Influencia de variables en la precipitación de asfaltenos de crudos de petróleo

Abstract

El presente proyecto pertenece a la línea de investigación sobre "Aseguramiento de flujo de crudos de petróleo: Estudio de la precipitación de asfaltenos", que se está desarrollando en el Departamento de Tecnología Química y Energética de la Universidad Rey Juan Carlos en colaboración con Repsol-S.A. El petróleo es el recurso fósil que aporta el mayor porcentaje del consumo mundial de energía primaria. Debido a los altos precios de la energía y la necesidad de reponer las reservas, las compañías petroleras están estimulando la inversión en yacimientos de petróleo pesado que antes no eran rentables. Los crudos pesados contienen grandes cantidades de asfaltenos y, a la hora de extraer y transportar el petróleo crudo estos compuestos ocasionan múltiples problemas. Los asfaltenos constituyen uno de los grupos de compuestos del petróleo que, junto con los saturados, aromáticos y resinas, forman familias de compuestos clasificadas según el análisis SARA. Se definen como la fracción orgánica de crudo soluble en tolueno o benceno e insoluble en un n-alcano, como pentano o heptano. Su estructura está compuesta por anillos poliaromáticos que están rodeados por cadenas alifáticas y compuestos heterocíclicos que suelen tener incorporados heteroátomos como nitrógeno, azufre u oxígeno, y en menor medida metales pesados como níquel, vanadio o hierro. Los asfaltenos se encuentran estabilizados antes de la extracción del crudo gracias a la presencia de las resinas. Cuando el pozo se despresuriza se puede provocar la desestabilización de los asfaltenos y la precipitación de los mismos en el yacimiento y en las tuberías, donde pueden causar problemas de taponamiento. Por ello es importante determinar el contenido y la estructura de los asfaltenos en función de las variables que afectan a la precipitación de los mismos. Puesto que es complicado trabajar a presión en el laboratorio, la desestabilización del crudo de petróleo se simula mediante la adición de un n-alcano que provoca la precipitación de los asfaltenos. Además de la n-parafina utilizada como agente precipitante (n-pentano y n-heptano), hay otras variables fundamentales que afectan a la cantidad y estructura de los asfaltenos que se obtienen. Tres de estas variables son: naturaleza del crudo (pesado, D0304 y ligero, G0301), temperatura (30, 45, 60 oC y temperatura de ebullición de la mezcla) y la relación precipitante / crudo (5, 10, 30 y 50 mL/g). Para el estudio de la cantidad precipitada se ha recurrido al procedimiento estándar recogido en la norma IP-143/04, y determinar siempre el error experimental con múltiples réplicas. En el desarrollo de este trabajo experimental, se obtuvieron las curvas de precipitación con el fin de poder observar las diferencias en la cantidad de asfaltenos precipitados en función de las condiciones de análisis. En esta parte se ha demostrado que la cantidad de asfaltenos que precipitan aumenta con la relación precipitante / crudo y disminuye con la temperatura. Al comparar los crudos se pudo observar que la cantidad de los asfaltenos era menor para el crudo G0301 que para el crudo D0304. En cuanto al precipitante, al emplear n-pentano, la cantidad de asfaltenos obtenidos fue mayor. Los porcentajes de asfaltenos obtenidos se ajustaron a un modelo basado en la ecuación de escalado capaz de reproducir las curvas de precipitación y que permite la predicción del umbral, punto de inicio de precipitación de los asfaltenos. Con el fin de determinar la estructura de los asfaltenos obtenidos se procedió a la caracterización de las muestras de asfaltenos mediante diferentes técnicas. La aromaticidad de los asfaltenos se puede determinar con las cuatro técnicas empleadas. Se observó que al aumentar la relación precipitante / crudo disminuye la aromaticidad de los asfaltenos obtenidos. Si se mantiene constante la relación precipitante / crudo, en termogravimetría no se logró ver ninguna tendencia. Sin embargo, en análisis elemental y resonancia magnética nuclear, los resultados indican un aumento en la aromaticidad de los asfaltenos con la temperatura. Los resultados obtenidos mediante espectroscopía infrarroja por trasformada de Fourier y resonancia magnética nuclear muestran que las cadenas alifáticas son más ramificadas y largas para mayores relaciones precipitante / crudo. Si se comparan los crudos, mediante termogravimetría y resonancia magnética nuclear se concluye que el crudo D0304, que es más inestable, presenta asfaltenos más aromáticos y con cadenas menos largas y ramificadas que los del G0301. La resonancia magnética nuclear permite ver lo que ninguna técnica anteriormente mencionada puede determinar: la ramificación de los anillos aromáticos, determinándose que los asfaltenos del crudo G0301 presentan más ramificaciones. Por último, se ha determinado que en el caso de emplear n-pentano como agente precipitante, los asfaltenos que precipitan son menos aromáticos y con cadenas más largas y ramificadas. Como conclusión, las variables que más afectan a la cantidad de asfaltenos que precipitan son la relación precipitante / crudo y el tipo de agente precipitante. Además, éste último, es el factor que más influye en la estructura de los asfaltenos que precipitan. Cada técnica de caracterización empleada proporciona información valiosa sobre la estructura de los asfaltenos, siendo la resonancia magnética nuclear, la termogravimetría y el análisis elemental las técnicas que mejor han reproducido resultados esperados.