ASFALTENOS. Sinónimos de problemas desde el yacimiento hasta superficie. Introducción (I parte)

Abordando la literatura disponible en línea y algunos textos de referencia básica para la ingeniería de petróleo, seguíamos sin obtener un concepto de asfaltenos que fuese sencillo de aprender y que abarcara el significado preciso de estos elementos y sus implicaciones en las operaciones petroleras, principalmente vinculadas a la perforación y producción de hidrocarburos. Además buscábamos un concepto que se deslindase un poco de las típicas definiciones que la química orgánica nos ofrece, no por ser inútil sino por su complejidad y poca relevancia para el objetivo planteado en este escrito. En esta primera parte se ofrece un resumen de los conceptos básicos que encontramos y las respectivas fuentes para que las consulten. En una próxima entrega analizaremos dos casos de estudio que involucren la problemática de los asfaltenos.

¿Qué son los asfaltenos?

Los asfaltenos son usualmente definidos como una clase de solubilidad del petróleo, los cuales precipitan en dicho fluido por la adición de un exceso de solventes del tipo n-alcano tales como el n-heptano o n-pentano y son solubles en solventes aromáticos tales como el tolueno o el benceno. Es importante entender que los asfaltenos no representan un componente puro sino que consiste de decenas de miles de especies las cuales tienen solubilidad similar, sin embargo pueden tener diferentes estructuras químicas, tamaños, y formas. No obstante, los asfaltenos comparten algunas características en común: ellos son aromáticos, poseen cadenas n-alcanos, cicloalcanos, y heteroátomos tales como sulfuro, nitrógeno y oxigeno, así como trazas de metales pesados como níquel, vanadio y hierro (Tharanivasan, 2012).

Sin lugar a dudas los asfaltenos representan la fracción más compleja del petróleo, contienen el mayor número de anillos aromáticos y mayor peso molecular (León et al, 2001).  En variaciones de presión, temperatura o composición de petróleo, los asfaltenos tienden a asociarse y precipitarse causando varios problemas en las operaciones petroleras desde la producción hasta la refinación (Trejo et al, 2007).  El nivel y la naturaleza de los asfaltenos en una muestra es debido a una serie de parámetros tales como: origen del petróleo, la temperatura, el procedimiento usada en la razón petróleo/agente floculante. Todos estos parámetros combinados no solo influencian la cantidad de asfaltenos precipitados sino también en su composición (Silva et al, 2003).

¿Cuáles son los problemas que los asfaltenos producen en yacimiento y cuáles en equipos de producción?

La formación de depósitos de asfaltenos es uno de los fenómenos más estudiados en la producción y procesos de refinación de petróleo. En el yacimiento, los asfaltenos pueden sellar de manera parcial o completa los poros resultando en una pérdida del petróleo recuperable. Aparte de causar daño a la formación, los asfaltenos depositados podrían también alterar la mojabilidad de la roca de una condición de mojada al agua a mojada al aceite, lo cual conlleva a un factor de recobro más bajo. Taponamiento en el hoyo, en tubería y en facilidades de superficie son problemas reportados en un gran número de campos productores debido a la precipitación de asfaltenos tanto en crudo pesado como en crudo liviano. Todo esto conlleva a una pérdida de la eficiencia de dichos equipos. Los costos asociados con la depositación de asfaltenos durante las operaciones de producción y refinación están en el orden de millones de dólares al año, por esta razón la prevención o minimización de la precipitación de asfaltenos es un objetivo importante para muchas compañías petroleras (Rogel et al, 2010).

¿Cuándo puede ocurrir la precipitación de asfaltenos?

Las condiciones donde la precipitación de asfaltenos puede ocurrir son las siguientes: durante producción convencional de crudo que incluya disminución de presión normal, estimulación ácida, operaciones de inyección de gas e inyección de fluidos miscibles para recuperación mejorada. Es importante resaltar que durante las operaciones de producción de petróleo pesado, la dilución de tipo de crudo con solventes parafínicos o petróleos más livianos reducen la viscosidad y pueden causar la precipitación  de asfaltenos en tuberías y facilidades de superficies. (Tharanivasan 2012)

¿Cuáles métodos permiten solventar la problemática de los asfaltenos en la producción de pozos petroleros?

Estos métodos comprenden la inyección de solventes aromáticos o agentes dispersantes para disolver el depósito mediante el remojo. También se puede realizar algún corte mecánico a la tubería, e incluso aplicarse la técnica de “pigging” la cual consiste en la introducción de un dispositivo denominado “pig” que es empujado por un fluido a lo largo de la sección de tubería para limpiarla.  Incluso realizando un fracturamiento hidráulico  en la formación dañada en la cercanía del pozo. En algunos pocos casos, la tecnología de coiled tubing ha sido utilizada conjuntamente  con un sistema de chorros para remover depósitos de asfaltenos en el hoyo (Tharanivasan 2012).

A continuación un vídeo donde se observa la aplicación de “pigging” para la limpieza de tuberías cortesía de Circor Energy.






https://www.youtube.com/watch?v=XT1cOip53R4

¿Cómo son los mecanismos de precipitación de asfaltenos en petróleos muertos y petróleos vivos?

Los petróleos muertos son petróleos despresurizados en los cuales no existe gas disuelto o en solución. La precipitación de asfaltenos en estos crudos es causada por la adición de un solvente, el cual altera las propiedades (densidad y parámetro de solubilidad) de la mezcla hasta el punto en que los asfaltenos ya no son solubles. A partir de pruebas con petróleos muertos es posible establecer modelos para predecir precipitación de asfaltenos cuando hay un cambio en la composición producto de la adición de cualquier diluente parafínico (Tharanivasan 2012).

Para observar los cambios de presión y su efecto en la precipitación de asfaltenos se realizan pruebas con petróleos vivos. En este caso se somete a despresurización, a medida que la presión decrece, la densidad y el parámetro de solubilidad del petróleo vivo disminuye al punto en que los asfaltenos ya no son solubles en el petróleo (Tharanivasan 2012).

En la próxima entrega estaremos analizando dos artículos de investigación donde se aborde la problemática de la precipitación de asfaltenos en casos reales. Si están interesados en obtener vía correo el material bibliográfico no duden en contactarnos.

Bibliografia

-Rogel, Estrella (2010). Asphaltenes Stability in Crude Oils and Petroleum Materials by Solubility Profile Analysis. Energy Fuels 2010, 24, 4369-4374.

 Leon, O., Rogel E.; Contreras, E.; (2001). Amphiphile Adsorption on 

-Asphaltenes Particles: Adsorption Isotherms and Asphaltene Stabilization. Colloids and Surfaces, 189, 123-130.

-Silva, S.M.C., (2003). Estudio Experimental do Tamanho de Asfaltenos Dispersos em Meios Solventes e Petróleo, 123 p. PhD Thesis, Escola de Química. Universidade Federal do Rio de Janeiro-UFRJ, Rio de Janeiro.

- Trejo, F.; Ancheyta J.; Morgan T. J.; Herod A. A., Kandiyoti R., (2007). Characterization of Asphaltenes from Hydrotreated Products by SEC, LDMS, MALDI, NMR and XRD. Energ & Fuels 2007, 21, 2121-2128.

-Tharanivasan Kumar Tharanivasan .2012. Asphaltene Precipitation from Crude Oil Blends, Conventional Oils, and Oils with Emulsified Water. University of Calgary.