ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE CRUDOS PESADOS. Prof. Jos Alejandro Panzarelli

UNIDAD 1. Conceptos bsicos de crudos pesados y extra-pesados. Definiciones bsicas. Origen de las emulsiones.

Crudos Pesados y Extrapesados

Desde hace muchos aos se conoce la existencia de estos yacimientos de crudos pesados y extrapesados que hoy atraen la atencin de los petroleros del mundo. Tal es el caso de la Faja del Orinoco aqu en Venezuela, como tambin reas de petrleos pesados y extrapesados en California, Canad, Mxico y otros sitios. Las razones por las que estos crudos no se explotaban anteriormente, se deben principalmente a sus caractersticas y al hecho de que mejores tipos de crudos se obtenan sin mayores inconvenientes y en abundancia. Otra razn por la que comenzaron a explotarse las reas contentivas de crudos pesados, es que las reservas hasta ahora contabilizadas no son suficientes para el futuro, por lo tanto, las reas ya conocidas de petrleos pesados y extrapesados empezaron a tener importancia mundial y a ser estudiadas y evaluadas detalladamente.

Para estudiar y comprender los crudos pesados y extrapesados se deben analizar sus caractersticas tales como la fluidez o viscosidad, representada tambin indirectamente por la densidad o gravedad especfica y expresada internacionalmente mediante la gravedad API.

API es el Instituto Americano del Petrleo. Se encarga de establecer normativas de nivel tcnico para la industria del petrleo.

Gravedad API es la escala de medicin creada por el Instituto Americano del Petrleo y utilizada para hidrocarburos basndose en su peso especfico, es decir, con relacin al agua.

Tipo de HidrocarburoAPI

Gas-

Condensado40

Liviano30-39,9

Mediano22-29,9

Pesado10-21,9

Extrapesado9,9

BitumenPromedio 8,2

- La sustancia que fluye a la temperatura del subsuelo y se bombea a la superficie, como cualquier crudo pesado, es un crudo. - La sustancia que no fluye a la temperatura del subsuelo y que no puede ser bombeada a la superficie, es un bitumen.

= Gravedad Especfica o Densidad Relativa

La densidad relativa es una comparacin de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. Ambas densidades se expresan en las mismas unidades y en iguales condiciones de temperatura y presin, por lo tanto es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades.La densidad relativa est definida como el cociente entre la densidad que primordialmente es de una sustancia y la de otra sustancia tomada como referencia, resultando

donde es la densidad relativa, es la densidad absoluta y es la densidad de referencia.1. Para los lquidos y los slidos, la densidad de referencia habitual es la del agua lquida a la presin de 1 atm y la temperatura de 4 C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000kg/m31. Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire 1,18 kg/m3 a la presin de 1 atm y la temperatura de 25 C.

Tambin se puede calcular o medir la densidad relativa como el cociente entre los pesos o masas de idnticos volmenes de la sustancia problema y de la sustancia de referencia:

Otra de las cualidades que se deben tomar en cuenta para el estudo de crudos pesados y extrapesados es la viscosidad.

La viscosidad es la resistencia al deslizamento ofrecida por los liquidos a causa de su cohesin y adhesin. La viscosidad vendra a ser algo as como el grado de " pegajosidad " que tiene un lquido. Viscosidad NO ES densidad. Un lquido puede ser muy denso pero poco viscoso. ( El mercurio, por ejemplo ).Peso Molecular es la suma de los pesos atmicos de los tomos que forman una molcula. De esta manera los crudos pesados y extrapesados se pueden definir como aquellos que no fluyen con facilidad. Tienen una gravedad API de 10-21,9 y 9,9 respectivamente y son el resultado de una degradacin por estar expuesto a las bacterias, el agua o el aire, como consecuencia, la prdida de sus fracciones ms ligeras, dejando atrs sus fracciones ms pesadas.

Las propiedades fsicas que distinguen a los crudos pesados de los ligeros incluyen una mayor viscosidad y densidad, as como la composicin de peso molecular. El petrleo extra pesado de la regin del Orinoco tiene una viscosidad de ms de 10.000 centipoise (10 Pas) y 10 en el ndice API. Por lo general, se aade un diluyente a distancias regulares de un gasoducto de petrleo pesado a fin de facilitar su circulacin. Recientemente, Venezuela est experimentando en la Faja del Orinoco un proyecto de inyeccin alterna de vapor con el que se mejora la viscosidad del crudo, tcnica que ha incrementado la tasa de recuperacin hasta el 40 por ciento, que anteriormente era del 20 por ciento.

En la escala de viscosidad en cp., estos crudos tienen una viscosidad entre 1.200 y 95.000 cp. Si se considera que el agua tiene, aproximadamente, 1 centipoise de viscosidad, se apreciar la poca fluidez de estos crudos. La viscosidad es muy importante en el tratamiento y manejo del crudo, desde el yacimiento hasta el fondo del pozo, de aqu a la superficie, y luego en el transporte e instalaciones de refinacin. Por tanto, para hacerlos ms fluidos y manejables requieren calentamiento o diluentes.

Adems, otras caractersticas de estos crudos, es que tienen un alto contenido porcentual de azufre. De igual manera pueden tener un apreciable contenido de sal y tambin contienen metales (nquel, vanadio y otros). A veces pueden tener tambin cierta cantidad de sulfuro de hidrgeno, que tambin es muy corrosivo y venenoso. Todo esto hace que la refinacin de estos crudos requiera mtodos y tratamientos especiales para mejorar su calidad y obtener los resultados deseados de comercializacin.

Emulsiones Agua Petroleo

En el yacimiento una parte del agua producida por el pozo petrolero, es llamada agua libre, esta se separa fcilmente del crudo por accin de la gravedad, tan pronto como la velocidad de los fluidos es suficientemente baja. La otra parte del agua est ntimamente combinada con el crudo en forma de una emulsin de gotas de agua dispersadas en el aceite, la cual se llama emulsin agua/aceite (W/O), como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Microfotografa de una emulsin agua en petrleo crudo.

Dnde y cmo se producen las emulsiones agua en petrleo? El agua y el aceite son esencialmente inmiscibles, por lo tanto, estos dos lquidos coexisten como dos lquidos distintos. La frase aceite y agua no se mezclan expresa la mutua insolubilidad de muchos hidrocarburos lquidos con el agua. Las solubilidades de hidrocarburos son bajas, pero varan desde 0,0022 ppm para el tetradecano hasta 1.760 ppm para el benceno en agua. La presencia de dobles enlace carbono-carbono (por ejemplo alquenos y aromticos) incrementan la solubilidad del agua. El agua est lejos de ser soluble en hidrocarburos saturados (por ejemplo: parafinas o alcanos) y su solubilidad disminuye con el incremento del peso molecular de los hidrocarburos. Durante las operaciones de extraccin del petrleo, la mezcla bifsica de petrleo crudo y agua de formacin se desplazan en el medio poroso a una velocidad del orden de 1 pie/da, lo que es insuficiente para que se forme una emulsin. Sin embargo, al pasar por todo el aparataje de produccin durante el levantamiento y el transporte en superficie (bombas, vlvulas, codos, restricciones, etc.) se produce la agitacin suficiente para que el agua se disperse en el petrleo en forma de emulsin W/O estabilizada por las especies de actividad interfacial presentes en el crudo. Las emulsiones formadas son macro-emulsiones W/O con dimetro de gota entre 0,1 a 100 m. Existen tres requisitos esenciales para formar una emulsin: Dos lquidos inmiscibles, como el agua y el aceite. Suficiente agitacin para dispersar uno de los lquidos en pequeas gotas en el otro. Un agente emulsionante para estabilizar las gotas dispersas en la fase continua. En los pozos que se producen por levantamiento con gas (Gas-lift), la emulsionacin es causada principalmente en dos lugares: En el punto donde el gas lift es introducido y en la cabeza del pozo. Cuando se utiliza un proceso intermitente, la emulsin generalmente es creada en la cabeza del pozo o en el equipo en superficie. Para el proceso continuo, la mayor parte de la emulsin es formada en fondo de pozo, en el punto de inyeccin de gas. En los campos petroleros las emulsiones de agua en aceite (W/O) son llamadas emulsiones directas, mientras que las emulsiones de aceite en agua (O/W) son llamadas emulsiones inversas. Esta clasificacin simple no siempre es adecuada, ya que emulsiones mltiples o complejas (o/W/O w/O/W) pueden tambin ocurrir. Adems, esta clasificacin es muy particular de la industria petrolera, ya que en general las emulsiones O/W son denominadas emulsiones normales y las W/O son las inversas. En las emulsiones directas, la fase acuosa dispersa se refiere generalmente como agua y sedimento (A&S) y la fase continua es petrleo crudo. El A&S es principalmente agua salina; sin embargo, slidos tales como arena, lodos, carbonatos, productos de corrosin y slidos precipitados o disueltos se encuentran tambin presentes, por lo que A&S tambin es llamada Agua y Sedimento Bsico (A&SB). Otra terminologa en la industria petrolera es clasificar las emulsiones directas producidas como duras y suaves. Por definicin una emulsin dura es muy estable y difcil de romper, principalmente porque las gotas dispersas son muy pequeas. Por otro lado, una emulsin suave o dispersin es inestable y fcil de romper. En otras palabras, cuando un gran nmero de gotas de agua de gran dimetro estn presentes, ellas a menudo se separan fcilmente por la fuerza gravitacional. El agua que se separa en menos de cinco minutos es llamada agua libre. La cantidad de agua remanente emulsionada vara ampliamente desde 1 a 60 % en volumen. En los crudos medianos y livianos (>20 API) las emulsiones contienen tpicamente de 5 a 20 % volumen de agua, mientras que en los crudos pesados y extrapesados (