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Presentado por Jean-Louis Salager

V Convención de Ingeniería FUDESEV Mérida 3-5/11/2011Petróleo y Gerencia de Hidrocarburos

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Ø Aumento consumo energético mundial y sus consecuenciasØ ¿Porque no puede durar? y debe cambiar en 20-30 añosØ Alternativas energéticas en los próximos 20-30 añosØ ¿Como mantener la producción energética?

Ø Unica solución aparente: > producir más combustible fósil “decente” = petróleo y gasØ Métodos de recuperación mejorada del petróleo > desarrollos tecnológicos > su trabajo en los próximos 20-30 años

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¿Problema de red eléctrica? ¿Competencia técnica de Corpoelec u otro? ¿Será que gastamos demasiada energía? ¿Será que tenemos que reducir el consumo eléctrico?

La carencia de energía en el mundo será un problemaextremadamente serio en un futuro cercano

Uds los jovenes lo van a sentir … y a sufrir

¿ Uds notaron los cortes de Luz ?4 / 66

COMBUSTIBLES FOSILES (carbón, petróleo, gas)Son fuentes de energía no renovablesProducen energía muy barata (1 bl de petróleo = 12 hombres x 1 año)Hay cantidades limitadas (= reservas)Su producción está pasando por un máximoSu uso resulta en el aumento de CO2 en el atmósfera

Ahora el mundo que consume energía usa :energía hidráulica + energía nuclear …+ más que todo combustible fósiles (80% del total)

Hace 200 años la energía producida proveníade eólicas, represas, plantas y animales …

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Problema adicional que empeora la situación: > Se requiere cada día más energía

> Aumento de la poblacion mundial (diferentes razones)que debería seguir hasta 9-10.000.000.000 !ver http://en.wikipedia.org/wiki/World_population

Si 1 de cada 4 Chinos o Indus quiere un carro > nunca habrá bastante gasolina !

10.000.000.000

Como el transporte = 30 % de la energía consumida

> Aumento del requerimiento energético dela gente en cuanto a su nivel de vida(¿Es el modelo la vida en los EUA?)

Pero ciertas cosas que no pueden seguiraumentando (aún si la populación aumenta)

2010

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Caso del estiercol en Londres (1850-1900)

Caso de la bomba atómica A> reactor de fisión nuclear “sucio”

Caso de la bomba atómica H> no hay reactor de fusión (± “limpio”)que resolvería el problema por siglos

Caso ¿Nueva energía desconocida ahora?> ¿ la energía que mueve los OVNIs ?

¿Como pueden cambiar las cosas en el planeta?

• Innovación radical (difícil de prever)• Cambio programado (optimizado)

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Detalles en cuestiones de energía > international energy agency > http://www.iea.org/ Ver los datos en > key_stats_2010.pdf

Hablando en serio … la realidad es que … dependemos de los combustibles fósiles

CarbónPetróleo

Gas

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En particular en la producción de electricidad … dependemos de los combustibles fósiles

Gas, petróleo, carbón

Energía eléctrica 10% del total en 1975, ahora 18%

Aumento de las instalaciones hidroeléctricas limitado (sitios factibles casi todos ocupados)Energía nuclear tipo fisión limitada por (1) accidentes en Chernobyl, 3 Miles Island, Fukushima etc ...y (2) radioactividad de larga duración de los desechosOtras fuentes no son disponibles a corto plazo (20-30 años) por problemas de costo y de tecnología.

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Polémica y polarización actual entreFuentes de energía renovables y no-renovables

Fuentes no-renovables pero recuperables con la tecnologíaactual o una tecnología en desarrollo (alcanzable)

combustibles fósiles convencionales (gas/petróleo/carbón).Hay que aumentar la recuperación (Recuperación mejorada) combustibles fósiles de recuperación “más difícil” (crudos pesadoy extra pesado, arenas bituminosas, esquistos, hidratos de gas)

Fuentes no-renovables desaparecen … aumentan deprecio … requieren nuevas tecnologías de recuperación ...y de tratamiento y control de la contaminación (CO2) …que aumentan aún más el precio.

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Polémica y polarización actual entreFuentes de energía renovables y no-renovables

Fuentes renovables no utilizadas significativamente peropotencialmente factibles

combustibles renovables provenientes de desechos o de cultivos energía solar en particular fotovoltáica energía eólica movimiento del mar (olas, mareas)

Fuentes renovables resultan en precio de energía muchomás alto que combustibles fósiles, tecnología en desarrolloa optimizar … y costos de inversión gigantescos con usoextenso de espacios.

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Fuentes de energía renovables Combustibles a partir de vegetales (etanol, biodiesel …)

Limitación de espacio (cultivos compiten con alimentos)- se requiere 100% de superficie de UK para producir 40% de la energía requerida.

Algunos no resuelven ciertos problemas (leña, gas de biomasa,etanol y biodiesel producen CO2) Algunos (con algas que producen H2 en fotobioreactor — MIT)son promisorios … pero requieren investigación biotecnológica.

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Fuentes de energía renovables Energía solar es teorícamente suficiente para el planeta !!!Ø 1 hora de energía solar = consumo de energía de 1 añoØ Pero uso limitado por requerimientos y costos

Captación por calentamiento de agua funciona (ayuda limitada) Captación fotoeléctrica funciona pero 5 veces más costosa queuna planta térmica convencional (no competitivo con excepción)

Aplicable donde hay sol conintensidad y ángulo apropiado Interés económico paraproducción limitada y aislada. Consumo energético de 1persona en Europa necesita150 m2 de paneles solares

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Fuentes de energía renovables Energía solar requiere areas de captación gigantescas

Producción mundial de energía (a razón de 50 KWh/d/p)* paralos 7.000 millones de habitantes requeriría una area de paneles enel Sahara de 1000 km x 1000 km … ¡ inversión impracticable ! Se ha empezado a contruir plantas relativamente grandes paraestudiar tecnologías e intentar reducir costos.

* 50 KWh por persona y por día esequivalente a la energía consumidapor 50 bombillos convencionales de40W prendidos todo el día. *En USA se consume 300 KWh/d/p

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Energía eólica requerimientos en costo y en espacio … en el mar ! una hélice gigante alimenta 200 personas (a 50 KWh/d/p) no hay viento en todas partes (a menudo mejor en el mar)

Otras energías .. geotérmica, olas, mareas … Limitaciones considerables … en costo, sitio y espacio!

Fuentes de energía renovables

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Fuentes de energía muy duradera

Tokamak = recipiento torroidalmagnético para mantener el plasma No se sabe cuando puede serdesarrollado un reactor comercial No parece haber mucha motivacióny financiamiento de los gobiernos deUSA, Europa o Rusia.

Energía nuclear de fusión con D y T (no-renovable) La energía produciría H2 como combustible limpio !!! Hay deuterio y tritio en el mar para millones de años No es contaminante (produce Helio) Ha progresado en últimos 50 años Pero no es disponible a corto plazo

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No debe haber Polémicapuesto que la situación está clara

¿Se puede volver a vivir como hace 200 años ? La respuesta es NO !!!

somos mucho más gente que hace 200 años requerimos más energía, aún para sobrevivir “mal”

¿ Se puede usar solo energías renovables para vivir bien? La respuesta es SI !!!… PERO …

implica un cambio considerable en el planeta cambio de aspiración tiempo de adaptación sacrificios notables pero quizás…

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La situación actual implica que En el futuro (100 años) se usarán solo energías renovables• investigación-desarrollo e inversiones• costo mucho más alto de la energía• cambio total de la forma de vida

En los dos casos se debe aprender a consumir menos energía...y se debe organizar el cambio en la forma la más indolora posible...y evitar las posibles catastrofes económicas y sociales.

A corto plazo (20-30 años ?) se deben continuar a usar loscombustibles fósiles (al menos de una innovación nuclear u OVNIs)• con aumento del costo de la energía• con desarrollo de tecnologías nuevas• con preocupación ecológica (CO2)

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A corto plazo hay que mantener (o subir)la producción del petróleo

El petróleo convencional es el “mejor” combustible fósil• es fácil de producir, refinar y transportar (y de menor costo)• produce menor contaminación (CO2, S) que los pesados y bitúmen• es mas fácil tansportar que los gases

El petróleo no se acabó.El de fácil (barata) extracciónSI se está agotando• se descubre menos que se produce• producción pasó por un máximo• más escaso = más costoso

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Los combustibles fósiles producen CO2

• CARBON 180 g de CO2

• ESQUISTO (shale oil) 140 g de CO2

• BITUMEN (tar sand) 130 g de CO2

• CRUDO extra pesado 110 g de CO2

• CRUDO convencional 80-90 g de CO2

• GAS 70 g de CO2, pero otro problema para el efecto “invernadero”

1600 1800 2000 año 1800 19002000

CO2 e

n at

mós

fera

CO2 producido por 1 MegaJoule de combustible fósil

Aumento del CO2 en la atmósfera desde la revolución industrialcon el uso de combustibles fósiles … y el aumento de población !!!

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Tone

ladas

CO2

/año

/p

Populación (Miles de Millones)

América d

el Norte

EuropaAméric

a del S

ur

América C

entral

Medio oriente

y norte

Africa

Asia (China+India)

Africasub-Sahara¿ De donde viene CO2 ?

¿ Quien produce CO2 ?

¿ Quienproduce

CO2 ?

21 / 66El CO2 contribuye al efecto “invernadero”

(así como otros gases como vapor de agua, metano ….)

Resulta en aumento de temperaturaNo se sabe realmente cual es la contribución de laquema del combustible fósil en eso…pero es probable que tenga importancia !!!

Ver http://globalwarming.com/ http://www.withouthotair.com

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Consecuencias (probables) del recalentamiento global

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Consecuencias (posibles) del recalentamiento global

2010 2100

Holanda 1953

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Consecuencias (preocupantes) del recalentamiento global

Y también eso Guri 2010

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Si se va a continuar la producción de combustibles fósileshay que evitar el recalentamiento global

hay que producir menos de los combustibles fósiles “másdifíciles” (carbón, arenas bituminosas, esquistos, extrapesados) hay que producir lo menos contaminante (petróleo liviano) esdecir hay que buscarlo donde queda (Recuperación Mejorada) hay que capturar y secuestrar el CO2 producido = más costo!

http://www.youtube.com/watch?v=IelehwmQKXs&feature=related

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Y por supuesto hay que ahorrar energía,incluso en la producción de combustibles fósiles

Un ejemplo a no seguir : En la producción de arenas bituminosas(tar sands) en Canada se gasta el 75% de la energía “recuperada”en su extracción y se hace un desastre ecológico (CO2 y agua)

Antes DespuésMinería en cielo abierto en Alberta

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Se han estudiado los posibles escenarios de este dobleefecto : menos energía o/y recalentamiento global

Ver http://www.Futurescenarios.org por David Holmgren

Mejor esperanza bajar combustibles fósiles + recalentamiento marginal

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Quatar 700, Emiratos 400, USA 260, Europa 110-130,Libia 100, Sur Africa 90, Irán 80, China 30, India 18Venezuela 75, Mexico 55, Brasil 40, Bolivia 20Haiti 11, Congo 9, Bangladesh 6 Promedio mundial 55 KWh/d/p

Algunas cifras características del consumo energético totalpor país en KWh por día y por persona

1 panel solar de 1 m2 produce 1 KWh por dia> 1 persona en USA necesita 300 m2.

Para producir unos 100 KWh por persona en UK> deberian cubrir 25 % de la superficie de UK

Se aceptaria esta exageración ? ... Se debe si sequiere seguir gastando igual y usar energia renovable.

Ver http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:paises_por_consumo_de_energía

Coincidencia

Gasolina $/galón

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Primero sabiendo que es lo que gasta energía:Unidad de energía : 1 KWh = 1 bombillo clásico de 40 W durante 1 día

Nuestra comida diaria = 3 KWhUn baño caliente 5 KWhUna carga de su teléfono = 0.01 KWh (= 1 seg de su carro)

100 Km con un carro pequeño = 50 KWh.100 Km con camioneta 4x4 V8 lujo = 120 KWh100 Km con un avion por persona = 50 KWh100 Km con bus por persona = 20 KWh100 Km con trolebus por persona = 9 KWh100 Km con tren eléctrico por persona = 3-4 KWh100 Km con tren levitación magnética por persona = 2 KWhTransporte “individual” (30% de la energía) es crítico)

Referencia: consumo mundial promedio por día por persona 55 KWh/d/p

¿Que significa consumir menos energía en nuestra vida?

Ver “Sustainable energy without hot air” by David MacKay http://www.withouthotair.com/

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Puede ser un regreso a la vida "campesina" anterior oalgo "confortable" y supermoderno (sin carro ni avion)

¿Que significa consumir menos energía en nuestra vida?

http://inhabitat.com/lilypad-floating-cities-in-the-age-of-global-warming/

Cuidades del futuro Lilypad City para 20.000 personas

> Pero sí barco de vela

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Recuperación primaria >> llega a 5-15% de OOIPRecuperación secundaria (en general = drenaje con agua) alcanza en promedio >> 25-30% de OOIP que es la recuperación final !¿Y luego ? ¿Terciaria ó Mejorada?¿ Sobre que cifras estamos andando ?Crudos convencionales >>> se sabe ± bienOtros crudos >>> datos muy dudosos !

Reservas = lo que se saca conla tecnología actual

OOIP original oil in place

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Distribución de las reservas mundiales decrudos convencionales (> 12 ° API)

Otros112 TBbls - 10%

Europa y Euroasia78 TBbls - 7%

Sur America62 TBbls - 5%

Norte-Africa60 TBbls - 5%

Africa (oeste)46 TBbls - 4%

Medio oriente734 TBbls - 64%

Mar del Norte14 GTBbls - 1%

Norte América62 TBbls - 4%

1 TBl = 1012 Bls

Total Reservas = 1200 TBls= lo producido hasta ahora ! Pero producción futuraserá decreciente cada año !

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Algunas Cifras

Recursos últimos 6000 TBls (1 TBl = 1012 Bls)

de las cuales 20 % ya producido

Reservas probadas en 2008 : 1200 TBls

Producción actual 80 MBls/día = 30 TBls/año = 40 años de reservas

Datos 2010 para Petróleo convencional > 12° API

Actualmente distribución mundial de energía es := 32% petróleo, 28 % carbón, 20 % gas, 8 % hidráulica, 6 % nuclearSe estima que en 2030 el petróleo representará ± 50 % de la producciónenergética por reducción del carbón (que produce mucho CO2)

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Reservas probadas en 2030 : 2400 TBls 1000 TBls de reservas convencionales (> 12° API) + 500 TBls de crudos pesados/Xpesados (8-12 °API) 400 TBls de recuperación mejorada (EOR) 300 TBls de nuevos descubrimientos 200 TBls con nuevas (altas) tecnologías (IOR)

Producción en 2030 = 100 MBl/dia = 40 TBls/año = 50 % de la energía producida

En 20 años próximos se prevee duplicar las reservas poraumento de la recuperación de convencionales y pesados

Algunas Cifras

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MBls/día

0

20

40

60

80

100

120

1960 1980 2000 2020 2040

1250 TBls

Producidos hasta 2010

1200 TBls

Reservas en 2010

Crudos pesados y XpesadosRecuperación Mejorada

Nuevas Tecnologías

NuevosDescubrimientos

Evolución de Producción y Reservas

Prod

ucció

n

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Reservas dependen del Precio del MercadoEste precio no incluye captura y secuestro de CO2

Prec

io ec

onóm

ico en

$ 20

10 p

or B

lW

TI cu

esta

80 $/

Bl en

2010

0 1000 2000 3000 4000 5000 TBls Petróleo disponible según precio de venta

Yaproducido

OPEC + MO

OtrosConvenc.

Off shoreprofundo

Artic

o

Oil s

hales

PesadoXpesado

EOR

0

40

80

120

X 2 ó 3

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Recursos considerables en los próximos 20 años 100 G$ para desarrollo de tecnologías nuevas y diversas desde :Ø simples y baratas pero no muy buenas (solo 10-15 % más),Ø hasta complejas, costosas, pero llegando al doble de

recuperación final (50 %) 5000 G$ para inversión en EOR, IOR, crudos pesados/Xpesados

Este aumento de 1200 TBls de las reservas probadasen 2030 requiere:

Algunas Cifras

Si la producción no disminuye,(1) Aumentará el costo de la energía > y habrá que desarrollar

una tecnología de captura y secuestro de CO2(2) Fomentará el desarrollo de otras fuentes de energía

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Metodos de Recuperación Mejorada

Térmicos

Miscibles

Químicos

Otros

Estimulación cíclica con vaporInyección contínua de vapor y SADGMinería a cielo abierto (Canada)Combustión in-situ

Inyección de CO2 supercríticoInyección de solvente

Inyección de polímerosInyección de alcalinoInyección de surfactanteInyección mixta ASPInyección de microorganismosInyección de espuma

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Objetivos de la RMP (% OOIP)

CRUDOSCONVENCIONALES

Meta RMP30% OOIP

Segundario5% OOIP

Primario15% OOIP

Meta RMP80% OOIP

Primario5% OOIP

Segundario20% OOIP Meta RMP

30% OOIP

ARENASBITUMINOSAS

CRUDOSPESADOS y XP

Thomas, Oil & Gas Science and Technology (2008)

Métodos Químicosy CO2 miscible

Métodos Térmicoso mixtos con químicos

OOIP original oil in place

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Minería de arenas bituminosas(+ separación bitúmen/sólido/agua)

En Alberta-Canada ≠ caso crudosextrapesados de la Faja del Orinoco

Ejemplo de desastre ecológico

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Ingeniería de los métodos RMP

1 Pozoinyector 4 Pozos

productores

inyección con una geometría 5-spots

banco de aceite

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Inyección contínua de vapor(steam drive)

Pozoinyector

Pozoproductor

Planta de vaporAlmacenamiento

vapor agua caliente

crudo

bancode crudo

+agua

crudo

residual

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Inyección de CO2 (supercrítico)(viscosdad del aceite disminuye con CO2 disuelto)

crudo+

agua

banco de

crudoCO2

aguade empuje

zona miscible

Pozoproductor

Pozoinyector

AlmacenamientoBomba deinyección

CO2

crudo

residual

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Inyección de Surfactante/Polímero(desplazameinto por tensión interfacial ultrabaja)

Bomba deinyección

Almacenamiento

Pozoproductor

Pozoinyector

aguade empuje

crudo+

agua

crudo

residual

Polím

eroSu

rfacta

nte

crudo+

agua

crudo

/agua

difás

ico

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Más costoso peromejor recuperaciónUna forma de

“deshacerse”del CO2

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Después del drenaje con agua la saturación en crudoen el medio poroso ~ 30% y no fluye más el crudo.La tensión interfacial es alta (γ ~ 10-20 mN/m)El atrapamiento es de origen capilar.

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saturaciónaceite agua

perm

eabi

lidad

es r

elat

ivas

ko kw

Flujo difásico

difásico

Sor

evolución de laproducción

Gráfico solo para ingenieros petroleros

Soloaceite

Soloaguaflujo

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Situación después de drenaje al agua

Glóbulosdesconectadosen saturaciónresidual(Sor = 0.3)

∆P Laplace = 2 γ / R

∆P Poiseuille = α η v LFuerza de arrastre

Fuerza de atrapamiento

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∆P Poiseuille∆P Laplace

Número capilar NCav η γ

= = 10 - 6

debe x 100 ó 1000 para producirse el desplazamiento

Número capilar =

Criterio de desplazamiento

vusual = 1 pie/díaηagua = 1 cP, ηpolímeros 100 cPγagua/crudo = 10 mN/m

50 / 66

10 - 4 10 - 210 - 6

Correlación NCa mobilización

NCa = v η γ

Satu

ració

n re

sidua

l Sor

10 - 4 10 - 210 - 6

Número capilar Número capilar

51 / 66

aumento caudal de inyección (v)

aumento viscosidad del agua (η)

disminuir mucho la tensión interfacial (1000 veces)

¿Como alterar el número capilar ?

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disminuir tensión interfacial

¿Como alterar el número capilar ?

Se hace con SURFACTANTE que se adsorbe en la interfase

SO3 Na+-

Dodecil benceno sulfonato de sodio

representación usual

grupo hidrófobo grupo hidrofílico

aceite

agua

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γ hidrocarburo-agua = 1-10 mN/mγ hidrocarburo-solución surfactante 0,1 mN/m

Tensión ultrabaja cerca de la “formulación óptima” 0,0001 mN/m

¿Como alterar el número capilar ?

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¡ Tensión ultrabaja muy localizada !

tensióninterfacial(mN/m)

FORMULACIONtipo de surfactante, crudo,salinidad, temperatura etc …

1.00.1

0.010.001

diferentessistemas

Formulaciónóptima

55 / 66γ pasa por un mínimo muy preciso con muchas variables diferentes

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SAD/RT = α - EON + b S - k ACN - φ(A) + cT ∆T = 0

SAD/RT = lnS - K ACN - f(A) + σ - aT ∆T = 0

Surfactant Affinity Difference (SAD)

complejo pero cuantitativo

iónicos

noiónicos Salinidad Aceite Alcohol Temperatura

Surfactante

Surfactante

SAD/RT = HLD = Σ ci Xi

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Hemos trabajado durante años en eso.Tenemos justamente un curso de

“saber-hacer” en RMP la semana próxima

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1978 FIRP =Fenómenos Interfaciales y Recuperación del PetróleoSurfactantes, Micro-/Macro Emulsiones, Espumas…

Aplicaciones: Recuperación mejorada del petróleo,formulación de la Orimulsión®, deshidratación de crudo,lodos de perforación, espumas …

inicio del Laboratorio FIRPhace 33 años

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A los 20 añosCambio de nombre

1998 FIRP =Formulación, Interfases, Reología y ProcesosFormulación también de mesofases, nanoemulsiones,geles, cremas, cristales líquidos etc…

Aplicaciones también en cosméticos, farmaceúticos,detergentes, pinturas, alimentos, agroindustría …

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Nuestra gente

FIRP + diversos grupos asociados:

> 20 profesores de la ULA (Ingeniería, Ciencias, Farmacia)> 10 empleados y contratados en proyectos> 5 otros académicos asociados en Venezuela> 10 otros académicos asociados en el exterior> 10 estudiantes de postgrado

62 / 66¿Que hemos hecho?

en 30 años

Enseñanza, Investigación y Desarrollo,Formación en “saber-hacer” y Servicos> 100 proyectos convenios/contratados> 200 cursos para el sector industrial> 100 Tesis de pregrados, 40 de maestria y doctorado> 20 capítulos de libros, 300 publicaciones, 4 patentes> 70 cuadernos FIRP de enseñaza (descarga S357C)> 2 equipos científicos desarrollados en común con CITEC

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Nuestros Socios industrialespetroleros

PDVSA: Intevep, Lagoven, Maraven, Lipesa … (Venezuela)Elf-Aquitaine, Total, IFP (Francia)ENI (Italia), CEPSA (España)Pluspetrol, Perenco (Perú),Ecopetrol (Colombia)Chevron, Baker-Hughes, Weatherford, Schlumberger (EUA)

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Nuestros Socios industrialesNo-petroleros

Cognis, Akzo-Nobel, Rhodia, Oxiteno (surfactantes)Procter & Gamble, Unilever (detergentes, cuidado personal)Ecolab, SC Johnson (limpiadores, productos de casa)Oxiteno (cosméticos), Pulpaca, Promiveca (lignina)Vallée (veterinario, vacunas), Inica (agroindustria)Lafarge (cemento), Pechiney (aluminio)Sanofi, Procter & Gamble (farmaceúticos) …

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Nanoemulsi�ónpara tratar

LeishmaniasisUna enfermedad parasitariacorriente en Venezuela y en

América del Sur tropical

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