Arenas Bituminosas Trabajoo (1)

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República Bolivariana De Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica De La Fuerza Armada “UNEFA” Extensión La Isabelica Valencia- Edo. Carabobo Integrantes: Juan Vázquez V-22.223.016 Luis Barrios V-22.223.767 Argenis Arévalo V- Hendry Rodríguez V- Francys Torres V- Jhonathan Verastegui V- Kelvin Montero V- Sección: I-002-D Semestre: IV Aula: 22 Carrera: Ingeniería De Petróleo Materia: Introducción a La Ing. De Petróleo

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República Bolivariana De VenezuelaMinisterio Del Poder Popular Para La Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica De La Fuerza Armada “UNEFA”

Extensión La Isabelica Valencia- Edo. Carabobo

Integrantes:

Juan Vázquez V-22.223.016 Luis Barrios V-22.223.767

Argenis Arévalo V-Hendry Rodríguez V-

Francys Torres V-Jhonathan Verastegui V-

Kelvin Montero V-Sección: I-002-D

Semestre: IV Aula: 22

Carrera: Ingeniería De PetróleoMateria: Introducción a La Ing. De Petróleo

Profesor: Emilio Fagundez

Valencia, Junio 2012

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Introducción

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Arenas Bituminosas

Las arenas de alquitrán, conocidas también como arenas bituminosas, arenas de petróleo, arenas petrolíferas, arenas aceiteras y en Venezuela como petróleo crudo extra pesado, son una combinación de arcilla, arena, agua, y bitumen. De las arenas de petrolíferas se extrae un bitumen similar al petróleo el cual es convertido en un petróleo crudo sintético o refinado directamente por refinerías especializadas para obtener productos del petróleo. El petróleo convencional es extraído por medio de pozos mientras que los depósitos de arenas bituminosas son extraídos usando técnicas de seccionamiento de minería superficial, o se les hace fluir hacia pozos por medio de técnicas in situ que reducen la viscosidad del bitumen por medio de vapor y solventes. Se pueden encontrar a poca o intermedia profundidad, pero también forman depósitos con mucha profundidad.

Las arenas petrolíferas se encuentran principalmente en la región de Athabasca en el norte de Alberta - Canadá, y en algunas zonas de Venezuela. El bitumen sirve básicamente para obtener productos con los derivados del petróleo.

Origen

Debido a la creciente demanda del petróleo en la década de los 60, comenzó a usarse una fuente de petróleo alternativa muy rentable, conocida como arena bituminosa o arena de petróleo, que también recibe el nombre de arena de alquitrán, en Venezuela es conocido como: petróleo crudo extra pesado. No obstante, el nombre más apropiado para esta fuente de petróleo es bitumen.

Su origen se remonta a hacia millones de años, la materia orgánica grasa comenzó a en convertirse en cadenas de moléculas de hidrocarbono inmediatamente después de la sedimentación, con la ayuda de los microbios. Con el tiempo y atreves de procesos geológicos que aumentaron la profundidad, la temperatura y la presión, el material orgánico se transformó en depósitos de petróleo, gas y bitumen.

De este último se cree que existe de 1,7 hasta 2,5 billones de barriles de petróleo atrapados en las arenas de petróleo, pero algunos grupos de la industria y grandes organizaciones están en desacuerdo con esta afirmación.

En la actualidad Canadá es el único país que cuenta con una gran industria comercial de arena bituminosa, en las áreas de Athabasca, Peace River y

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Wabasca, al noroeste de la provincia de Alberta, en Canadá, se encuentra un depósito enorme de Bitumen o Arena Bituminosa.

Las Arenas Bituminosas de Canadá , cuya apariencia, aroma y textura son similares al del asfalto fresco que se usa para la construcción de caminos, parecen ser los restos de grasa de algas marinas y otras plantas acuáticas que a causa de los sedimentos quedaron enterradas hace millones de años.

Los geólogos calculan que los depósitos de arena bituminosa de Canadá contiene más de un trillón de barriles de bitumen, o aproximadamente el 85% de la reserva mundial total.

Composición

Las arenas bituminosas son compuestos de arena, arcilla, agua y bitumen.El bitumen es una forma de presentación del petróleo, muy densa y viscosa, llegando incluso a presentarse en forma sólida (shale oil o pizarra bituminosa).

El producto que se obtiene de las arenas bituminosas tiene una composición promedio de 83,2% de carbono, 10,4% de hidrógeno, 0,94% de oxígeno, 0,36% de nitrógeno y 4,8% de azufre. A simple vista podemos decir que es una mezcla muy rica en carbono, pobre en hidrógeno y con un alto contenido en azufre, respecto al resto de crudos. Por eso es tan viscoso y con tan alta densidad, al representar el carbono gran parte de su composición y estando éste en cadenas hidrocarbonadas muy largas.

Normalmente su densidad se encuentra por debajo de los 10 grados API, mientras que la densidad de los crudos más convencionales se encuentra entre los 30 y los 40. Su viscosidad es tan alta que no son capaces de fluir por sí solos, alcanzando los 10000 cPo (centipoises), comparándola con la viscosidad de los crudos convencionales que es de unos 5 cPo.

Métodos de Extracción

Minería de Superficie:

Este método es aplicable en los casos en los que el estrato o bolsa de bitumen esté a una profundidad que permita el movimiento del terreno, normalmente entre 40 y 60 metros de profundidad. Las arenas se extraen mediante excavadoras y se transportan en camiones para su posterior tratado o refinado.

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Posteriormente a la extracción, las arenas son tratadas con una disolución de agua y sosa cáustica (hidróxido de sodio, NaOH) en un proceso de agitación. La arena sedimenta en el agua y el petróleo flota en la superficie.

CHOPS (Cold Heavy Oil Production With Sand O Cold Flow):

Éste método solo es aplicable cuando el crudo es lo suficientemente fluido. Consiste en desplazar grandes masas de arena para que el crudo cercano pase a ocupar su lugar y poder extraerlo mediante pozos.

Una de las ventajas del cold flow es que es más barato que la extracción mediante minería de superficie, pero la recuperación del crudo es menor, en torno a un 5 o un 6%. Otro de los inconvenientes sería el almacenaje de las arenas movidas, aunque puede solucionarse empleándolas en pavimentación o almacenándolas en cavidades salinas.

CSS (Cyclic Steam Stimulation O Inyección De Vapor):

Éste método se lleva utilizando desde los años 50 en la industria convencional del petróleo. Consiste en inyectar vapor a temperaturas que oscilan entre los 300 y los 400ºC en periodos de semanas o meses (dependiendo de la viscosidad del crudo, de la producción que se quiera, etc.), cuando ha pasado el periodo de tiempo necesario, se perfora un pozo para que el calor empape la formación rocosa. Finalmente el petróleo se extrae mediante bombeo de forma convencional.

El proceso es cíclico, cuando el bombeo ya no es suficiente, se vuelve a inyectar el vapor y se vuelve a comenzar el ciclo: inyección, calor, bombeo. Con este proceso se recupera entre el 20 y el 25% del crudo, aunque el coste de inyectar el vapor es muy alto.

SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage):

El proceso consiste en perforar dos pozos horizontales en la zona de las arenas bituminosas, uno en el fondo de la formación rocosa y otros aproximadamente 5 metros por encima, normalmente en un yacimiento se perforan varios pares de pozos. El vapor se inyecta por el pozo superior, el cual hace que el bitumen se disuelva y pueda fluir por el pozo inferior y ser bombeado hasta la superficie.

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El SAGD tiene la ventaja de que es más barato que el CSS y permite una recuperación del crudo del 60%. Es un proceso en fase de desarrollo y tiene otras aplicaciones en la industria energética.

VAPEX (Vapor Extraction Process ):

Es similar al SAGD, pero en lugar de vapor lo que se inyecta al yacimiento son disolventes. Éste método tiene la ventaja de que es más eficiente energéticamente hablando, ya que no se necesita un vapor calentado y, por lo tanto, no hay pérdidas energéticas por calor, además de que se mejora la calidad del crudo antes de su extracción.

THAI (Toe to Heel Air Injection):

Es un proceso totalmente nuevo que consiste en la combinación de un pozo vertical por el que se inyecta aire y un pozo horizontal por el que se extrae el crudo. Consiste en quemar una parte del crudo que existe en el yacimiento, creando una pared de calor con el resto del crudo, que se reblandece y se hace más fácil de extraer; además de que la combustión selectiva permite obtener un crudo de mejor calidad y más ligero sin tratamientos posteriores a la extracción.

Es muy difícil controlar la combustión de un yacimiento y por ello éste método no es muy utilizado.

Una Extracción Más Eficiente

Un consorcio de empresas con sede en Alberta, ha conseguido desarrollar un nuevo método para la extracción del betún que podría producir más del doble de la cantidad de petróleo que se extrae en la actualidad, a la vez que reduciría las emisiones en un 85%.

El proceso de N-Solv necesita menos energía que los métodos de bombeo tradicionales gracias al uso de un solvente (propano) en vez de vapor de agua para liberar el betún y sacarlo a la superficie. Esto se debe a que el propano solo necesita calentarse hasta temperaturas de unos 50ºC, y además puede reutilizarse una vez realizada la extracción, que en este caso necesita un menor refinado para fluir por los oleoductos gracias a que los materiales más pesados permanecen bajo tierra.

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Además, como el nuevo método requiere menos energía, el producto final debería resultar también más barato.Desde N-Solv aseguran que utilizando este sistema podrían conseguir unos precios de 30 o 40 dólares por barril, mientras que ahora ronda los 50 o 60. Por el momento el método sólo ha sido probado en laboratorio, pero ya se encuentra en marcha un proyecto piloto con un coste de 60 millones de dólares que podría producir hasta 500 barriles de petróleo al día.

Procesamiento De La Arena Bituminosa

El proceso de extracción de la arena bituminosa comienza con la remoción de la forestación original, la capa de suelo orgánico y el subsuelo. Las capas de suelo y subsuelo de arcilla y arena árida cargadas de agua se apartan cuidadosamente y se conservan para volver a colocarse en su lugar original y recrear el contorno topográfico una vez que se extrae el depósito de bitumen.

La arena bituminosa tiene un espesor de 40 a 60 metros, y se sitúa sobre una formación plana de piedra caliza.

Después de la excavación, se añaden agua y soda cáustica a la arena bituminosa, y este producto se traslada hasta el emplazamiento de extracción, donde se lo agita y se le inyectan burbujas de aire para que el petróleo negro suba hasta la superficie y pueda retirarse.

Luego, el bitumen se somete a procesos de refinamiento que producen un petróleo crudo sintético, el cual se vuelve a refinar y procesar mediante transformaciones químicas para obtener diferentes productos de petróleo.

Se necesitan aproximadamente dos toneladas de arena bituminosa para producir un barril, alrededor de 1/8 de tonelada, de petróleo. Con los métodos actuales, es posible recuperar la mayor parte del bitumen aproximadamente el 75% que satura la arena bituminosa.

Una vez que se extrae el petróleo de la arena bituminosa, los restos de arena vuelven a colocarse en el área de extracción, y luego vuelve a depositarse cuidadosamente el subsuelo y después el suelo orgánico que se habían quitado para obtener el bitumen. A continuación se plantan árboles y plantas de la región para ayudar a recuperar el ecosistema original. Con el tiempo, el área excavada recobra toda su diversidad anterior, incluida la vida animal, como un ecosistema naturalmente autosustentable.

Además del uso de excavadoras y camiones, existen otros procesos de extracción del bitumen; entre ellos, el bombeo en frío de las reservas fluidas de

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bitumen, y drenaje por gravedad asistido con vapor, donde se inyecta vapor para separar el bitumen de la arena que se encuentra a gran profundidad y luego se bombea el bitumen que se acumula gracias a la aplicación de esta energía de calor.

Proceso De Mina A Cielo Abierto

Aquí grandes áreas de tierras están libres de árboles y arbustos, y luego se quita la capa superior del suelo y la arcilla para exponer la arena petrolífera. Este método de minería a cielo abierto utiliza grandes camiones y palas para remover la arena, que puede tener un volumen en cualquier lugar de 1-20% de asfalto. Después de la transformación y mejora, el resultado final es enviado a las refinerías, donde es convertido en combustible de avión, gasolina y otros productos derivados del petróleo.

Proceso In Situ

Este método relativamente nuevo, se utiliza principalmente para obtener aceite de alquitrán en la arena que está enterrada muy profunda bajo la superficie de la Tierra, para ser luego recuperada con un camión y una pala. En la tecnología in situ se inyecta vapor en las profundidades de la tierra para separar el bitumen viscoso de la arena y luego se bombea hacia la superficie. El bitumen pasa por el mismo proceso de mejora y de refinación.

El producto final de las arenas bituminosas es muy similar, si no mejor que el de la extracción de petróleo convencional. Pero la extracción intensiva y el proceso de actualización significa que sacar el petróleo de las arenas de bituminosas normalmente cuesta varias veces más dinero frente a la producción por los métodos convencionales.

Efectos Sobre El Medio Ambiente

Los proyectos de extracción de petróleo mediante arenas bituminosas afectan al terreno, al agua, al aire e indirectamente, afectan al cambio climático debido a que los productos derivados del petróleo básicamente son combustibles y emiten gases de efecto invernadero en su combustión.

Efectos sobre el aire:

A largo plazo, estos proyectos no afectan a la calidad del aire, aunque pueden producirse emisiones puntuales de sulfuro de hidrógeno (SH2), que es un

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gas incoloro, tóxico, combustible y con olor desagradable (se dice que huele a huevos podridos).

Efectos sobre el terreno:

Obviamente, estos proyectos implican el desplazamiento de grandes masas de tierra, afectando así a acuíferos y provocando deforestación. Se estima que es necesaria una tonelada de arena bituminosa para la extracción de un barril de petróleo.

Los proyectos de extracción de crudo deben llevar en este caso un equivalente a la declaración de impacto ambiental y un plan de recuperación del terreno.

Efectos sobre el agua:

En los procesos de extracción que impliquen un tratamiento posterior de las arenas se utilizan entre 2 y 4,5 volúmenes de agua por cada volumen de crudo producido (es decir, que por cada metro cúbico producido se utilizan entre 2 y 4,5 metros cúbicos de agua).

Si no se desarrolla un sistema de depuración de aguas antes de verterlas a ríos o lagos, éstos se verán contaminados, comprometiendo la salubridad en el curso bajo de los ríos.

Actuales Explotaciones De Bitumen

Canadá y Venezuela son los principales países en la actualidad que explotan, procesan y exportan arenas bituminosas, copando ambos casi la totalidad de las reservas mundiales de este tipo de crudo.

La producción de crudos procedentes del bitumen de las arenas se ha cuadruplicado desde 1990. Actualmente la extracción es de 1 millón de barriles diarios, quienes podrían incrementarse a 3 millones para el 2015, según informe de las cámaras de Producción y Comercio de Alberta.

A nivel global existen otros 70 países que también explotan estas arenas, entre los países más reconocidos o los que siguen a Venezuela y Canadá son: los Estados Unidos de norte América, Rusia, República de Congo, Arabia Saudita, Madagascar e Irán.

En Venezuela las inversiones extranjeras en las Arenas Petrolíferas alcanzaron 45 millardos de dólares entre 1996 y 2004, las autoridades esperan otros 60 millardos de dólares hasta 2020. Esto es debido a la existencia de alrededor de 35 proyectos de expansión y planificación, en los que trabajan firmas canadienses y extranjeras.

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Próxima Reserva

Las Arenas Bituminosas podrían convertirse en materia prima para la química básica y la obtención de combustibles dentro de un tiempo que casi nadie se atreve a cuantificar pero que parece mucho más cercano cada día que pasa. El hecho es que las arenas bituminosas llevan ahí desde la noche de los tiempos, pero no ha sido hasta tiempos recientes que la industria ha vuelto sus ojos hacia ellas de forma seria.

Así de sencillo, y a la vez así de complejo, porque el procesado de las arenas supone un reto técnico y ambiental. La porción técnica ya ha sido superada hasta cierto punto, no así la ambiental, sobre todo por dos problemas principales. Por una parte, las clásicas objeciones a la minería a cielo abierto, por otra, la ingente cantidad de agua que es necesario consumir para obtener el betún.

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Conclusión

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Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Arenas_aceiteras

http://intentandocambiarelmundo.blogspot.com/2009/07/arenas-bituminosas.html

http://www.tecmovia.com/2011/08/12/arenas-bituminosas-una-alternativa-real-al-petroleo-tradicional/

http://www.atmosferis.com/2011/07/arenas-bituminosas-de-athabasca.html