Estudio de la influencia de la presencia de aditivos en la precipitación de asfaltenos de crudos de petróleo mediante reflexión láser

Abstract

El crudo de petróleo es seguramente la materia prima más importante en la sociedad actual. El principal motivo es el gran abanico de usos que tiene, desde materia prima en la producción de plásticos hasta la obtención de combustibles, siendo los más importantes para la sostenibilidad del actual nivel de vida en las sociedades desarrolladas. Es por ello, junto con su relativa escasez, que se hace necesario mejorar la tecnología de extracción, de forma que la cantidad de reservas aprovechables, tanto desde el punto de vista económico como técnico, aumente. Consecuencia de lo anterior se hace imprescindible la investigación en nuevas formas para mejorar la recuperación de los yacimientos de petróleo. Una de las principales disciplinas en este campo es el aseguramiento de flujo, en especial, el estudio de la precipitación de asfaltenos en crudos de petróleo. Uno de los principales problemas del estudio del proceso de agregación de los asfaltenos reside en la forma en la que encuentran en el seno del crudo y en su estructura. Generalmente se acepta que se encuentran aislados en una fracción estabilizada por las resinas del crudo, siendo que cuanto mayor es la concentración de éstas, mayor es la estabilidad de los asfaltenos. Sin embargo, ningún estudio ha sido capaz de determinar una estructura general debido a que son una distribución muy amplia de compuestos que dependen de la forma de obtención y naturaleza del crudo. Es por ello que se les define en función de su solubilidad, considerándose asfaltenos a aquella fracción del crudo de petróleo insoluble en n-heptano pero soluble en tolueno. El empleo de aditivos anti-agregantes como método para la inhibición del fenómeno de agregación de asfaltenos es, seguramente, el método más económico, con mejores resultados y fácil de aplicar. Sin embargo, presentan el inconveniente de la necesidad de crear casi un aditivo para cada crudo de petróleo, ya que su efectividad tiene una alta dependencia de la composición del crudo. Por tanto, el objetivo del proyecto es el estudio de cómo afectan las diversas variables en el proceso cinético de agregación en crudos tratados con aditivos anti-agregantes, a través de un modelo basado en la cantidad de agregados. Principalmente se enfocó la investigación a la evaluación del proceso en función de la variación de la relación n-heptano/crudo, temperatura y concentración de aditivo. Aun existiendo muchas técnicas de análisis, la técnica de reflexión láser, Fosed Beam Reflection Measurement (FBRM), es la única capaz de analizar tanto la cantidad como la distribución de tamaños de partículas consecuencia del proceso de agregación de las partículas de asfaltenos. Su importancia se debe a que ante un aumento de cualquiera de estos parámetros, las probabilidades de obturación de las porosidades de las rocas del yacimiento o de taponamiento de los conductos de extracción son mayores. Para completar el estudio se utilizaron equipos de resonancia magnética nuclear, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier, termogravimetría y análisis elemental, para poder evaluar las variaciones en la estructura de los asfaltenos. En cuanto a los resultados que se obtuvieron, en primer lugar se determinó que un aumento de la relación n-heptano/crudo, conduce a un mayor número de agregados, en un menor tiempo y de mayor tamaño. Además, la caracterización de éstos, muestra como cada vez los agregados son menos aromáticos y más ramificados, por lo que cada vez tienen una mayor estabilidad. En cuanto a la temperatura, su efecto es tal que al aumentar, el número de agregados es menor mientras que su distribución de tamaños de partículas permanece casi constante. Sin embargo, las estructuras resultantes varían en función de si el crudo ha sido aditivado o no. Los resultados mostraron que cuando se aumenta la temperatura en crudos no tratados con aditivos anti-agregantes, los agregados son menos aromáticos y con cadenas laterales más largas, pero con ramificaciones constantes. En el caso de crudos tratados, los esqueletos son más aromáticos y más ramificados, pero con similar número y longitud de cadenas laterales. Para el caso del aumento de la concentración de aditivo, disminuye la aromaticidad de los agregados, se vuelven menos ramificados y con cadenas laterales más largas. Además, disminuye el número y aumenta el tamaño de la distribución de partículas. Sin embargo, este efecto tiene un límite, ya que la adsorción del aditivo sobre los asfaltenos alcanza un máximo, alrededor de las 100 ppm. Por último, tanto el modelo cinético de agregación, como el de predicción de valores de umbral a 30 y 45 ºC, mostraron en ambos casos un alto nivel de precisión, reproduciendo con exactitud ambos fenómenos para cualquiera de las variables objeto de estudio, empleando para ello únicamente los valores de cantidad total de agregados en función del tiempo, la relación a la que sucede tal agregación y el tiempo. Sin embargo a 60 ºC el modelo de predicción de umbrales no es válido, ya que la tendencia es lineal, y no sigmoidal como ocurre a 30 y 45 ºC. En conclusión, el presente estudio, con ayuda de la técnica de reflexión láser y los modelos cinéticos de agregación, ha permitido determinar la influencia de tres parámetros sobre el proceso de agregación: relación n-heptano/crudo, temperatura y concentración de aditivo. A su vez, las técnicas de caracterización permitieron conocer las variaciones estructurales en función de los anteriores parámetros, quedando demostrada la viabilidad de los aditivos anti-agregantes para la inhibición de precipitación de asfaltenos, así como la fiabilidad del modelo para su aplicación directa al proceso de extracción de crudos de petróleo.