ANLISIS DE PRECIPITACIN DE PARAFINAS

ANLISIS DE PRECIPITACIN DE PARAFINAS Ing. Jos Andrs Anaya Mancipe

AGENDAIntroduccinGeneralidades de las parafinasPunto de nube y punto de cristalizacinEfecto de la velocidad de enfriamientoConsecuencias de la precipitacin y depositacin de parafinasTcnicas para la medicin del punto de nubeConclusiones

INTRODUCCIN

Fig. 1. Desarrollo de Parafinas en un Pozo FluyendoFuente: Modificado de Paraffin and AsphalteneDurante el desplazamiento de los fluidos desde la formacin hasta los pozos, las lneas de flujo y finalmente a las instalaciones de produccin y almacenamiento, estos fluidos experimentan cambios en la temperatura y presin que difieren considerablemente de sus condiciones iniciales.Estas variaciones pueden inducir a cambios en el estado fsico de los fluidos, que pueden interrumpir la produccin. 3GENERALIDADES DE LAS PARAFINASFig. 2. Estructura molecular de algunos compuestos parafnicosFuente: http://igiwax.com/wax-basics/overview/

Las parafinas son los hidrocarburos ms conocidos como alcanos cuya frmula qumica CnH2n+2. Estos hidrocarburos generalmente son muy inertes y adems resistentes a los ataques de cidos,bases y agentes oxidantes.

Las parafinas que son problemticas y por tanto de inters en la industria del petrleo estn formadas principalmente por cadenas entre C16 y C60+.GENERALIDADES DE LAS PARAFINASFactores que afectan la Precipitacin de las Parafinas

TemperaturaPresinPrdida de Componentes VoltilesPartculas de Material SuspendidoAgua ProducidaPeso Molecular y Punto de FusinProporcin relativa Solvente-SolutoNaturaleza de la Solucin

Fig. 3. Solubilidad de la ParafinaFuente: Modificado de Determinacin del umbral de Cristalizacin de las Parafinas en el Campo ColoradoPUNTO DE NUBE Y CRISTALIZACIN

Fig. 5. Vista Microscpica de cristales de un crudo . Fuente: Estudio de los Fenmenos de Cristalizacin de parafinas en el Comportamiento Fluido-dinmico de Crudos ParafnicosPUNTO DE NUBE

Es la temperatura a la cual se forman los primeros cristales de parafina en el crudo muerto.PUNTO DE CRISTALIZACIN

Para un crudo vivo (con gas en solucin) no se habla de punto de nube sino de puntos de cristalizacin.

Fig. 4. Vista Microscpica de formacin de nubosidad es un crudo . Fuente: Estudio de los Fenmenos de Cristalizacin de parafinas en el Comportamiento Fluido-dinmico de Crudos ParafnicosEFECTO DE LA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTOLa velocidad de deposicin de la parafina vara directamente con la velocidad de enfriamiento de la superficie en la que se deposita.

v1 . Velocidad de enfriamiento 0.1K/min v2. Velocidad de enfriamiento 0.5K/min v3. Velocidad de enfriamiento 1.0K/min

CrudoPunto Nube [K]v1v2v3Cupiagua323324328Cusiana316316319Teikoku343369356Lizama338339342Suerte296296296Chaparrito302302306La Flora302303305Los Toros305306308Balcn303303305Cao Garza Norte306306308Trinidad306306308Cao Garza Este304305307Tabla 1. Efecto de la velocidad de enfriamientoFuente: Modificado de Estudio de los Fenmenos de Cristalizacin de las ParafinasEFECTO DE LA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTOForma de los cristalesSe apreci que a menor velocidad de enfriamiento utilizada, la forma del cristal fue ms homognea.

Tamao y Consistencia de los cristalesCuando el enfriamiento es producido a menor velocidad, los cristales generados son de tamao pequeo, uniforme y de consistencia ms dura.EFECTO DE LA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO

Fig. 5. Vista Microscpica de la formacin de cristales en un crudos. Izquierda: formacin de nubosidad. Derecha: cristal ya formado. Fuente: Estudio de los Fenmenos de Cristalizacin de parafinas en el Comportamiento Fluido-dinmico de Crudos ParafnicosCONSECUENCIAS DE LA PRECIPITACIN Y DEPOSITACIN DE PARAFINASSi se presenta precipitacin en el yacimiento, puede ocurrir deposicin causando bloqueo e incidir en el dao a la formacin.Cambios en las caractersticas reolgicas del crudo.Requerimiento de potencia extra para asegurar el flujo de los fluidos.Reduccin de la produccin de hidrocarburos por obstruccin del rea de flujo dentro de la tubera de produccin y en superficie.Falla en los equipos de subsuelo y superficie.Cierre de los pozos.

TCNICAS PARA LA MEDICIN DE PUNTO DE NUBEASTM D2500.

Punto de Nube por Filtracin Dinmica (DFCP).

Dispersin de la Luz en la Regin Cercana al Infrarrojo (Near-Infrared (NIR) light attenuation).El Punto de Nube es un parmetro muy importante, entre las mediciones simples. Si es medido adecuadamente puede ser usado para determinar cundo y dnde se puede esperar la deposicin de parafinas.

Dentro de las tcnicas ms utilizadas para su determinacin se encuentran:TCNICAS PARA LA MEDICIN DE PUNTO DE NUBEASTM D2500

Mtodo de prueba estndar para Punto de Nube en productos de Petrleo.

ste mtodo de prueba cubre nicamente productos de petrleo y biodiesel que son transparentes en capas de 40 mm de espesor, y con un punto de nube inferior a 49C. ASTM D2500

Resumen del Mtodo

La muestra es enfriada a una razn especfica y examinada peridicamente. La temperatura a la cual la primera nube es observada en el fondo del recipiente de prueba es registrada como el punto de nube.

Fig. 6. Equipo para Punto de Nube ASTM D2500Fuente: Modificado de Standar Test Method for Cloud Point of Petroleum ProductsEquipoEl equipo utilizado para la determinacin del Punto de Nube segn sta prueba estndar consta de los siguientes elementos:

Recipiente :Vaso Cilndrico de fondo plano, de 33.2 a 34.8 mm de dimetro externo y de 115 a 125 mm de altura. El dimetro interno del recipiente puede variar en un rango de 30 a 32.4 mm cumpliendo la condicin de que el espesor de la pared no puede ser superior a 1.6 mm. El recipiente debe ser marcado con una lnea para indicar la altura de la muestra 54 3 mm por encima del fondo.

ASTM D2500

RANGOS DE TEMPERATURA PARA BAO Y MUESTRABaoFijacin temperatura del Bao[C]Rango de temperatura de la muestra[C]10 1.5Inicial a 102-18 1.59 a -63-33 1.5-6 a -244-51 1.5-24 a -425-69 1.5-42 a -60Tabla 2. Rangos de temperatura para Bao y MuestraFuente: Modificado de Estndar Test Method for Cloud Point of Petroleum ProductsEquipoTermmetros : Estos rangos son conforme a las Especificaciones para IP Standard Thermometers.ASTM D2500

EquipoCorcho (Cork):Para ajustar el recipiente de prueba, embarcado centralmente por el termmetro de prueba.Camisa (Jacket):Metlica o de vidrio, cilndrica, de fondo plano, con aproximadamente 115 mm de profundidad, con dimetro interno de 44,2 a 45,8 mm. Disco (Disck):Corcho o fieltro, de 6 mm de espesor para ajustar vagamente dentro de la camisa.Aislante (Gasket):En forma de anillo, de cerca de 5 mm de espesor, para ajustar alrededor por fuera del recipiente de prueba y vagamente dentro de la camisa.

ASTM D2500

ProcedimientoLlevar la muestra a ser analizada a una temperatura de al menos 14C por encima del punto de nube esperado. Remover cualquier humedad presente mediante mtodos como filtracin a travs de un papel de filtro seco hasta que el aceite se encuentre perfectamente claro.Vierta la muestra en el recipiente de prueba hasta el nivel marcado.Cierre el recipiente de prueba ajustadamente mediante el uso del corcho que porta el termmetro de prueba. Use el termmetro alto si el punto de nube esperado est por encima de -36C y el termmetro bajo si el punto de nube esperado est por debajo de -36C. Observe que el disco, el aislante, y el interior de la camisa estn limpios y secos. ASTM D2500

ProcedimientoUbique el disco en el fondo de la camisa. El disco y la camisa deben haber sido colocados en el medio fro mnimo durante 10 minutos antes de que el recipiente de prueba sea insertado. Ubique la junta alrededor del recipiente de prueba, a 25 mm del fondo. Inserte el recipiente de prueba en la camisa. Nunca coloque el recipiente directamente en el medio fro.Mantenga la temperatura del bao de enfriamiento a 0 1.5C.En cada lectura del termmetro, la cual es mltiplo de 1C, remueva el recipiente de prueba de la camisa rpidamente pero sin causar perturbacin en la muestra, observe la nube y vuelva a colocar en la camisa. Esta operacin completa no requerir ms de 3 s. Reporte el punto de nube, en el cual cualquier nube sea observada en el fondo del recipiente de prueba.ASTM D2500

TCNICAS PARA LA MEDICIN DE PUNTO DE NUBEPunto de Nube por Filtracin Dinmica

Esta tcnica toma ventaja de los siguientes fenmenos para determinar el punto de nube:

Todas las molculas de ceras parafnicas permanecen en estado molecular antes del inicio de cristalizacin de ceras.Despus del inicio de la cristalizacin de ceras son formados los primeros cristales de 0,1 micrones o ms grandes.Punto de Nube por Filtracin DinmicaProcedimientoLa mezcla de hidrocarburos se lleva inicialmente a una presin y temperatura por encima de las condiciones de precipitacin de la parafina (cond. de yacimiento) en un cilindro tipo pistn. Todo el sistema se mantiene a una temperatura y presin de prueba deseada. El fluido se bombea (usualmente alrededor de 0.2 a 0.5 cc/min) a travs de un papel filtro de 0.1 micrones y un dispositivo de control de presin (BPR).El computador monitorea la presin diferencial (P) a travs del papel filtro, la presin en el BPR, la temperatura del crudo, y otros parmetros de operacin. Se grafica el P a travs del papel filtro vs la temperatura del crudo mostrando que la temperatura a la cual el P empieza a ascender lo que indica el inicio de la cristalizacin de la parafina.

Fig. 7. Dispositivo para prueba de Punto de Nube por Filtracin Dinmica. Fuente: Modificado de Cloud Point and Wax Deposition Measurement TechniquesPunto de Nube por Filtracin Dinmica

Fig. 8. Grfico ejemplo de una prueba de Punto de Nube por Filtracin Dinmica. Fuente: Modificado de Cloud Point and Wax Deposition Measurement TechniquesPunto de Nube por Filtracin DinmicaTCNICAS PARA LA MEDICIN DE PUNTO DE NUBENear-Infrared (NIR)

Fig. 9. Equipo para la prueba Near Infrared.Fuente: http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2004/112766.PDF

Para determinar el punto de nubeesta tcnica utiliza la medicin deLa absorcin o la trasmisin de la

Se utiliza una luz cuya longitud de onda se encuentre en el espectro cercano al infrarrojo.

Near-Infrared (NIR)Generalidades del mtodo.

El mtodo NIR se basa en la observacin del cambio en la transmitancia de la luz incidente sobre el crudo cuando inicia la cristalizacin.Para determinar el punto de nube esta tcnica utiliza la medicin de la absorcin de la luz incidente sobre la muestra a medida que el crudo se enfra.Cuando aparecen los primeros cristales estos valores cambian y se establece esta temperatura como el inicio de la cristalizacin de la parafina

Near-Infrared (NIR)Procedimiento.

A presin de yacimiento se hace un enfriamiento a temperaturas definidas que cubran desde temperaturas superiores a la de yacimiento hasta separador. Una vez se alcanza la estabilidad de la temperatura se hace pasar el rayo infrarrojo y se mide la transmitancia. Se grafica temperatura contra % de transmitancia y el punto en donde se encuentre el cambio marcado en la pendiente se define como el punto de cristalizacin a la presin de yacimiento.Se calienta de nuevo la muestra hasta una temperatura superior a la de yacimiento y se coloca a la presin programada y se sigue de nuevo el procedimiento del paso anterior.

Fig. 10. Ejemplo de grfico generado en la Prueba de Punto de Nube por el Mtodo NIR.Fuente: Modificado de Cloud Point and Wax Deposition Measurement TechniquesCon los puntos de cristalizacin determinados a cada presin se construye la envolvente de precipitacin de parafinas (EDP).Near-Infrared (NIR)Debido a su simplicidad, alta precisin, y amplia aplicabilidad para todos los tipos de fluidos y condiciones termodinmicas, se prefiere respecto a otros mtodos.Near-Infrared (NIR)CONCLUSIONESEl punto de nube y el punto de cristalizacin tienen el mismo fundamento terico. La diferencia que existe es que son la misma propiedad determinado para crudos de diferentes caractersticas.De todos los factores que pueden favorecer la formacin de parafinas el ms influyente para el punto de nube y cristalizacin es la temperatura.Debido a su simplicidad, alta precisin, y amplia aplicabilidad para todos los tipos de fluidos y condiciones termodinmicas, la tcnica de dispersin de luz NIR se prefiere respecto a otros mtodos.

Mantener el control de la formacin de las parafinas se logra una buena condicin de pozo, aumentando la produccin, mejorando la calidad del hidrocarburo y reduciendo costos en y mantenimiento de equipos. Las consecuencias de este fenmeno amenaza la vida de los pozos desde el punto de vista econmico y tcnico.

CONCLUSIONESRodrguez L. y Castaeda M. Estudio de los Fenmenos de Cristalizacin de Parafinas en el Comportamiento Fluido-dinmico de Crudos Parafnicos FASE1. Ecopetrol-ICP. Bucaramanga.Designation: D 2500-02. Estndar Test Method for Cloud Point of Pretroleum Products. Ariza E. Determinacin del Umbral de Cristalizacin de las Parafinas en el Crudo del Campo Colorado. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga (2008).Martnez M. A. Parafinas y Medicin de Punto de Nube. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga (2008).Bohrquez F. M. Determinacin del Punto de Nube y Otros (Anlisis de Parafinas). Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga (2008).

BIBLIOGRAFIA