CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERA DE PETRLEOS

1. INTRODUCCIN El petrleo en su estado natural es una mezcla de compuestos orgnicos de estructura variada y de pesos moleculares diferentes. Por ello, se presenta una gran variacin de las propiedades de cada uno de ellos lo que permite encontrar desde crudos extra-livianos hasta crudos altamente asflticos. El contenido normal de carbono est dentro del rango de 83-87%, y el contenido de hidrogeno vara entre 10 y 14%; adems pueden existir componentes inorgnicos como Nitrgeno, Oxigeno, Azufre y metales (Ni y V), en pequeas cantidades. Debido a la compleja composicin de los crudos, no es posible caracterizarlos por tipo de molculas individuales, y los anlisis elementales no son los mejores porque proporcionan informacin limitada de la composicin del petrleo. En vez de ello, es comn emplear anlisis por tipo de grupo de Hidrocarburos, ya que son necesarios y de mayor importancia para la industria. Con ellos se pueden hacer estudios del yacimiento, migracin y maduracin del crudo, procesos de degradacin, procesamiento del crudo y efectos medioambientales. Un ejemplo de tal anlisis por tipo de grupo de Hidrocarburos es el Anlisis SARA, el cual separa los aceites crudos en cuatro clases qumicas principales basndose en diferencias de solubilidad y polaridad. Las cuatro fracciones SARA que con ella son Saturados (S), Aromticos (A), Resinas (R), y Asfaltenos (A). Estas fracciones son de gran importancia debido a que, mediante diversos estudios y diferentes anlisis, se pueden predecir posibles depositacin de asfaltenos, que resulta en un problema que genera un gran incremento de costos en la industria, dado que afecta la produccin y los procesos de refinamiento.


Al final, la minimizacin de la precipitacin de asfaltenos es la mayor meta de muchas compaas asociadas a la industria de los hidrocarburos, de esto la necesidad de obtener resultados confiables de los crudos a estudiar. Para ello existe un procedimiento estandarizado descrito en la norma ASTM 2007-03 que consiste en un mtodo de adsorcin cromatogrfico; as mismo, existen otros mtodos modificadas y mejorados que se ajustan a las necesidades como son el HPLC (Cromatografa Liquida de alta Presin o de alto Desempeo, por sus siglas en espaol) o el TLC (Cromatografa de Capa Delgada, por sus siglas en espaol). La realizacin del trabajo tiene como fin estudiar el desarrollo del mtodo proporcionado en la norma ASTM 2007-03 sobre la caracterizacin de crudos lo que conduce a la aplicacin de un anlisis SARA, y la mencin y descripcin de los mtodos mejorados, mencionados anteriormente. Tambin se estudiaran las aplicaciones que tiene el Anlisis SARA en identificacin de problemas de estabilidad de asfaltenos, el cual es uno de los objetivos principales para la industria. Se contara con un caso aplicado al Campo-Escuela Colorado expuesto en una tesis desarrollada por estudiantes de la Universidad Industrial de Santander. El desarrollo del trabajo va dirigido a estudiantes, profesores, ingenieros, personas afines al rea de los hidrocarburos y dems interesados en esta rea.


2. ANLISIS S.A.R.A 2.1. DEFINICIN

El anlisis SARA es una prueba composicional, que se desarrolla en base a la polaridad y solubilidad del crudo y normalmente sobre fracciones pesadas, mediante la cual es posible conocer el porcentaje en peso de la cantidad de los compuestos saturados, aromticos, resinas y asfltenos presentes en la muestra. Con los resultados obtenidos se puede determinar en cierta forma la naturaleza de la materia orgnica de la roca madre, el grado de madurez del crudo y diferentes procesos posteriores a la expulsin. Otra de las aplicaciones del crudo es poder inferir si el crudo presenta problemas de inestabilidad de asfaltenos mediante el uso de los datos obtenidos y correlaciones y tcnicas desarrolladas por diferentes autores. Ilustracin 1: Fracciones SARAAceite Crudo

Saturados

AromticosPeso Molecular

ResinasPolaridad

AsfaltenosAromaticidad

Fuente: WANG, Jianxin. Asphaltene: A General Introduction. New Mexico (2000) 2.2. FRACCIONES S.A.R.A SATURADOS

2.2.1.

Los saturados (alifticos) son hidrocarburos no polares, sin enlaces dobles, pero que incluyen cadenas lineales, generalmente extensas, o


cadenas cclicas y ramificaciones alqulicas, tambin conocidas como cicloalcanos (naftenos). Otro nombre que reciben los Saturados es Parafinas Los cicloalcanos contienen uno o ms anillos, los cuales pueden tener muchas cadenas laterales de alcanos. La proporcin de saturados en un crudo normalmente decrece con el incremento del peso molecular de las fracciones, as los saturados generalmente son la fraccin ms liviana del aceite crudo. La cera es una sub-clase de los saturados, que consiste primordialmente de cadenas lineales de alcanos, dentro del rango desde . La cera se precipita en forma de partculas slidas a bajas temperaturas, y se sabe que las propiedades de la emulsin afectan a la estabilidad de los sistemas de aceite crudo. Desde el punto de vista de las propiedades, las parafinas se caracterizan principalmente por: El punto de ebullicin y punto de fusin aumenta con su peso molecular y su Punto de nube y punto de fluidez dependen de la temperatura de saturacin de sus componentes y de la tasa de enfriamiento. El nombre parafina proviene del latn parum affinis (apenas o poco afn) lo que se interpreta como poco reactivo Ilustracin 2: Parafina Cicloparafina Ilustracin 3:

2.2.2.

AROMTICOS


El trmino aromticos hace referencia al benceno y sus derivados estructurales, adems al olor agradable e intenso que expiden, sin embargo son bastante txicos, algunos de ellos son cancergenos. Los aromticos son comunes para todos los petrleos, y la gran mayora de los aromticos contienen cadenas alqulicas y anillos cicloalquilicos, junto con anillos aromticos adicionales. Cuando una molcula aromtica tiene pocos anillos de benceno y adems posee ramificaciones largas, la molcula empieza a presentar un comportamiento ms parecido a la fraccin aliftica (saturado); en especial cuando los anillos de benceno se fusionan con anillos naftnicos, la molcula aromtica se empieza a volver prcticamente no reactiva. Los aromticos se clasifican comnmente como mono-, di-, y triaromticos dependiendo del nmero de anillos aromticos presentes en la molcula. Son polares y las molculas aromticas de alto peso molecular pueden considerarse dentro de la fraccin de las resinas o los asfaltenos. Ilustracin 4: Anillo Aromtico Ilustrativo

2.2.3.

RESINAS

Esta fraccin est compuesta de molculas polares de gran tamao que generalmente contienen diferentes tipos de tomos tales como Nitrgeno, Oxigeno o Azufre en una proporcin de uno a tres tomos por molcula1. Su estructura bsica consiste en anillos, principalmente1

McCain, William D, Jr. The Properties of Petroleum Fluids. Second Edition. Resins and Asphaltenes. Page 40. Tusla, Oklahoma. United States of America


aromticos. Las resinas puras son lquidos pesados o solidos pegajosos y son tan voltiles como los hidrocarburos del mismo tamao. Puede formarse a partir de la oxidacin de hidrocarburos aromticos policclicos. Tambin puede convertirse a asfaltenos mediante la oxidacin. Cabe destacar que las resinas se disuelven fcilmente en petrleo y que corresponde tambin a la fraccin soluble en alcanos livianos tales como pentano y heptano, pero insoluble en propano lquido. Dado que las resinas estn definidas como una clase de solubilidad, coincide con la fraccin esperada de aromticos y asfaltenos. A pesar de que la fraccin de resinas es muy importante con respecto a las propiedades del aceite crudo, se ha trabajado muy poco sobre las caractersticas de stas, en comparacin con, por ejemplo, los asfaltenos. Sin embargo, algunas caractersticas generales pueden ser identificadas. Las resinas tienen una mayor proporcin H/C, 1.2-1.7, comparada con 0.9-1.2 correspondiente a los asfaltenos. Las resinas tienen estructura similar a los asfaltenos, pero menor peso molecular ( 0,9

4

Por, N.: Stability Properties of Petroleum Products, Israel Inst. Of Petroleum and Energy, Tel Aviv, 1992.


Ambos ndices confan en una diferenciacin arbitraria entre asfaltenos y resinas que es una conveniencia analtica y no corresponde a una clara distincin qumica.

Como lo muestra la siguiente tabla los crudos del campo colorado, segn el CII, son inestables, esto indica que un cambio en la presin puede generar precipitacin de asfaltenos. En la arena B de campo colorado se comprob por medio de un anlisis PVT que la presin de yacimiento est por encima de la presin de saturacin, estas condiciones de presin hace que sea ms inminente la precipitacin de los asfaltenos. Tabla 2: ndice de Inestabilidad Coloidal en crudos Colorado

Fuente: PROCEDIMIENTOS METODOLOGICOS PA PARA LA CARACTERIZACION DE FLUIDOS DE CAMPOS MADUROS. APLICACIN A LOS FLUIDOS DE CAMPO COLORADO. CRISTANCHO marcela, HOYOS Jorge. Pg. 142

3. CONCLUSIONES


4. Gracias al anlisis S.A.R.A se puede caracterizar un crudo determinado, prediciendo as su comportamiento a travs de todo el proceso. 5. Estas fracciones son de gran importancia debido a que, mediante diversos estudios y diferentes anlisis, se pueden predecir posibles depositaciones de asfaltenos, que resulta en un problema que genera un gran incremento de costos en la industria, pues afecta la produccin y los procesos de refinamiento. 6. El mtodo de separacin cromatogrfica por columnas ASTM ha demostrado tener gran eficiencia en amplia variedad de crudos.

7. Muestras idnticas son examinadas por varias tcnicas diferentes para iluminar los puntos fuertes y dbiles de cada una y para desarrollar qu mtodo se puede utilizar. 8. Mediante la aplicacin de los Anlisis SARA y el estudio hecho acerca del ndice de estabilidad coloidal, se pudo comprobar la razn por la cual los crudos pertenecientes al campo Colorado presentan problema de estabilidad de asfaltenos, esto es, presentan depositacion de materiales que dificultan su produccin y tratamiento. 9. BIBLIOGRAFA ASTM D2007 - 03(2008): Standard Test Method for Characteristic Groups in Rubber Extender and Processing Oils and Other PetroleumDerived Oils by the Clay-Gel Absorption Chromatographic Method Aske, Narve ."Characterisation of Crude Oil Components, Asphaltene Aggregation and Emulsion Stability by means of Near Infrared


Spectroscopy and Multivariate Analysis". Tesis de Doctorado, Norwegian University of Science and Technology, 2002 WANG, J. (18 de Octubre de 2000). Asphalten: A General Introduction. New Mexico TECH. Fan, Tianguang, Wang, Jianxin, y Buckley, Jill S.: "Evaluating Crude Oils by SARA Analysis," paper SPE 75228 presented at the SPE/DOE Improved Oil Recovery Symposium held in Tulsa, Oklahoma, 1317 April 2002. Fan, Tianguang y Buckley, Jill S.: Rapid and Accurate SARA Analysis of Medium Gravity Crude Oils Energy & Fuels (2002) 16, 1571-1575. Fan, Tianguang y Buckley, Jill S.: Asphaltene Stability in Crude Oil and Aromatic Solvents - The Influence of Oil Composition Energy & Fuels (2003) 17, 1445-1451. Rogel, E., Len, O., y Espidel, Y., (PDVSA-INTEVEP), y Gonzlez, Y. (U. Metropolitana): Asphaltene Stability in Crude Oils. May 2001 SPE Production & Facilities. Cristancho, Marcela y Hoyos, Jorge. procedimientos metodologicos para la caracterizacion de fluidos de campos maduros. Aplicacin a los fluidos de campo colorado. Tesis de grado, Universidad Industrial de Santander, 2008. Pruebas de Laboratorio Instituto Colombiano del Petrleo, ICP. Disponible en: http://www.sic.gov.co/Informacion_Interes/Entidades%20acreditadas/L abs%20Ensayo/3-81.pdf


McCain, William. Component of natural occurring Petroleum Fluids. En The Properties of the petroleum fluids. 2da Edicin. Tusla, Oklahoma.

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