde recientes avances en el control del problema mediante tcnicas qumicas, mecnicas, biolgicas,trmicas y nanotecnolgicas, entre otras. Con base en esta informacin, se sugieren tcnicas promisorias ala hora de la bsqueda de nuevos campos de profundizacin en la investigacin sobre el tema deprecipitacin de asfaltenos.

Palabras Claves:Asfaltenos, precipitacin, prediccin, control.

Abstract- Asphaltenes are considered as a heavy fraction of crude which are dispersed in the oil, thanks tothe presence of resins, thus forming a micellar structure. The precipitation of these hydrocarbons, is aphenomenon caused by the instability of the system changes in phases equilibrium, manifested by changesin pressure, temperature and composition of the crude oil, causing the precipitation and subsequentdeposition of individual particles or groups of them. This is a serious problem that can slow the recoveryprocess, production and transportation of crude oil. Among the consequences of this problem is theplugging of wells, production facilities, flow lines, oil processing equipment and catalyst deactivationwhen refining the oil.

This article focuses on the methods of predicting asphaltene precipitation conditions, and recent advancesin controlling the problem by chemical, mechanical, biological, thermal and nanotechnology, among othertechniques. Based on this information, promising techniques are suggested when searching for new fieldsof deepening of research on the subject of asphaltenes.

Keywords:Asphaltenes, precipitation, prediction, control.
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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Contenido

1. Introduccin2.

Aspectos generales de los asfaltenos3. Precipitacin de asfaltenos4. Factores que influyen en la precipitacin de asfaltenos

4.1.Temperatura

4.2.Presin4.3.Composicin del crudo4.4.Factores elctricos4.5.Factores cinticos4.6.Factores de segregacin gravitacional4.7.Factores qumicos4.8.Otros factores

5.

Problemas ocasionados por la deposicin de asfaltenos5.1.Taponamiento del yacimiento y en la vecindad del pozo5.2.Taponamiento en la cara de formacin5.3.Taponamiento de pozo y de la tubera de produccin

5.4.Taponamiento de lneas de flujo y dems equipos de superficie5.5.Formacin de emulsiones estables

6. Mtodos de prediccin de la precipitacin de asfaltenos6.1.Anlisis SARA6.2.Estimacin matemtica6.3.Estimacin experimental6.4.

Estimacin termodinmica6.5.

Estimacin computacional6.5.1.

APDS (Asphaltene Precipitation Deposition Software)6.5.2.

ADEPT (Development of Asphaltene Deposition Tool)6.5.3.

PC-SAFT (Perturbed Chain Statistical Association Fluid Theory)6.5.4.

MULTIFLASH GUI7. Estrategias de control de la precipitacin de asfaltenos

7.1.Cambios en el esquema de produccin7.2.Mtodos de tratamiento qumico

7.2.1. Solventes7.2.2. Inhibidores7.2.3.

Dispersantes7.2.4. Combinados

7.3.Mtodos de tratamiento elctrico7.3.1.

Campo de fuerza electroesttica

7.3.2.

Radiacin con ondas ultrasnicas7.3.3. Microondas7.4.Tcnicas de tratamiento mecnico7.5.Tcnicas de tratamiento trmico7.6.Mtodos de tratamiento biolgico7.7.Tcnicas de tratamiento con nanopartculas

8. Conclusin


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1. Introduccin

Actualmente la industria del petrleo se encuentra en un periodo de auge, siendo el oro negro laprimordial fuente energtica que mantiene en actividad la civilizacin actual y la materia prima msapetecible para el comercio entre pases [1]. Aunque el petrleo ha transformado el mundo al estar unidoal descubrimiento de nuevas tecnologas y al desarrollo de grandes empresas y fortunas, las guerras yenfrentamientos ocasionados tambin han tenido un impacto severo en la sociedad global. Un ejemplo

claro, fue el conflicto ocurrido en la dcada de los 70 llamada la primera crisis del petrleo, ocasionada araz de la decisin de la OPEP (Organizacin de pases exportadores de petrleo) de no exportar mscrudo a los diversos pases que apoyaron a Israel en el enfrentamiento con Siria y Egipto; esto ocasion unaumento drstico del precio del barril y consigo una disminucin de la actividad econmica de los pasesafectados y un fuerte enriquecimiento de los pases productores [2]. Ciertamente, el petrleo hacontribuido al desarrollo de las bases de la economa mundial, en donde cualquier variacin de sus preciosimpacta los indicadores econmicos, especialmente de los pases en donde su desarrollo depende de estecommodity, tales como Brasil, Mxico, Colombia y Venezuela [3].

De acuerdo con las estimaciones de la CIA World Factbook, Mucio [4] afirma en la revista Forbes queentre los pases con mayor produccin del petrleo estn Arabia Saudita, Estados unidos y Rusia, los

cuales ocupan los primeros lugares respectivamente. Sin embargo, las mayores reservas probadas seencuentran en Venezuela, encabezando la lista con una cantidad de 297, 600, 000,000 barriles. Colombiaest ubicada en el puesto 24 en el ranking de pases con mayor produccin y en el nmero 35 entre lasnaciones con mayores reservas con un tiempo promedio suficiente de 6,6 aos; en Latinoamrica, el pasocupa el sexto lugar en reservas y el cuarto lugar en produccin [5] .

Segn la consultora IHS Cera, a nivel mundial Amrica Latina ocupa el 48% de las reservas recuperablesde crudos pesados y extrapesados en donde Colombia se sita en el quinto lugar de pases con viabilidadpara la explotacin de este tipo de petrleo [6]. En el presente, el desarrollo productivo del pas se basa enla extraccin de crudo pesado, principalmente el que se encuentra en el departamento del Meta. Diferentesoleoductos como el Bicentenario, el cual es considerado como uno de los ms extensos del pas, se hanconstruido para transportar crudo pesado hacia las refineras, sin embargo se debe hacer uso de undiluyente con el fin de aligerar el crudo para su posterior refinacin.

2. Aspectos generales: petrleo y asfaltenos

El petrleo es una mezcla de compuestos qumicos orgnicos llamados hidrocarburos, que se puedeclasificar de acuerdo con su densidad, tal como lo define el Instituto Americano de Petrleo dentro de unamedida estndar que son los grados API. Se considera petrleo liviano en el rango entre 30-40, petrleomediano en el intervalo de 22-29.9, pesado entre 10-21.9, extrapesado menor a 10 e hidrocarburos noconvencionales [7]. Adems de Carbono e hidrgeno, en su estructura presenta gran cantidad decomponentes que tienen elementos como el azufre, nitrgeno y metales, considerados como impurezas,estas pueden aparecer en cualquier intervalo de ebullicin del aceite, pero tienden a concentrarse en las

fracciones ms pesadas, y estn separados en :compuestos de azufre, compuestos de nitrgeno,compuestos oxigenados, compuestos metlicos, resinas, y por ltimo, que son los de inters en eldesarrollo del presente artculo, los asfaltenos [8].

Los asfaltenos son una de las fracciones no voltiles del petrleo, con un punto de fusin no definido, cuyacompleja naturaleza no permite de manera precisa definirlos qumicamente [9]. Dado que los problemasoperativos causados por los asfaltenos estn relacionados con la solubilidad de stos, ha resultadoconveniente definirlos a partir de criterios de solubilidad. Estos compuestos se separan (o precipitan) de la


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mezcla original (petrleo crudo, bitumen, o residuo) mediante la presencia de un solvente no polar,principalmente naftas de petrleo de bajo punto de ebullicin, ter de petrleo, pentano, hexano, heptano,entre otros [10] [11]. Adems, son insolubles en gases licuados como metano, etano y propano, en dondetambin se experimenta el fenmeno de precipitacin. Los asfaltenos son solubles en algunos lquidospolares como el disulfuro de carbono, piridina, tetrahidrofurano, diclorometano y otros hidrocarburosclorados y compuestos aromticos como el benceno y el tolueno [12] [13] [14].

La deposicin de asfaltenos puede ocurrir una vez que se haya generado su floculacin en el crudo. Enconsecuencia para contrarrestar el dao de formacin por depsitos de asfaltenos se debe evitar lafloculacin de los mismos, manteniendo condiciones favorables en el yacimiento [15]. Despus dedepositados los asfaltenos, estos actan como pegamento adhirindose a las paredes de oleoductos yrecipientes, causando de esta forma ensuciamiento, erosin y corrosin en los pozos, tuberas,instalaciones de produccin y procesamiento del petrleo. Adems, el depsito de asfaltenos reduce eldimetro interno de los oleoductos generando como resultado la disminucin del rea de flujo y lacreacin de cadas de presin indeseables. Por consiguiente, este fenmeno impacta negativamente lossistemas econmicos en la industria petrolera, ya que produce gastos asociados a la reactivacin de lospozos taponados y afecta la productividad en la recuperacin final del petrleo [16] [17].

En trminos de su estructura qumica, las molculas de asfaltenos consisten en un ncleo aromticocondensado, integrado tpicamente por anillos aromticos ligados a cadenas alqulicas y cicloalcanos quepueden contener heterotomos que sustituyen a un tomo de carbono en un anillo bencnico, tales comonitrgeno, oxgeno y azufre, y tambin algunos metales como nquel, vanadio y hierro [18] [19].Generalmente, el contenido de las estructuras aromticas en los asfaltenos se encuentra entre 40-60% conuna relacin atmica de carbono e hidrgeno de 1-1.2 [20]. El azufre, el nitrgeno y el oxgeno son losheterotomos encontrados en mayores proporciones en los asfaltenos. El nitrgeno hace parte de losconjuntos aromticos, mientras que el oxgeno y el azufre crean puentes entre s, generando de esta forma,estructuras cclicas o lineales. (Figura 1a) [9] [21].

Figura 1. Estructura de los asfaltenos. (a) Qumica (b) micelar. Fuente adaptada: Rojano et al. (2013) yChavarra et al. (2010) [22].

Bajo condiciones inciales del petrleo, los asfaltenos se encuentran dispersos en el crudo, gracias a lapresencia de las resinas, conformando as una estructura micelar (Figura 1b). Por lo tanto, el grado dedispersin de los asfaltenos llega a ser alto en petrleos pesados debido a la gran capacidad de solvenciade los compuestos naftnicos y aromticos sobre los parafnicos, en comparacin con petrleo liviano[15].


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3. Precipitacin de asfaltenos

La precipitacin de asfaltenos es el proceso mediante el cual los compuestos de este origen aparecen enfase insoluble, como resultado de las alteraciones ocurridas en las condiciones termodinmicas yoperacionales del sistema, generando de esta forma la desestabilizacin del material asfaltenico, que semanifiesta cuando las partculas de manera similar caen, rompen la emulsin, chocan y se agregan unas aotras (Figura 2) [23]. En esta etapa los flculos se conservan suspendidos en el crudo sin generar

inconvenientes. El aumento de los flculos forma agregados (etapa de agregacin) que pueden permanecersuspendidos y ser arrastrados por la corriente de fluido si su velocidad es alta. Finalmente la deposicinocurre cuando los asfaltenos se adhieren al medio poroso o a la tubera [17].

Figura 2. Representacin de la precipitacin, floculacin y deposicin de asfaltenos. Fuente adaptada:Rincn et al. (2011).

4. Factores que influyen en la precipitacin de asfaltenos

Existen evidencias que manifiestan que la precipitacin de los asfaltenos, no depende estrictamente de lacantidad presente en el crudo, sino ms bien de la estabilidad de los mismos [24] . Esa estabilidad seencuentra asociada a las alteraciones en el balance termodinmico que mantiene a los coloides en solucin

[25]. Dichas alteraciones se manifiestan por los cambios ocurridos en la presin, temperatura y lacomposicin del petrleo generados por los patrones de circulacin de crudo [26] [27]. Entre lasalteraciones ms importantes se pueden destacar las siguientes:

4.1.Temperatura

La temperatura comparte una relacin directa con la capacidad de solubilizacin de los componentes delpetrleo, como son las resinas y maltenos [28]. Ospino (2009) [15] plantea que cuando la temperatura dela formacin aumenta, la solubilidad de las resinas en los n-alcanos se aumenta proporcionalmente y comoresultado los asfaltenos disminuyen su solubilidad en el crudo. Si el poder de solubilizacin de loscomponentes del petrleo disminuye, sin incluir a los asfaltenos, el balance termodinmico de las micelasresina-asfaltenos se desestabiliza y se agregan entre ellas en forma de flculos.

4.2.Presin

Se encuentra directamente relacionada con la densidad del crudo bajo condiciones isotrmicas [29]. Existeuna separacin promedio entre molculas de la fase lquida y las micelas de resinas-asfaltenos que esmayor en densidades bajas, resultando de esta forma interacciones menos atractivas, lo que posibilita laprecipitacin de los asfaltenos [30]. El efecto de la presin es ms agudo cuando el petrleo es rico enfracciones livianas y est cercano a su punto de burbuja [10] [23], ya que la cada de presin del crudo


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hasta ese punto promueve la expansin de los componentes ms livianos como las cadenas de n-alcanos.Rodrguez et al. (2012) [31] mencionan que la disminucin del volumen molar de los compuestos livianosen el crudo, se traduce como un descenso de la densidad del fluido y una correspondiente disminucin dela solubilidad de los asfaltenos. Se sabe que el problema de la deposicin de asfaltenos por cambios depresin se manifiesta tanto en el yacimiento como en el pozo y en las facilidades de superficie, siendo lacara de la formacin la zona ms afectada por la despresurizacin [15].

4.3.Composicin del crudo

Se conoce que la problemtica de deposicin por alteraciones en la composicin de un fluido de unyacimiento, se originan como resultado de un agotamiento normal durante la produccin primaria delmismo [26]. Rodrguez et al. (2012) [31] destacan la importancia de conocer la composicin del crudo; yaque un cambio en la composicin del fluido, puede promover la prdida de los componentes livianos delpetrleo, causando de esta forma una disminucin en la relacin gas-petrleo (GOR) y un aumento en ladensidad de los fluidos. En consecuencia de lo anterior, se reducira la tendencia de precipitacin. Borges[32] (2013) Ilustra una caracterizacin realizada a 30 muestras de crudos de diferentes camposvenezolanos (Figura 3). En la figura se destaca la influencia de las diferentes fracciones del petrleo sobrela estabilidad del mismo. Este tipo de caracterizacin se conoce con el nombre de Anlisis SARA

(Determinacin del porcentaje de hidrocarburos saturados, aromticos, resinas y asfaltenos presentes en elcrudo).

Figura 3. Efecto de la composicin sobre la estabilidad de diversos crudos Venezolanos. Anlisis SARA.Fuente adaptada: Borges (2013).

4.4.Factores elctricos

La carga elctrica de los asfaltenos puede ser positiva o negativa dependiendo de la composicin del crudo

en el que se encuentran dispersos y se desplazan bajo la influencia de un campo elctrico [14]. Diversasinvestigaciones han permitido comprender que la presencia de estos campos, generados durante lacirculacin de los fluidos, pueden hacer que los asfaltenos precipiten; ya que al interactuar un campoelctrico externo con la carga intrnseca que mantiene al sistema resina-asfaltenos estable, se puedendesequilibrar los coloides. A partir de lo anterior, se esperara que un potencial de corriente originado porel flujo de fluidos a travs del medio poroso, sea capaz de neutralizar las cargas elctricas del sistemaresina-asfaltenos y perturbar el balance de fuerzas entre las micelas causando la floculacin. Finalmente se


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puede establecer que la problemtica de deposicin a partir de parmetros electrocinticos, ser mayor enlas cercanas del pozo donde la velocidad es ms alta [29] [15] [33].

4.5.Factores cinticos

Son desarrollados a partir del movimiento en aumento o disminucin del flujo durante el procesamientoque puede ocasionar el rompimiento de las micelas conformadas por los asfaltenos y las resinas. Estos

cambios en la energa cintica del fluido, adems promueven alteraciones en la presin a la cual seencuentra sometido el crudo [31].

4.6.Factores de segregacin gravitacional

Se manifiestan teniendo en cuenta que los asfaltenos son los componentes ms pesados en el crudo ytienden a aglomerarse (por efecto de su propio peso) en tanques de almacenamiento y asentamiento en losque se deposita el crudo a travs de un tiempo determinado mientras permanece en reposo [31].

4.7.Factores qumicos

Se encuentran asociados a los fluidos empleados en los mtodos de recobro mejorado, estimulacin del

pozo, inyeccin qumica y en otras operaciones como workover y control de arenas. El problema deasfaltenos generalmente tiende a aumentar a medida que avanza el proceso de inyeccin a travs deltiempo [32]. Algunas sustancias presentes durante la explotacin y transformacin del crudo que puedeninducir la floculacin son los hidrocarburos saturados, el el gas natural, surfactantes, diluyentes(condensados y livianos), cidos, bases e iones ferrosos o frricos presentes en altas concentraciones.Mientras que las fracciones aromticas y las resinas evitan la precipitacin [14].

4.8.Otros factores

Adems de lo anterior, se deben considerar otros factores de naturaleza dinmica como la viscosidad delpetrleo, esta cuando es alta, impide la deposicin por ser menos probable la formacin de flculos, siendoms probable la deposicin de asfaltenos en crudos medianos y livianos que en crudos pesados [25]. Se

espera que la mxima precipitacin de asfaltenos tenga lugar a viscosidades cercanas a la de referencia enla presin de burbuja [34]. La presencia de solidos suspendidos en el crudo (como finos de arcillas ominerales, limaduras de metales, sedimentos y grava), es otro factor a tener en cuenta, puesto que puedenactuar como ncleos donde se adhieren los coloides. Este efecto ocurre, sobre todo, a nivel de lasperforaciones y es ms pronunciado en las tuberas donde las rugosidades y asperezas internas tambinrepresentan sitios de nucleacin para estos compuestos [9] [35].Finalmente, Gafanhao et al. (2008) [27],establecen que la friccin, el cizallamiento, cambios sbitos de direccin y velocidad en los flujos porefectos de bombeo, tambin pueden causar la precipitacin de los asfaltenos.

5. Problemas ocasionados por la deposicin de asfaltenos

Los problemas derivados de la deposicin de asfaltenos pueden tener lugar en todas las fases asociadas ala produccin, transporte y procesamiento del petrleo, tanto en subsuelo como en superficie, afectando laexplotacin efectiva de los yacimientos petrolferos [33]. A continuacin se sealan los inconvenientesms frecuentes:

5.1.Taponamiento del yacimiento y en la vecindad del pozo

La problemtica ocurrida a nivel del yacimiento y en la vecindad del pozo es menos grave que cuandotiene lugar en la cara de la formacin, ya que lejos del pozo, el rea de flujo es mayor y los perfiles de


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velocidad ms pequeos, as lo plantean Rodrguez et al. (2012) [31] En el yacimiento cuando el daoocurre se recomienda mantener la presin de la formacin por encima del umbral de floculacin, mediantela inyeccin de fluidos. La inyeccin se debe realizar conociendo la afinidad y las curvas de dispersin delos fluidos inyectados quienes pueden inducir en lugar de prevenir y controlar el dao.

5.2.Taponamiento en la cara de formacin

El taponamiento se desarrolla en este caso por la gran cantidad de flculos que se adhieren a la roca o sedepositan en las gargantas de los poros ocasionando el taponamiento de la formacin, debido a que en estazona el rea de flujo es pequea y slo una proporcin mnima de flculos es transportada por los fluidoshasta la tubera del pozo. Cuando se manifiesta el taponamiento se recomienda realizar un proceso defracturamiento hidrulico o una estimulacin qumica con un tratamiento que elimine los depsitos [32].

5.3.Taponamiento de pozo y de la tubera de produccin

Se manifiesta por cambios de presin y temperatura que tienen lugar durante la produccin a medida queel crudo fluye desde el yacimiento hasta la superficie. Teniendo en cuenta estas variaciones y lacomposicin del crudo, puede suceder que cuando la presin y la temperatura se disminuyan, el crudo sesepare en dos o tres fases (gas-liquido o gas-liquido-slido), mientras se encuentra en movimiento a travs

de la tubera de produccin. En algunas situaciones el depsito de asfaltenos que obstaculiza el pozo y latubera de produccin, conduce a un incremento de los costos, prdidas de produccin y puede afectar laeconoma del proceso de recuperacin del petrleo [36].

5.4.Taponamiento de lneas de flujo y dems equipos de superficie

Los problemas de precipitacin de asfaltenos con respecto a las lneas de flujo y las instalaciones desuperficie ocurren principalmente en las estaciones de flujo, en las instalaciones y equipos asociados a lossistemas de manejo, transporte y compresin del gas. La disponibilidad de los asfaltenos en estasinstalaciones, se debe fundamentalmente al arrastre de lquidos por corrientes de gas en los separadores.Cuando el taponamiento se desarrolla una forma masiva, se recomienda realizar paradas parciales o totales

de la planta para limpiar los equipos afectados mecnicamente y mediante el uso de solventes [37].5.5.Formacin de emulsiones estables

De estudios experimentales se ha concluido que la formacin de emulsiones estables se origina a partir delmaterial asfaltenico de los crudos que lo contienen. La estabilidad de las emulsiones agua-crudo sefavorece por la presencia de asfaltenos; ya que las sustancias asfaltenicas envuelven a las partculas deAgua [38]. Lo anterior constituye una dificultad en la industria del petrleo, ya que el contenido de aguaen estas emulsiones representa un volumen indeseable que demanda un consumo de energa adicional parasu transporte y calentamiento, adems de los problemas asociados a la corrosin de tuberas y equipos deproduccin [39].

6.

Mtodos de prediccin de la precipitacin de asfaltenos

Debido a los costos asociados a la remediacin de la precipitacin de asfaltenos en los proyectos deextraccin, produccin y refinacin del petrleo, se han desarrollado algunos tcnicas que permitencalcular la ocurrencia de la precipitacin en los fluidos petroleros y as modificar las variablesoperacionales para prevenir la inestabilidad de los asfaltenos. En la literatura se han reportado variosmodelos de inestabilidad e incompatibilidad de asfaltenos, sin embargo, los que representan ms utilidaden el campo industrial, sern mencionados a continuacin. Es importante saber que estos modelosproporcionan buena estimacin, a pesar de que no predicen por si solo el 100% de las situaciones


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prcticas, y que en la mayora de las situaciones se utilizan de manera complementaria con otras tcnicas[40].

6.1.Anlisis SARA

Proporciona la caracterizacin de las fracciones ms pesadas del crudo; basndose en la diferencia desolubilidad, polaridad y peso molecular de los constituyentes presentes en el petrleo y de esta forma

permite conocer el contenido de las fracciones Saturadas, Aromticas, Resinas y Asfaltenos de unamuestra. La importancia de esta herramienta, es que sirve como punto de partida para evaluar otrasmetodologas de prediccin de estabilidad de asfaltenos [41].

6.2.Estimacin matemtica.

6.2.1.

ndice De Inestabilidad Coloidal (CII)Es un ndice que incluye las composiciones msicas de las fracciones que favorecen y desfavorecen laestabilidad del sistema resina-asfaltenos, de acuerdo al modelo coloidal del crudo (ecuacin 1). A medidaque el CII disminuye, el sistema se hace ms estable debido al predominio de las fracciones peptizantes enla mezcla. Algunos valores umbrales para este ndice, se han establecido como CII mayor a 0.9, crudosinestables; CII menor a 0.7, crudos estables; entre 0.7 y 0.9, el intervalo de estabilidad no est especfico.

[42] [43] [44] [45]

(1)

6.2.2. Relacin asfaltenos/resinasLas resinas constituyen la fraccin del petrleo que mantiene a los asfaltenos dispersos en el crudo enforma de nano-agregados. Cuando la relacin msica asfaltenos/resinas es disminuida por debajo de 0.35,el crudo se considera estable. En la figura 4, el porcentaje en peso de asfaltenos versus el porcentaje enpeso de resinas, permite ilustrar la zona de la estabilidad e inestabilidad de los asfaltenos [40].

Figura 4. Estabilidad de los asfaltenos en funcin de la relacin Asfaltenos/Resinas. Fuente adaptada:Delgado (2015).

6.2.3.

Parmetro de Heithaus (Parmetro P)Este parmetro es proporcional a la estabilidad coloidal de los asfaltenos. En general, si P es menor a 1,representa inestabilidad o que hay altas probabilidades de que tenga lugar la precipitacin. Inicialmente


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este parmetro se estima con tcnicas analticas tomando una muestra de crudo que ha sido solubilizada enun solvente aromtico como tolueno para luego ser titulada con una parafina (n-heptano o iso-octano onhexadecano) hasta que tiene lugar la precipitacin. En esta instancia, la relacin volumtrica aromticadel solvente respecto al volumen total de solvente (VS) ms el volumen del titulante (VT) se representamediante la velocidad de floculacin (FR) (ecuacin 2). De la misma forma, la concentracin de lamuestra (C) se expresa como la masa de la muestra (Wa) respecto al volumen total de solvente mastitulante, (ecuacin 3). La titulacin se realiza varias veces para diferentes concentraciones de la fraccinpetrolera, siendo FR y C graficados en un plano cartesiano (FR vs C) (figura 5) para trazar una regresinlineal a partir de los valores experimentales, con el objeto de que la curva pueda extrapolarse hasta cortarel eje FR y el eje C; la primera interseccin se conoce como FR mximo (FRmax) y la segunda como Cmnimo (Cmin). Con los valores estimados se calculan tres parmetros importantes. El primero es Pa, queindica la solubilidad de las molculas ms insolubles que se encuentran en la muestra (ecuacin 4), elsiguiente parmetro es Po y representa la capacidad de solvencia de la muestra (ecuacin 5),posteriormente se define el parmetro de Heithaus, P (ecuacin 6). [42] [43] [46] [44] [47].

Figura 5. Representacion grafica de los parametros FRmax y Cmin. Fuente adaptada: Delgado (2015).

(2)

(3)

Pa = 1- FRmax (4)

Po = FRmax[(

) +1] (5)

P =

(6)

6.2.4.

Parmetro PSe trata de una tcnica desarrollada por la empresa Shell que permite conocer la estabilidad de losasfaltenos. Consiste en titular un gramo de muestra con hexadecano (cetano) hasta provocar laprecipitacin, fenmeno que es apreciado con un microscopio. Si el valor P (ecuacin 7) es menor o iguala uno, la muestra se considera inestable; si P se encuentra entre 1 y 1.1, la muestra presenta pocaestabilidad (muy cercana al lmite); por el contrario si el valor de P es mayor a 1.1, la muestra se consideraestable [40].


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P = 1+

(7)

6.2.5. Mtodo STABILITY CROSS-PLOTSe emplea a partir de 4 graficas que en conjunto estiman la estabilidad de cualquier muestra de crudo. Paraello se realiza una observacin cualitativa y cuantitativa de las relaciones entre las fracciones de saturados

(S), aromticos (Ar), resinas (R) y asfaltenos (A) y la estabilidad se define a partir de las siguientestendencias: entre ms grande sea la proporcin de saturados, la muestra presenta inestabilidad, de mismomodo ocurre con la fraccin de asfaltenos y la relacin (Ar/(S*A)); por consiguiente los parmetrosrestantes se comportan de modo inverso (Figura 6). Este mtodo ha demostrado ser apropiado paracualquier crudo cuyo anlisis SARA se haya determinado, mostrando un grado de confiabilidad del 92%en la determinacin de la estabilidad de los asfaltenos en los crudos, as lo plantean Seplveda et al. (2010)[48].

Figura 6. Mtodo STABILITY CROSS-PLOT. (a) [(R/A)/(S/Ar)] vs [Ar/A] (b) [(R/A)/(S/Ar)] vs [R/A](c) [S/Ar] vs [R/A] (d) [(R/A)/(S/Ar)] vs [Ar/(S/A)]. Fuente adaptada: Seplveda et al. (2010).

6.3. Estimacin experimental

6.3.1. Estabilidad Intrnseca (Parmetro S)

Consiste en una tcnica adaptada por la norma ASTM D-7157, basada en la titulacin con n-heptano deuna muestra de crudo o derivado, diluido con tolueno, haciendo uso de un equipo automatizado provistode detectores pticos para la titulacin de las muestras. En esta tcnica el parmetro S (ec. 8) representa laestabilidad de los asfaltenos o la capacidad de solvencia del crudo o fraccin referida a la precipitacin delos asfaltenos [44]; siendo Xmin el mnimo volumen (ml) de n-heptano requerido para empezar lafloculacin de los asfaltenos. El valor mnimo de S es uno (1), lo que indica que el crudo es inestable yque los asfaltenos pueden precipitarse aun sin la adicin de una parafina. Un valor de S grande, representa


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una estabilidad mayor de los asfaltenos. Por esta razn, los combustibles livianos han registrado valores deS menores a 1.35, mientras que en los combustibles pesados S es mayor a 1.5 [40].

S= 1+ Xmin (8)

6.3.2.

Microscopio de Alta PresinEste aparato bombea crudo a travs de una clula provista de una ventana a presiones y temperaturas

similares a las experimentadas en el reservorio. Una fuente de luz es transferida al crudo y se observacomo la presin y / o temperatura son alteradas. La reduccin de la presin, indica que la capacidad desolvencia de los asfaltenos en el crudo se reduce, y la floculacin puede tener lugar. Esto se observa por laacumulacin de depsitos negros que se adhieren a la ventana del dispositivo [49].

6.4. Estimacin termodinmica

6.4.1. Diagrama De BoerEste diagrama ilustra el grado de la problemtica de la precipitacin de asfaltenos de acuerdo a ladiferencia entre la presin del yacimiento y la presin de saturacin (figura 7). Segn Boer, para laspresiones por debajo del punto de burbuja, la disminucin de la presin del crudo causa un aumento en la

solubilidad debido a las alteraciones de la composicin en el lquido [44]. La evaluacin es sencilla y sedesarrolla con tres parmetros que determinan la precipitacin: diferencia entre las presiones del depsitoy el punto de burbuja, densidad del fluido del yacimiento y la saturacin de asfaltenos a condiciones delyacimiento. Aunque el diagrama de Boer diferencia los crudos estables de los inestables, se ha confirmadoen los ltimos aos que las predicciones tienden a ser pesimista; ya que suponen que todo el yacimientoest saturado de asfaltenos. Lo anterior da como resultado que la precipitacin de los asfaltenos tengalugar en los casos en los que no exista el riesgo, es decir, un "falso positivo [45].

Figura 7. Diagrama de Boer. Fuente adaptada: Kallevik (2014) [50].6.4.2. Mtodo ASISTPermite la determinacin de la tendencia de la instabilidad de los asfaltenos al ser establecida como unaserie de n-parafinas liquidas como los n-alcanos. Estos datos se emplean para predecir la estabilidad delos asfaltenos mediante la extrapolacin lineal del parmetro de solubilidad inicial con respecto a la razcuadrada del volumen molar parcial de los agentes precipitantes. Esta tendencia se emplea parapronosticar las presiones iniciales de los asfaltenos durante la produccin de petrleo a partir de


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experimentos de aceite stock-tanque (STO) [51]. Los datos requeridos son las condiciones PVT estndarpara el fluido del yacimiento y el STO de la muestra, que se obtiene a partir de dos o tres titulacionesiniciales con diferentes n-parafinas a diferentes temperaturas en cada caso. Los datos ASIST proporcionaninformacin de las circunstancias del crudo en las que este debe experimentar inestabilidad de asfaltenos[49].

6.4.3. Flory-Huggins modeloPermite conocer como ocurre la precipitacin de asfaltenos en diferentes rangos de condicionestermodinmicas como presin y temperatura a partir de la solubilidad de los mismos. En este modelo lasfracciones de asfaltenos se consideran una solucin no ideal y tanto el equilibrio vapor / lquido (VLE) y ellquido / equilibrio lquido (LLE), de la teora de las soluciones polimricas se requieren para obtener lacantidad de asfaltenos precipitados. En este modelo no se considera la naturaleza micelar de la asfaltenos yse emplea la ecuacin de estado SRK (Soave-Redlich-Kwong) para la estimacin de las propiedades de loscomponentes de la muestra y los datos del equilibrio. Finalmente, la cantidad de precipitacin se calculapor la diferencia entre la cantidad total de los asfaltenos presentes en el crudo inicialmente y la solubilidadde los asfaltenos a las condiciones dadas. La medicin del parmetro de solubilidad requerido en elmodelo puede ser estimado con la tcnica del ndice de refraccin [52] [53] [54].

6.5.

Estimacin computacional

6.5.1. APDS (Asphaltene Precipitation Deposition Software)Construido por Cundar (2012) [55], es un simulador que integra varios modulos para predecir mediantemodelos termodinmicos de equilibrios liquido-vapor y liquido-lquido, la cantidad de asfaltenosprecipitados, la presin Onset y el radio de impacto del dao en el yacimiento. El simulador requiere comodatos iniciales para su funcionamiento las propiedades del crudo, las propiedades de los asfaltenos y laspropiedades del yacimiento. Muestra valores cercanos a la presin Onset y a travs de este se calcula elradio de impacto, en donde a medida que aumenta la longitud del pozo, el dao disminuye hasta ladistancia del valor Onset. Ariza et al. [56] desarrollaron un software similar en el mismo ao a diferenciaque este, adems calcula el envolvente de precipitacin de asfaltenos.

6.5.2. ADEPT (Development of Asphaltene Deposition Tool)Predice la presin donde se empiezan a depositar los asfaltenos, adems da un valor estimado de lamagnitud de la deposicin de estos en el pozo, mediante curvas estadsticas. Los clculos son realizadospor balances de masa, modelos termodinmicos y datos experimentales proporcionados al simulador [57].

6.5.3. PC-SAFT (Perturbed Chain Statistical Association Fluid Theory)Simula con valores promedios y mediante ecuaciones de estado cubicas la presin de burbuja en la cualocurre la precipitacin de asfaltenos, as como tambin las curvas correspondientes y diagramas en 3D.Este ha demostrado buenos resultados para simular el punto de inicio y modelar adems el efecto de lainyeccin de gas en estas fracciones pesadas del petrleo [58] teniendo en cuenta el componente de luz en

la fase liquida, si este disminuye la presin de burbuja disminuye y se nota normalmente en un diagramaP-T [59] [60].

6.5.4. MULTIFLASH GUISe basa en la ecuacin cubica de estado RKSA con un trmino adicional que permite describir laagregacin de asfaltenos y su solvatacin por la desestabilizacin de las molculas de resina. Losparmetros del modelo fueron desarrollados mediante estudios de mediciones experimentales de ladepositacin, floculacin y precipitacin de asfaltenos en titulacin con heptano, incluyendo datos de


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empresas privadas y pblicas. Este simulador est destinado para el clculo de las condiciones en lascuales ocurre el proceso de precipitacin de asfaltenos en aceites vivos, teniendo como datos de entradaprincipalmente, la composicin del crudo, la temperatura del yacimiento y los resultados del anlisisSARA [61].

7. Estrategias de control de la precipitacin de asfaltenos

Una vez que los asfaltenos son depositados estos son muy difciles y costosos de remediar, en la mayorade los casos lo mejor es evitar su deposicin, teniendo en cuenta que el depsito de asfaltenos produciruna prdida en la productividad del pozo [62]. Con respecto a las estrategias de control de la precipitacin,se han propuesto una serie de tecnologas incluidas en las siguientes seis categoras, cuya finalidad eslograr la prevencin y moderacin de la severidad de la problemtica. Muchos de estos mtodosinvolucran cambiar las condiciones de produccin para mantener al petrleo fuera del umbral deprecipitacin [63]: cambios en el esquema de produccin, mtodos de tratamiento qumico, mtodos detratamiento elctrico, tcnicas de tratamiento mecnico, tcnicas de tratamiento trmico y mtodos detratamiento biolgico.

7.1.Cambios en el esquema de produccin

En esta categora se sugiere modificar la presin de operacin, la temperatura y/o la tasa de produccinpara evitar las condiciones en las que tiene lugar la precipitacin de asfaltenos. La temperatura, la presindel flujo en la cabeza del pozo, y la relacin gas-aceite son parmetros que pueden ser modificados por loscambios ocurridos en el tamao de la tubera y del estrangulador, la estimulacin del pozo y el aislamientodel espacio anular [36] [32]. Otras alternativas involucradas en el esquema de produccin son la reduccinde la cizalladura, la eliminacin de las sustancias incompatibles presentes en las corrientes de crudosasfaltenicos, la reduccin de la cada de presin en la planta de produccin y la neutralizacin de lasfuerzas electroestticas [16] [37].

7.2.Mtodos de tratamiento qumico

Son los mtodos ms comunes para la remocin de asfaltenos; ya que pueden utilizarse para tratar lasdeposiciones tanto en el pozo como en las formaciones productoras. Con frecuencia muchas sustanciasqumicas comerciales estn disponibles por diversas compaas para disolver los asfaltenos depositados.Sin embargo, todos los tipos de tratamientos qumicos, implican la vigilancia de la seguridadmedioambiental por los riesgos de explotacin y fuego que pueden desarrollar estas sustancias, debido alos bajos puntos de inflamacin que poseen, adems de generar problemas de corrosin en lneas deproceso y equipos importantes [26].

7.2.1. SolventesDvila (2012) [64] desarroll una invencin de un aditivo petrolero manejador de fracciones de asfaltenos,caracterizado por tener una densidad de 0.86 g/ml y un punto de fusin de -5c. Contiene en suformulacin, mayoritariamente tolueno y en menores proporciones oleato de metilo, linoleato de metilo,entre otros, logrando un acoplamiento molecular permitiendo que el aditivo pueda ser mezclado en todotipo de petrleo, especialmente en los pesados y extrapesados, estabilizando los asfaltenos presentes,mantenindolos en suspensin y evitando su posterior precipitacin en el fondo de pozos o tanques.Paragon Solvent. (2008) [65], Tecnologa desarrollada por Halliburton tambin est constituidoprincipalmente por disolventes aromticos xilenos, es usado en depsitos solidos o semislidos en dondese pueden precipitar tanto asfaltenos como parafinas en las caras de tanques o tubos. Paragon Solventes uno de los componentes del Paragon Acid Dispersin (PAD ) (2008) [66], adems contiene cido y


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un agente tensioactivo o dispersante. PAD disuelve residuos orgnicos, en tanto que el cido reaccionapara excluir los depsitos de cal o para aumentar la permeabilidad.

Debido a la limitacin reglamentaria sujeta y la ineficiencia econmica que acarrea el uso de disolventesaromticos, Stanley et al. (2015) [67] desarrollaron la invencin de un mtodo de prevencin yremediacin de asfaltenos en pozos y lneas de produccin, que incluye un disolvente que comprende 75% en moles de sulfuro de di metilo, el cual es miscible con la mayora de las fracciones pesadas delpetrleo, excepto las parafinas.

La tecnologa Residuum Oil Supercritical Extraction de KBR (ROSE) [68] se basa en el uso de alcanoscomo disolvente, especialmente propano, butano y pentano con el fin de separar y prevenir depsitos deasfaltenos, obteniendo productos de mejor calidad. La separacin se realiza por encima del punto crticodel solvente teniendo como ventaja que este pueda ser removido con un menor consumo de energa.

7.2.2.

InhibidoresEl primer inhibidor industrial para depsitos de asfaltenos fue elaborado por la empresa Halliburton,llamado Tarchek Asphaltene Inhibitor (2007) [69]. Esta tecnologa ayuda al control de depsitos deasfaltenos y puede ser colocado por tratamientos de compresin, por inyeccin continua o con otro fluido

de estimulacin. Adems, este producto es incompatible con oxidantes fuertes y compatible con algunosotros inhibidores como el aditivo Parachek elaborado por la misma empresa, el cual junto con elinhibidor de asfaltenos puede reducir el nmero de tratamientos de control necesarios durante la vida delpozo.

Las resinas de sbila como agente inhibidor en la floculacin y precipitacin de asfaltenos fue desarrolladoy evaluado por Lara, et al. (2010) [70] usaron ocho productos qumicos comerciales, los cuales secompararon con la mezcla obtenida de la resina de sbila. La aplicacin del producto elaborado ejerce unefecto sobre el umbral de floculacin de asfaltenos causando un aumento del mismo como consecuenciade la estabilizacin de cada una de las muestras de crudo, resultando el tiempo de contacto un factordeterminante. En un estudio similar a nivel de laboratorio se evalu el uso de un agente inhibidor pero en

base de la resina de rbol de aceite, llegando a la conclusin que el producto elaborado no se comportcomo un agente inhibidor de la floculacin, sino como un precipitante de asfaltenos, es decir, se logr unadesestabilizacin en la muestra de dichas fracciones pesadas del petrleo [71].

El resorcinol dodecyle (DR) y el aceite de avellana fueron estudiados por Safaie et, al. (2014) [72] con elfin de determinar cul de los dos inhibidores en presencia de tolueno y heptano se comportaba como unagente eficaz en la inhibicin de asfaltenos, resultando el DR ms eficaz. Sin embargo el aceite deavellana posee propiedades para inhibir la sedimentacin y posterior precipitacin de asfaltenos cuando seadministra en concentraciones elevadas.

7.2.3.

DispersantesInvestigaciones han demostrado que la estabilidad de los asfaltenos en los crudos se debe a que estos se

encuentran rodeados de resinas, las cuales interactan con los coloides mantenindose los asfaltenosdispersos en el crudo [73] [74] [75] [76]. Rodrguez, et al. (2012) [31] evaluaron el uso de la resina derbol de aceite (Copaifera officinalis) como agente dispersante de asfaltenos, obteniendo la resina pormedio de un retro evaporador y posteriormente determinaron caractersticas importantes para el estudiocomo la densidad, la viscosidad y la gravedad especfica, las cuales sirvieron para elaborar un productoqumico de la mezcla obtenida. Este producto a base de la resina del rbol de aceite se compar con elproducto comercial base llamado xileno a fin de obtener cul de los dos resulta ser ms eficiente comodispersantes de asfaltenos; para esto necesitaron dos muestras de crudo a las cuales se les realizo su


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caracterizacin y determinacin del umbral de floculacin usando el mtodo ptico y aadiendo ciertacantidad de heptano (agente floculante) usando diferentes concentraciones, seguidamente determinaron lacapacidad de dispersin del producto elaborado estableciendo su eficiencia y comparndola con lacapacidad de dispersin del solvente orgnico comercial (xileno).

Los resultados mostraron que la aplicacin del producto qumico a base de la resina de aceite gener unavariacin positiva en la capacidad de dispersin del producto qumico a medida que se aumenta laconcentracin aplicada, siendo entonces el tiempo de contacto y la composicin factores determinantes enla eficiencia de dispersin de asfaltenos. La resina de aceite de rbol tiene propiedades dispersantes porquesu estructura qumica est formada por sesquipertenos que interactan con los asfaltenos promoviendo suredisolucin. Sin embargo, es ms eficiente que el xileno en ciertas condiciones y para ciertos crudos.

Mastrangelo et, al. (2014) [77], trabajo en un mtodo qumico mediante la implementacin de sales deamonio cuaternarias en un fluido de hidrocarburos que contenga al menos 0.01 % de asfaltenos en peso yhasta 30% de este con base en el peso total de petrleo. Seala, que en estudios realizados el asfltenocontenido se estabiliz en un porcentaje aproximado de 90% en peso. Mastrangelo desarrollo unainvencin en el mismo ao, donde se hace uso de dispersantes sin cenizas, empleando una composicinde ster de tiofosfonato, el cual comprende un producto esterificado y pentasulfuro de fosforo [78].

El uso de sustancias como agente anfifilico los cuales estabilicen y solubilicen los asfaltenos en elpetrleo, como medida preventiva o remedial ha sido objeto de estudio recientemente. Snchez, et al.(2014) [79] eludieron y sintetizaron la estructura de la diamina alquilada N,N,N-trimetil-N-octadecil-1,2-diaminoetano (TODE), empleando las tcnicas de espectropa de infrarrojo con transformada de Fourier(FTIR), resonancia magntica nuclear de protones (RMN 1H) y cromatografa de gas acoplado a unespectrmetro de masas (CG-MS). Seguidamente, evaluaron la dispersin de la sustancia sintetizadausando el mtodo de la gota extendida y espectropia de UV-visible, logrando en cada tcnica resultadossimilares, la presencia del TODE en la mezcla de asflteno-heptano estabiliz el asflteno en disolucin,ratificando as, que el producto obtenido (dispersante) est actuando como un agente de la mayor fraccinpesada del petrleo. Por otra parte, Wang et al. (2014) [80] mostraron como los alquifenoles afectan la

estructura de los floculos de asfaltenos favoreciendo estructuras filamentosas en vez de estructurasglobulares, demostrando ser un dispersante eficaz. Goual (2015) [81] compararon el anfifilio no inico(alquifenoles) con uno inico el cido dodecilbencenosulfnico (DBSA) obteniendo como resultado quelos dos dispersantes favorecen estructuras filamentosas pero DBSA formaron filamentos gruesos conramificaciones laterales cortas lo cual lo hace ser ms eficientes como dispersante de asfaltenos.

7.2.4.

CombinadosEn el 2008, Guarin, et, al. [82] trabajaron en la invencin de un aditivo dispersante de asfaltenos, con unaemulsin de cidos alquil cresil sulfnicos, un compuesto donador de hidrogeno y un tensioactivo. Esteadems de actuar como manejador de asfaltenos, tambin tiene la funcin de anti-ensuciante y antigomasdebido a la emulsin de cidos. Castaeda, et al. (2009) [83] formularon un aditivo que posee propiedadesinhibitorias dispersantes de asfaltenos, el cual contiene en su formulacin como componente principal una

oxazolidina derivada de polialquil o polialquenil N-hidroxialquil succinimidas y solventes orgnicosinertes como el xileno, turbosina, disel, querosina; alcoholes alifticos con ramificaciones y sin estas,entre otros compuestos.

Por otra parte, una forma de control para la precipitacin de asfaltenos, fue inventada por Wilkes et, al.(2010) [84] emplearon una composicin que comprende un aceite lubricante y un dispersanteprincipalmente. Siendo til en la reduccin e inhibicin de la formacin de depsitos de asfaltenos, ascomo su floculacin y precipitacin en lneas de tuberas de aceite o en equipos industriales, de refinera,


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petroqumicos y marinos donde cruce un fluido de hidrocarburo. Un estudio similar se desarroll en 2011,consista en una composicin lubricante de motor disel marino que adems acta como dispersante deasfaltenos, contiene un detergente derivado de un alquil-fenol y el dispersante, un tomo de nitrgeno ypor lo menos un heterotomo [85].

La sntesis de las resinas fenol formaldehdo con y sin etoxilacin, con una doble funcin: que pueda serusada como desmulsionante y al mismo tiempo como dispersante, para tratar simultneamente la emulsin

y el problema de precipitacin de asfaltenos fue estudiado por Palacios (2011) [35] en compaa de laempresa Lipesa, S.A. esta ltima, fue la proveedora del tratamiento de control qumico para la industriapetrolera, por tanto usaron el mtodo estndar de sntesis de la compaa y adems, uno propuesto por elautor para posibles comparaciones, empleando un reactor piloto y variando las condiciones de reaccin ycatalizadores. Las resinas obtenidas, Fueron caracterizadas fisicoqumicamente y evaluadas en tresmuestras de petrleo: pesado, mediano y liviano. Los resultados mostraron que la resina sintetizada con elmtodo propuesto presento un mejor rendimiento a concentraciones bajas como dispersante de asfaltenosen comparacin con la resina sintetizada con el mtodo estndar. Por otro lado, la resina etoxilada fue lams eficiente como desmulsionante para deshidratar las muestras de petrleo pesado.

The Lubrizol Corporation (2013) [86], una compaa de Berkshire Hathaway trabaj en la elaboracin de

diferentes aditivos qumicos que cumplen la funcin de dispersar los aglomerados de asfaltenos e inhibir lasedimentacin de los mismos. Los aditivos trabajan aumentando la estabilidad de estas fracciones pesadasdel petrleo ayudando as a prevenir su posible sedimentacin. Tienen las ventajas de proporcionar controlde parafina, ahorran espacio en las plataformas en alta mar y reducen el riesgo ambiental. En la tabla 1 semuestran los aditivos para el control de la deposicin de asfaltenos en yacimientos petrolferos que ofrecela empresa mencionada.

Tabla 1. Aditivos para el control de la deposicin de asfaltenos de la Empresa Lubrizol. [86]

7.3.Mtodos de tratamiento elctrico

Desarrollo de campos de fuerza electroesttica, electrodinmica y magntica; adems de las tcnicas deultrasonido y microondas. Todas estas tcnicas son actualmente aplicable a las operaciones de petrleosobre todo a escala de laboratorio [16].


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7.3.1.

Campo de fuerza electroestticaBelhaj et al. (2013) [87] proponen el uso de la electricidad para mantener la carga elctrica intrnseca desistema resina-asfaltenos, mediante la aplicacin de una diferencia de potencial elctrico entre un pozo deproduccin y un electrodo. Lo anterior se ha desarrollado teniendo en cuenta que los efectos elctricosjuegan un papel importante en el deposicin de asfaltenos. Sin embargo, las investigaciones dedicadas a lacarga elctrica de los asfaltenos y como se ve afectada su estabilidad bajo la influencia de una campoelctrico, son limitadas. Ihtsham et al. (2014) [27] Estudiaron la posibilidad de controlar la deposicin deasfaltenos a travs de un potencial elctrico (DC) en condiciones de flujo esttico y dinmico. Con base enlos resultados cuando fue aplicada la corriente (DC), se pudo observar que la carga elctrica de loscoloides de asfaltenos era negativa. Los resultados fueron alentadores, mostrando hasta el 180% dedisminucin en la deposicin en el ctodo y un aumento del 140 % en el nodo a un potencial de 60 V DC.Lo anterior permite considerar la posibilidad de controlar la deposicin de asfaltenos mediante laconversin del pozo en un ctodo, sacrificando el nodo. En la actualidad no se utiliza comercialmenteesta tecnologa, por lo cual su grado de madurez es embrionario.

7.3.2.

Radiacin con ondas ultrasnicasDaz et al. (2013) [88] destacan que esta tcnica ha despertado gran inters en la industria del petrleo,especialmente en el mejoramiento de las propiedades fisicoqumicas de las fracciones pesadas del

petrleo, como los asfaltenos, debido a la capacidad de esta tcnica en generar alteraciones en laestructura, morfologa y composicin de los materiales que son sometidos a este tipo de vibraciones. Laclase de ultrasonido usado est conformado por ondas acsticas de alta energa caracterizadas por altaamplitud y baja frecuencia. En cuanto a las investigaciones que ilustran el desarrollo y la evolucin deeste tipo de tecnologas, Kumar et al. (2012) [89] realizaron la degradacin asistida para el craqueo deasfaltenos con aplicacin ultrasonido de baja frecuencia (24 kHz), alta intensidad y condiciones de presiny temperatura atmosfrica y ambiental respectivamente, en un reactor discontinuo. Este estudio revel queel contenido de asfaltenos se redujo de 13,5 al 7 % (en peso. %). Najafi et al. (2011) [90] estudiaron lainhibicin de deposicin de asfaltenos, a travs de la tecnologa de ondas ultrasnicas y encontraron quela radiacin de onda puede modificar tanto la rapidez de la floculacin como la distribucin del tamao delos flculos. En este trabajo, se estudi por microscopa la cintica de floculacin de asfaltenos de

diferentes muestras de crudo expuestos a ondas ultrasnicas durante diferentes intervalos de tiempo. Losresultados muestran que despus de 90 minutos, se observa una reduccin en el tamao de los agregadosde las muestras expuestas a la radiacin ultrasnica. Amani1 et al. (2011) [91] analizaron lasmodificaciones ocurridas en los siguientes parmetros: Reologa, comportamiento de la floculacin y elcontenido total de asfaltenos de dos tipos de crudo irradiados con ondas ultrasnicas, con el objetivo deconocer los cambios en la cintica de la floculacin de asfaltenos. Los resultados obtenidos permitenconcluir esta tecnologa es eficaz si la onda se irradia hasta un tiempo ptimo, a travs del cual el crudotiene un valor local mnimo de viscosidad cinemtica, que corresponde al valor mnimo del contenido deasfaltenos, y en estas circunstancias es menos probable la formacin de flculos. En este estudio adems,se pudo observar que los crudos ms pesados tendrn mayor tiempo ptimo de radiacin, por ende seestableci que la radiacin depende de la gravedad API; ya que la condicin ptima vara de un pozo a

otro. Segn los resultados obtenidos, esta tecnologa puede ser un mtodo potencial para la inhibicin de lafloculacin y puede tener una amplia aplicacin industrial. En la actualidad no se utiliza comercialmenteesta tecnologa, por lo cual su grado de madurez es embrionario.

7.3.3. MicroondasBazzano et al. (2012) [92] analizaron las transformaciones inducidas por microondas en las propiedadesfsicas y reolgicas del crudo, componentes y derivados. Los resultados mostraron una reduccin en elpeso molecular medio de los asfaltenos y la cantidad de especies polares, causando de esta forma un


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aumento de la fraccin aromtica. Sateesh et al. (2010) [93] mencionan que en este tipo de tecnologas lacantidad y el tiempo de exposicin son parmetros importantes y a su vez dependen de las caractersticasdel crudo; por ende la efectividad del tratamiento se encuentra limitado por estas variables. En laactualidad no se utiliza comercialmente esta tecnologa, por lo cual su grado de madurez es embrionario.

7.4.Tcnicas de tratamiento mecnico

Consisten en una serie de tcnicas que proporcionan buena limpieza, seguridad y un dao mnimo a laformacin. Sin embargo, suelen ser costosas y restringidas para los equipos de produccin pero no para laformacin productora, por lo tanto su aplicacin es limitada [36] [37]. Son tecnologas muy apropiadascuando el volumen de los asfaltenos es demasiado grande para ser removidos por medio de un solvente osi la tubera se encuentra totalmente obstruida por los depsitos de asfaltenos y estos no pueden ponerse encontacto con los solventes. Estos mtodos incluyen el pelado manual, el rascado, las vibraciones yremocin mecnica aplicadas por medio de raspadores de barra y guaya fina, raspadores de lnea de flujo,pistn raspador de libre-flotacin y tuberas de guaya fina (Figura 8) [32] [62] [16]. Algunas estrategiashidrulicas como la creacin de un diferencial de presin a travs del taponamiento para desalojar losdepsitos, tambin se tienen en cuenta en esta categora de tratamientos de limpieza.

Figura 8. Instrumento de remocin mecnica: brush pig. Fuente libre: Harvey Barrison (2009).

7.5.Tcnicas de tratamiento trmico

En esta categora de tratamientos se derivan la lubricacin caliente, los calentadores hoyo abajo de agua ovapor, la combustin in situ, los microondas de calefaccin y el uso de reacciones qumicas exotrmicas.La lubricacin caliente consiste en inyectar crudo, vapor, agua o gas caliente para remover los depsitosde asfaltenos de un pozo. Esta estrategia genera como consecuencia daos a la formacin y no es adecuadosi los depsitos acumulados son grandes. Esta tcnica se lleva a cabo mediante la circulacin en el pozo,conductos, o mediante la inyeccin en la formacin; funciona por fusin de los depsitos orgnicos. Por lotanto, es importante asegurar que los depsitos fundidos no se vuelvan a depositar en otra parte de laformacin. Para ello se tiene en cuenta el momento en el cual el fluido caliente introducido a la formacinse satura con parafinas fundidas, y cuando la temperatura de formacin es menor que el punto deenturbiamiento del fluido caliente [16]. Los calentadores hoyo abajo representan una fuente continua decalor que puede usarse para fundir los depsitos de asfaltenos o de parafina en el pozo o en la tubera atravs de un tiempo determinado, luego el material fundido puede ser bombeado a la superficie con la


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produccin de petrleo. La tcnica anterior presenta algunas limitaciones econmicas en cuanto almantenimiento del sistema de calentamiento y la disponibilidad de energa elctrica [26] [36] [37].

7.6.Mtodos de tratamiento biolgico

Estos consisten en la aplicacin in situ de las bacterias anaerobias y aerbicas; e incluso los hongos. Estosmtodos de tratamientos pueden reducir los asfaltenos en molculas ms ligeras mediante la

biodegradacin. Se sabe que los organismos capaces de llevar a cabo estos procesos estn muy extendidosen la naturaleza. Sin embargo, necesitan ser identificados, aislados y cultivados en el laboratorio para quesean capaces de biodegradar grandes cantidades de depsitos asfaltenicos [16]. El proceso es relativamentelento y puede requerir meses o aos hasta que los microorganismos puedan degradar una cantidadsignificativa de los asfaltenos, esto se debe al elevado peso molecular y la compleja estructura qumica quepresenta estos compuestos, as lo destaca Izquierdo (2013) [94]. Durante tal biodegradacin, las especiesadecuadas de bacterias, hongos, etc., metabolizan a los asfaltenos como fuente de carbono y energa, as lodemostraron Uribe et, al. (2011) [95] que bajo condiciones de laboratorio, estudiaron la capacidad de unacepa deNeosartorya fischeriaislada de desarrollarse utilizando asfaltenos como nica fuente de carbono yenerga.

Fernndez et, al. (2008) [96], dan una visin con respecto a los microorganismos ms facultados paradegradar molculas de asfaltenos, en su investigacin destacan que los microorganismos destinados paraeste fin pueden ser de tipo aerobios y anaerobios; sin embargo, los primeros tienen un metabolismo msdbil y atacan slo molculas pequeas, y tienden a realizar una biodegradacin oxidativa; mientras quelos microorganismos anaerobios son adecuados para atacar molculas ms grandes, ya que su metabolismoes ms fuerte y estn preparados para soportar este tipo de gasto energtico y por lo tanto hacen unabiodegradacin reductiva.

Perna et, al. (2012) [97] a travs de una revisin de trabajos cientficos publicados en los ltimos 50 aos,relacionados con la biodegradacin del crudo, sus componentes y derivados, concluyeron que en laliteratura, solo existen evidencias de degradacin de resinas y los asfaltenos por los gneros de hongosAspergillus, Candida, Emericella, Eupenicillium, Fusarium, Graphium, Neosartorya, Paecilomyces y

Pichia. En trminos generales, la biodegradacin como tcnica de eliminacin de los hidrocarburos novoltiles del petrleo, es una alternativa efectiva y econmica con respecto a otras estrategias deeliminacin. Sin embargo, su efectividad depende del establecimiento de las condiciones que msfavorecen el crecimiento y desarrollo de los microorganismos, como son el pH, la temperatura, laconcentracin y cantidad del contaminante (en este caso los asfaltenos), segn lo planteado por Loya(2013) [98] .

7.7.Tcnicas de tratamiento con nanopartculas

La nanotecnologa ha encontrado aplicacin en la industria petrolera para mejorar o reemplazar lastcnicas de tratamientos usadas en la actualidad para prevenir la precipitacin de asfaltenos. Losnanomateriales poseen una alta capacidad de capturar los asfaltenos, debido a su tamao diminuto, al reasuperficial y a su composicin mineral, evitando la agregacin, deposicin y precipitacin de estasfracciones pesadas del petrleo. Sin embargo, el nanomaterial ptimo depende de cada yacimiento y de lascondiciones de presin y temperatura[99].

Corts [100] (2013) junto con investigadores del grupo de Yacimientos de hidrocarburos de la UniversidadNacional de Colombia evaluaron mediante pruebas experimentales dos diferentes tipos de nanopartculas:Slice y almina. Obteniendo como resultado que la almina posee una mayor capacidad de retencin deasfaltenos debido a su mayor rea superficial, menor tamao de grano y a las propiedades fsicas y


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qumicas que posee. Adems, afirmaron que la utilizacin de nanopartculas es viable porque permite queen un medio poroso el crudo fluya libremente.

Zabala et al. (2014) [101] probaron las nanopartculas de xidos metlicos de alta solubilidad enhidrocarburos, llegando a la conclusin que estas podran prevenir y reducir el impacto de la precipitacinde asfaltenos al mismo tiempo restaurar el dao ocasionado por estas fracciones del petrleo. En el 2015Kazemzadeh et al. [102] investigaron el impacto de las nanopartculas de Fe3O4en la precipitacin de dos

tipos de asfaltenos usando tensin interfacial (ITF) y las mediciones numricas de Bond. Encontraron quea medida que aumenta la masa de nanopartculas de Fe3O4 la precipitacin de asfaltenos va disminuyendoconsiderablemente, lo cual es una forma de controlar su deposicin. Tambin, hallaron que la estructura delos asfaltenos es un factor determinante en el rendimiento de las nanopartculas. Un trabajo similar fuedesarrollado por Behruz et al. [103], afirmaron que las nanopartculas de magnetita son tiles en el controly la inhibicin de la precipitacin y deposicin de asfaltenos en la industria petrolera.

8. Conclusin

En este artculo se presentaron los mtodos de prediccin de condiciones de precipitacin de asfaltenos, seincluyeron mtodos termodinmicos, experimentales, matemticos y computacionales. Cada uno de estosest asociado a las alteraciones en el balance termodinmico que mantiene a las partculas de asfaltenosestables; con base en esto se revisaron los diferentes factores que intervienen en la precipitacin de estasfracciones pesadas y adems se mencionaron los diferentes problemas que puede ocasionar este fenmenoen la extraccin, produccin y refinacin del petrleo. As mismo, las estrategias de control que se aplicancon el fin de prevenir y moderar la severidad de la precipitacin fueron expuestas.

Las alternativas de solucin a la problemtica de la precipitacin de asfaltenos, consisten en laimplementacin de tcnicas qumicas, mecnicas y trmicas, siendo los tratamientos qumicos los que hanpredominado en este campo de inters; existen sustancias qumicas comerciales que implican el uso deinhibidores, solventes y/o dispersantes, las cuales son ofrecidas por diversas compaas para disolver losasfaltenos depositados. No obstante, estos tratamientos son costosos, temporales y requieren de lavigilancia de la seguridad medioambiental.

Actualmente se han investigado un conjunto de tecnologas basadas en nanomateriales, ultrasonido,microondas y campos electroestticos; los nanomateriales han despertado mucho inters, pues estospermiten un flujo adecuado a travs de poros y oleoductos, facilitando as el tratamiento y retrasando laprecipitacin de estas fracciones ocasionadas por la temperatura, cambios de presin, entre otras. El uso demateriales inteligentes y el diseo de estructuras para contrarrestar la precipitacin de asfaltenos,valindose del estudio de las propiedades interfaciales estn contribuyendo en la obtencin de informacinvaliosa para la construccin de una herramienta que podra ser explotada en un futuro. Teniendo en cuentalo anterior, se sugiere abrir nuevos campos investigativos orientados hacia los parmetros que condicionanel uso de las tecnologas basadas en nanomateriales, para garantizar la efectividad y el tratamiento ptimode la precipitacin de los asfaltenos. En tal caso lo mejor es evitar la deposicin manteniendo las variables

operacionales del sistema fuera del umbral de precipitacin y mediante el apoyo de las tcnicas deprediccin basadas en la interpretacin de datos termodinmicos, condiciones de equilibrio de fases yecuaciones de estado como SRK, teniendo en cuenta que el depsito de asfaltenos producir una prdidaen la productividad del pozo, reflejada en la economa del proceso de refinacin del crudo.


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