ANALISIS DE PARAFINAS
CRISTALIZACIÓN Y PUNTO DE NUBE



LABORATORIO DE FLUIDOS





ESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOS
FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOQUIMICAS
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
BUCARAMANGA









INTRODUCCION

Hoy en día las parafinas son un extenso grupo que esta contenido en la familia de los hidrocarburos. Ha sido estudiado ampliamente, ya que generan problemas para la operación de equipos, incrementando costos y daños para estos. Pero simultaneamente le brinda a la industria petrolera beneficios que se conocen como derivados del crudo. Es por esto que cada vez es mas interesante conocer algunos fenómenos que ocurren con estos combustibles para reducir el impacto negativo durante el proceso de perforación y avanzar en el proceso de refinación para encontrar mas sustancias útiles para cualquier trabajo.

Unos de los fenómenos mas importantes que define el comportamiento de las parafinas es cuando estas alcanzan el punto de nube. En este punto se consigue la temperatura en donde el primer grupo observable de cristales de cera aparece por enfriamiento bajo condiciones predeterminadas. A continuación se encontraran algunas pruebas de laboratorio que pueden ser útiles para medir dicha propiedad delfluido y la variación de algunas otras a diferentes condiciones.





















1. MARCO TEORICO

Parafina es el nombre común de un grupo de hidrocarburos alcanos de fórmula general CnH2n+2, donde n es el número de atomos de carbono. La molécula simple de la parafina proviene del metano, CH4, un gas a temperatura ambiente; en cambio, los miembros mas pesados de la serie, como el octano C8H18, se presentan como líquidos. Las formas sólidas de parafina, llamadas cera de parafina, provienen de las moléculas mas pesadas C20 a C40. La parafina fue identificada por Carl Reichenbach en esta forma, en 1830.

El nombre deriva del latín parum (= apenas) + affinis aquí utilizado con el significado de 'falta de afinidad', o 'falta de reactividad'.

Generalmente se obtiene a partir del petróleo, de los esquistos bituminosos o del carbón. El proceso comienza con una destilación a temperatura elevada, para obtener aceites pesados, de los que por enfriamiento a 0° C, cristaliza la parafina, la cual es separada mediante filtración o centrifugación. El producto se purifica mediante recristalizaciones, lavados acidos y alcalinos y decoloración 2] Las refinerías de petróleo normalmente producen parafina.

COMPOSICIÓN |TIPO DE CRUDO |% S |
|Saturados>50% |Parafinas > Naftenos |Parafínico |< 1% |
Parafinas > 40% |
Parafinas < 40% |Parafínico - Naftenico
||Naftenos < 40% |
Naftenos > Parafinas |Naftenico
Naftenos > 40% |
|Saturados>50% |Parafinas 10% |Aromatico - Intermedio |> 1% |
Parafinas < 10% |Aromatico - Asfaltico
Naftenos < 25% |
Parafinas < 10% |Aromatico - Naftenico |< 1% |
Naftenos > 25% |




Clasificación de los crudos
Fuente: Tissot y Welte (1984)
[Las parafinas se pueden clasificar como duras y blandas. Las Parafinas duras son depósitos de consistencia sólida a temperatura ambiente, deformables con presión y de baja adherencia luego de ser removida de su condición original y con ausencia de petróleo (seca). Desde el punto de vista operativo requieren una operación de desparafinación con Hot Water con mayor frecuencia. Las Parafinas blandas son depósitos con el aspecto de una grasa liviana, los cuales escurren por gravedad a temperaturas ambientes e impregnadas en petróleo. No suelen originar problemas operativos degravedad. Los problemas de deposición de parafinas son esencialmente dinamicos y el programa de desparafinación debe adecuarse a estos cambios. Algunos pozos presentan problemas de taponamiento en la sarta de producción y líneas de conducción simultaneamente, otros solo en las líneas de conducción y en muchos pozos la severidad cambia a lo largo de la vida productiva del mismo. Un problema adicional lo presenta la perforación de pozos nuevos, en los cuales es necesario predecir dónde y cuando se producira la deposición de parafina a los fines de diseñar un programa de tratamiento preventivo.


1.1 Punto de Fusión (Melting Point

Es la temperatura a la cual una muestra de parafina en estado sólido funde, pasando al estado líquido. El punto de fusión de la parafina puede ser usado para definir la temperatura a la cual la pared de la cañería o facilidades de almacenaje deberían ser calentadas en orden a remover depósitos sólidos.

1.2 Punto de Fluidez (Pour Point

Es definido como la temperatura mas baja a la cual el petróleo puede fluir bajo la acción de la fuerza de la gravedad. Si la cañería se saca de servicio y el fluido estanco comienza a enfriarse a una temperatura por debajo del pour point, se formara un gel semi-sólido el cual requerira que se aplique una fuerza inicial considerable para romper la estructura del gel y comenzar a fluir nuevamente. Cuando la temperatura del petróleo disminuye significativamente por debajo del cloud point muchos cristales pueden interactuar para formar una estructura matricial. Bajo condiciones estaticas, la estructura puede eventualmente extenderse sobre la porción de petróleo causando la gelificación del mismo. En este caso se dice quetodo el crudo esta por debajo del pour point.

1.3 Factores que Afectan las Propiedades de las Parafinas

1.3.1. Temperatura

La temperatura esta relacionada con la profundidad. A medida que los fluidos se acercan a superficie estos se iran enfriando. La temperatura influye en la solubilidad de las parafinas en el petróleo y tienen una relación directamente proporcional; si la temperatura aumenta, la solubilidad también lo hace.

La depositación de las parafinas esta definida por cuatro temperaturas: Punto de cristalización, punto de gel, punto de fluidez y temperatura de fusión.

Los cambios de temperatura se pueden dar por:

* Liberación de gas en el yacimiento, es decir, disminución de la solubilidad.

* Radiación de calor del yacimiento a las formaciones vecinas

* Liberación del gas y los compuestos livianos del crudo en su viaje de yacimiento a superficie.

* Cambio en la temperatura por intrusión de agua u otro líquido.

[pic]

Desarrollo de Parafinas en un Pozo Fluyendo

Fuente: Modificado de “Paraffin and Asphaltene”




1.3.2. Presión

La precipitación de parafinas es a menudo estudiada para crudos muertos, pero el efecto de la presión y la composición del crudo no son muy claros. La presión mantiene los gases y componentes volatiles en solución y ayuda a mantener el fluido a la temperatura de formación. Ambos factores actúan simultaneamente, la variación de la presión y de temperatura, pues los gases se expanden, y los componentes mas pesados se precipitan formando parafinas.




[pic]




La solubilidad de las parafinas disminuye con el incremento de la presión debido a que las fuerzas intermolecularesentre moléculas del mismo tipo son mayores que entre moléculas distintas.

No existe algún estudio general que modele el comportamiento del punto de cristalización para los fluidos; cada uno tiene un comportamiento específico con la presión.




Figura 1. Solubilidad de la Parafina



1.3.3. Pérdida de los Componentes Volatiles

La pérdida de los constituyentes mas livianos del crudo definitivamente reduce la cantidad de parafinas que pueden mantenerse en solución. La reducción en el volumen de aceite resulta menos solvente disponible para disolver la misma cantidad de cera.



1.3.4. Efecto de la Naturaleza de la Solución

Esto hace referencia a la composición física y química de la misma. La composición física indica la presencia y cantidad de fluidos tales como el agua, resinas, metales, productos de corrosión, material asfaltico coloidal, arena, arcilla, entre otros que actúan como centro de nucleación de las parafinas.

















Figura 2. Proceso para la formación de cristales



1.3.5. Efecto del Peso Molecular

Cuando el peso molecular aparente de la solución disminuye, la temperatura del punto de cristalización disminuye retardando la precipitación de las parafinas. Entonces la precipitación de las parafinas y la composición del crudo parafínico son factores que dependen uno del otro.

Según los resultados obtenidos en diferentes experimentos, si la composición físico-química de la solución tiende a ser mas liviana, es decir, que disminuye su peso molecular, disminuye el punto de cristalización siendo favorable para asegurar el flujo de los hidrocarburos.


2. PUNTO DE NUBE Y CRISTALIZACIÓN


El Puntode Nube es la temperatura a la cual se comienzan a formar los primeros cristales de parafinas en el crudo muerto a presión atmosférica. Es probablemente el parametro mas importante de información, de las mediciones simples, para evaluar el potencial de deposición de la parafina. Si es medido adecuadamente puede ser usado para determinar cuando y dónde se puede esperar la deposición de parafinas.

El punto de nube para cada mezcla de crudo depende de la temperatura de saturación de sus componentes y de la tasa de enfriamiento a la que se someta la mezcla de hidrocarburos.

Para un crudo vivo (con gas en solución) no se habla de punto de nube, como en el caso del crudo muerto, sino de puntos de cristalización cuya unión conforma el umbral de cristalización de parafinas “onset” definido como la frontera termodinamica en donde bajo determinadas condiciones de presión, temperatura y composición se inicia la cristalización de parafinas.

El Punto de Cristalización es una propiedad termodinamica que depende de la presión, temperatura y composición del crudo, y se define como la temperatura a la cual se forma el primer cristal de parafinas. También ese punto es conocido en la industria del petróleo como la temperatura a la que aparecen las ceras en el crudo. Esta temperatura es el principal parametro a evaluar, con el objeto de caracterizar el fluido y poder conocer las condiciones en donde se puede estar presentando el problema de inicio de precipitación. Dicho estado es una característica propia de cada crudo y su valor es mayor cuando se incrementa el contenido de hidrocarburos saturados o alcanos de alto peso molecular. El comportamiento ideal es que esta temperatura seamenor que la ambiental para que no haya deposición.


Para su medición se trabaja bajo la prueba ASTM D2500-66. En este método la muestra es enfriada a una tasa específica y examinada periódicamente. La temperatura a la cual se observa primero una nube en el fondo de la jarra de prueba se toma como punto de nube. El método de prueba ASTM-D2500 cubre solo los crudos que son transparentes, y con un punto de nube por debajo de 49 ºC.










Figura 3. Estructura de los cristales


2.1. PRUEBAS PARA LA MEDICIÓN DEL PUNTO DE NUBE Y CRISTALIZACIÓN

Existen varias técnicas para determinar el punto de cristalización de un crudo, entre las mas comunes encontramos:
• Método UOP 46-85)
• Perfil de Viscosidad / Temperatura (Howell, 1956)
• Cromatografía de gases
• ASTM-D2500
• Filtro de puenteo (filter plugging – FP)
• Cross polar microscopy (CPM)
• Near Infra RED (NIR)
• Sistema de detección de sólidos (SDS)


Cuando el volumen de muestra es pequeño y para crudos muertos las técnicas mas recomendadas son CPM y para determinar puntos de cristalización en crudos vivos SDS y NIR.

2.1.1. Método UOP 46-85.

Este método es útil para estimar el contenido de parafina de aceites y asfaltos. El contenido de parafina es un valor empírico dependiente de las condiciones bajo las cuales la misma es separada del material original. El contenido de parafina esta definido como él porcentaje en peso de material precipitado cuando una solución de muestra libre de asfalteno en Metil-Etil-Cetona (MEC) es enfriada a -30°C. El límite mas bajo de detección en peso es de 5%.




2.1.2. Perfil de Viscosidad / Temperatura (Howell ).

Este método utiliza un perfil de viscosidad versus la temperatura del crudo para encontrar un punto de inflexión sobre la curva de enfriamiento, el cual sera el punto de nube. La norma ASTM 445 esta basada en este método. Esta norma comprende la determinación de la viscosidad cinematica del crudo, sean éstos transparentes u opacos. Dicha viscosidad se determina midiendo el tiempo necesario para que un volumen de crudo fluya bajo gravedad a través del capilar de vidrio de un viscosímetro calibrado. Se determina la viscosidad del crudo a diferentes temperaturas, se grafica la viscosidad en función de la temperatura y se observa el punto donde ocurre un cambio drastico en la pendiente.

Figura 4. Viscosidad Vs Temperatura












Tomado Del Trabajo De Grado: Determinación del umbral de cristalización de las parafinas en el crudo del campo colorado.

2.1.3. Cromatografía de Gases.
Es otra herramienta valiosa para la evaluación de los productos de parafina. Puede ser usada para caracterizar el aceite y la composición del depósito de parafina, lo que puede ayudar a definir el posible tipo y severidad del problema. El analisis cromatografico indica la distribución del número de carbonos de parafina contenidos en el crudo o en el depósito de parafina, la variación en el tipo de parafina y la relativa cantidad que puede requerir tratamiento.



2.1.4. ASTM-D2500

Los métodos estandar ASTM para la determinación de la temperatura de iniciación de la cristalización de la parafina (D-2500 y D-3117) se basan en la inspección visual de una muestra de espesor de 30 mm para detectar la formación del cristal. Este método presenta múltiples debilidades en loconcerniente a las tasas de enfriamiento, medición de la temperatura y el juicio subjetivo del operador. Estos métodos solo se pueden usar para productos refinados o crudos claros como los condensados. Este método solo sirve para productos con punto de nube inferior a los 49°C.



Figura 5. Equipo para la determinación del punto de nube.

[pic]

2.1.4.1. Equipo

1. Recipiente

Vaso Cilíndrico de fondo plano, de 33.2 a 34.8 mm de diametro externo y de 115 a 125 mm de altura. El diametro interno del recipiente puede variar en un rango de 30 a 32.4 mm cumpliendo la condición de que el espesor de la pared no puede ser superior a 1.6 mm. El recipiente debe ser marcado con una línea para indicar la altura de la muestra 54 ± 3 mm por encima del fondo.
2. Termómetros

Tienen los rangos mostrados en la Tabla 2 y estan conforme a los requerimientos prescritos en la especificación E 1 o las Especificaciones para IP Standard Thermometers.

Tabla 1. Rangos de Temperatura

|Termómetro |Rango de temperatura |Número de Termómetro |
|ASTM |IP |
|High cloud and pour |-38 a +50°C |5C |1C |
|Low cloud and pour |-80 a +20°C |6C |2C |











3. Corcho (Cork)

Para ajustar el recipiente deprueba, embarcado centralmente por el termómetro de prueba.

4. Camisa:

Metalica o de vidrio, cilíndrica, de fondo plano, con aproximadamente 115 mm de profundidad, con diametro interno de 44,2 a 45,8 mm. Debe estar soportado libre de vibración excesiva y firmemente en una posición vertical en el baño de enfriamiento de 6,7 de tal manera que no mas de 25 mm sobresalen de la refrigeración media.

5. Disco

Corcho o fieltro, de 6 mm de espesor para ajustar vagamente dentro de la camisa.

6. Aislante

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. Esta junta debe ser de caucho, cuero u otro material que sea lo suficientemente elastico para pegarse al recipiente de prueba y lo suficientemente fuerte para sostener su forma. Su propósito es prevenir que el recipiente de prueba toque la camisa.
7. Baño

Mantenido a temperaturas prescritas con un soporte firme para sostener la camisa vertical. Las temperaturas de baño requeridas pueden ser mantenidas mediante refrigeración si esta disponible, de lo contrario mediante mezclas heladas adecuadas.

Tabla 2. Rangos de Temperatura para baño y muestra

|RANGOS DE TEMPERATURA PARA BAÑO Y MUESTRA |
|Baño |Fijación temperatura del Baño |Rango de temperatura de la muestra |
| °C] |[°C] |
|1 |0 ± 1.5 |Inicial a 10 |
|2|-18 ± 1.5 |9 a -6 |
|3 |-33 ± 1.5 |-6 a -24 |
|4 |-51 ± 1.5 |-24 a -42 |
|5 |-69 ± 1.5 |-42 a -60 |











2.1.4.2. Reactivos y materiales

- Acetona: La acetona de grado técnico es apropiada para baños de refrigeración, no deja residuos en el secado. (Precaución –Extremadamente inflamable).
- Cloruro de Calcio: El cloruro de Calcio de grado técnico o comercial es adecuado.
- Dióxido de Carbono (sólido) o Hielo Seco: El hielo seco de grado comercial es apropiado para el uso de baños de enfriamiento.
- Etanol y Alcohol Etílico: El etanol seco de grado técnico o comercial es apropiado para el uso de baños de enfriamiento. (Precaución –Inflamable).
- Metanol o Alcohol Metílico: El metanol seco de grado técnico o comercial es apropiado para el baño de enfriamiento. (Precaución –Inflamable. Vapor perjudicial).
- Nafta de Petróleo: La nafta de petróleo de grado técnico o comercial es apropiada para el baño de refrigeración. (Precaución –Combustible. Vapor perjudicial).
- Cristales de Cloruro de Sodio: El cloruro de sodio de grado técnico o comercial es apropiado.
- Sulfato de Sodio: Un grado de reactivo de sulfato de sodio anhidroso podría usarse cuando se requiera.

2.1.4.3. Procedimiento

1. Llevar la muestra a ser analizada a una temperatura de al menos 14°C por encima del punto de nube esperado. Removercualquier humedad presente mediante métodos como filtración a través de un papel de filtro seco hasta que el aceite se encuentre perfectamente claro, pero es necesario realizar dicha filtración a una temperatura de al menos 14°C por encima del punto de nube aproximado.

2. Vierta la muestra en el recipiente de prueba hasta el nivel marcado.

3. Cierre el recipiente de prueba ajustadamente mediante el uso del corcho que porta el termómetro de prueba. Use el termómetro alto si el punto de nube esperado esta por encima de -36°C y el termómetro bajo si el punto de nube esperado esta por debajo de -36°C. Ajuste la posición del corcho y el termómetro de manera que el corcho encaje ajustadamente, el termómetro y el recipiente sean coaxiales, y el bulbo del termómetro esté reposando en el fondo del recipiente.

4. Observe que el disco, el aislante, y el interior de la camisa estén limpios y secos. Ubique el disco en el fondo de la camisa. El disco y la camisa deben haber sido colocados en el medio frío mínimo durante 10 minutos antes de que el recipiente de prueba sea insertado. El uso de una protección para la camisa mientras la camisa vacía se esta enfriando es permitido. 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 frío.

5. Mantenga la temperatura del baño de enfriamiento a 0 ± 1.5°C.

6. En cada lectura del termómetro, la cual es múltiplo de 1°C, remueva el recipiente de prueba de la camisa rapidamente pero sin causar perturbación en la muestra, observe la nube y vuelva a colocar en la camisa. Esta operación completa no requerira mas de3 s. Si el aceite no presenta una nube cuando éste ha sido enfriado a 9°C, transfiera el recipiente de prueba a una camisa en un segundo baño mantenido a una temperatura de -18 ± 1.5°C (ver tabla1). No transfiera la camisa. Si la muestra no muestra una nube cuando ésta ha sido enfriada a -6°C, transfiera el recipiente de prueba en un tercer baño mantenido a una temperatura de -33 ± 1.5°C. Para la determinación de puntos de nube muy bajos, son requeridos baños adicionales, cada baño debe ser mantenido de acuerdo con la Tabla 3. En cada caso, transfiera el recipiente en el siguiente baño, si la muestra no exhibe punto de nube y la temperatura de la muestra alcanza la temperatura mas baja en el rango identificado para el baño actual en uso, basados en los rangos citados en la siguiente tabla.

7. Reporte el punto de nube, en el cual cualquier nube sea observada en el fondo del recipiente de prueba, el cual se confirma continuando el enfriamiento.

2.1.5. Filtro de Puenteo (filter plugging – FP



Figura 6. Equipo para la determinación del punto de nube.





[pic]


Similar al método anterior se basa en el monitoreo continuo de la caída de presión a través de un filtro, mientras el aceite fluye a través de un flujo continuo cerrado a una temperatura controlada. Normalmente se usan filtros con un tamaño de 0.5 μ m con tasas de flujo bajas (inferior a 0.5 cm3/min) para minimizar la tasa de corte en el filtro y promover la depositación y el aumento de la presión. Una cantidad significativa de cristales con tamaños mayores a 0.5 μ m se deben formar antes de taponar el filtro. El punto de nube medido usando esta técnica depende de la tasa de flujo usada. A una mayortasa de flujo es mas difícil la formación de partículas grandes y su depositación en el filtro; debido a que la tasa de corte producida contribuye a la reducción del tamaño de las partículas. Entre mas pequeñas sean las partículas se requiere una mayor cantidad de sólidos para tapar el filtro, y por lo tanto la medición del punto de nube cambia.
Esta prueba es aplicable tanto a los crudos vivos como a los crudos muertos a bajas o altas presiones. La exactitud de la temperatura del punto de nube de esta técnica depende de la exactitud en la medida de la presión. De la ecuación Hagen-Poiseuille


Donde
: Largo del tubo.
[pic]: Q/A velocidad de flujo.
[pic]: Diametro interno del tubo.
[pic] Varía con la Temperatura, para lo cual usamos la correlación de Beal´s para estimar la viscosidad de hidrocarburos líquidos.
[pic]
Combinando las anteriores ecuaciones tenemos


Al cruzar las graficas obtenidas de la presión del experimento y la recta obtenida por la relación Hagen-Poiseuille encontramos el punto de nube en el lugar donde las curvas se cruzan.

Figura 7. Modelamiento de las funciones de la variación de Presión.
[pic]
2.1.6. Cross Polar Microscopy (CPM

El CPM trabaja basado en el principio de la refracción de la luz a través de lentes cóncavos-convexos con el objetivo de magnificar un objeto en un punto focal. El uso de un microscopio para estudiar los procesos de la cristalización y semi-cristalización incluyendo la precipitación de ceras es el punto clave de dicha prueba.
El CPM consta de una celda de temperatura controlada y programable, en primer lugar un plato ondulado, de polos cruzados, un fotomultiplicador de luz y una camara devideo, donde los procesos de enfriamiento y calentamiento puedan ser observados.
La celda caliente es montada en el microscopio y una muestra es puesta en la celda a temperatura controlada, por medio de la camara se observa la aparición de cristales y por lo tanto se registra la WAT o temperatura de aparición de cera (wax apparence temperature), este tipo de observación nos provee información sobre la morfología y el crecimiento de los cristales. Típicamente se pueden observar el crecimiento de cristales hasta de 1 micrón de diametro.
Aunque se usó principalmente para bajas presiones, esta técnica se ha extendido a altas presiones utilizando un microscopio de fase a alta presión (high-pressure microscope stage).

2.1.7. Near Infra Red (NIR)

El método NIR del inicio de la precipitación de la parafina se basa en la observación de un incremento en la absorción de luz o atenuación en la región cercana al infrarrojo al inicio de la cristalización. Para determinar el punto de nube esta técnica utiliza la medición de la absorbancia o la trasmitancia de la luz incidente sobre la muestra a medida que el crudo se enfría. Cuando aparecen los primeros cristales estos valores cambian y se establece esta temperatura como el inicio de la cristalización de la parafina. Debido a su simplicidad, alta precisión, y amplia aplicabilidad para todos los tipos de fluidos y condiciones termodinamicas, la técnica de atenuación de luz NIR para el inicio de la cristalización de la parafina se prefiere respecto a otros métodos para detectar el umbral de cristalización de parafinas.

[pic]
Donde
: Longitud de honda de la luz.
[pic] : Intensidad de luz que entra en la muestra.
[pic] : Intensidadde luz que sale de la muestra.

Dispersión de la luz cercana al infrarrojo por la cristalización de parafinas



En esta técnica la muestra se introduce en una celda, una fuente de luz cercana al infrarrojo, colocada sobre uno de los lados de la celda, Cuando las parafinas precipitan, dispersan la luz, detectada por los sensores situados al otro lado de la celda.
Debido a su simplicidad, alta precisión, y amplia aplicabilidad a todos los tipos de fluidos y condiciones termodinamicas, la técnica para determinar el umbral de cristalización de parafinas NIR es el método preferido.
El procedimiento consiste en

• A presión 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 el % de transmitancia y en donde se encuentre el cambio marcado en la pendiente se define como el punto de cristalización a la presión de yacimiento.

• Se calienta de nuevo la muestra hasta una temperatura superior a la de yacimiento y se coloca a la presión programada y se sigue de nuevo el procedimiento del paso anterior.

• Con los puntos de cristalización determinados a cada presión se construye la envolvente de precipitación de parafinas (EDP).







Figura 9. Equipo Prueba NIR























2.1.8. Sistema de Detección de Sólidos (SDS

El principio es similar al de la técnica NIR basado en transmitancia de luz; el aparato consiste de dos divisiones correspondientes a una fuente de luz y a un detectormontados sobre una celda visual PVT donde va la muestra y cuyo volumen y presión son controlados por una bomba de desplazamiento; también tiene un baño de temperatura el cual es medido y controlado con un termómetro digital; la celda tiene de un pistón de vidrio. La fuente de potencia transmite luz laser.

El procedimiento para medir el punto de cristalización consiste en

• Cargar en la celda a condiciones de yacimiento un volumen de muestra. A la presión de prueba se libera el gas isotérmicamente (a la temperatura de yacimiento) y este gas es desplazado de la celda para asegurar que haya composición constante del fluido durante el enfriamiento isobarico. La tasa de enfriamiento debe ser baja (menor a 1 ºF/min); a las temperaturas definidas previamente se toman las lecturas de la fuente y detección de luz. El experimento termina unos pocos grados a bajo a la temperatura a la cual ocurre una fuerte caída en la potencia de la de luz transmitida.

• La temperatura de la celda es isobaricamente incrementada a temperatura de yacimiento y la potencia de la luz transmitida regresada a la línea base original. Esto comprobara que la precipitación de parafinas es irreversible. Después de alcanzar el equilibrio, el fluido es expandido isotérmicamente hasta la nueva presión de prueba; el gas liberado es sacado de la celda y se hace de nuevo el enfriamiento isobarico.

• Posteriormente para cada presión se grafica la potencia de fuente de luz transmitida al fluido contra la temperatura, encontrando la temperatura de cristalización en donde se presente un gran cambio en la pendiente de la curva (casi vertical) cuando la potencia de la luz transmitida es débil.3. APLICACIÓN

Se realizo una prueba de cristalización para el pozo Col-25 del campo Colorado. La prueba que se utilizo fue NIR (Near Infra Red). A continuación se presentan los resultados obtenidos relacionados con la prueba de Viscosidad.

Para determinar la EDP (envolvente de precipitación de parafinas) en la celda del equipo NIR se inyectaron a la celda 100 cc de crudo vivo del pozo Col-25 a una presión de 3800 psia y a una temperatura de 150°F y se dejo en agitación durante 12 horas antes de iniciar la prueba.

Con el objeto de bloquear el efecto de precipitación de asfaltenos durante la determinación de los puntos de cristalización de parafina a cada presión, una vez alcanzado el equilibrio se coloco el equipo NIR 100% de transmitancia y se inicio el enfriamiento isobarico hasta encontrar una disminución marcada en el porcentaje de transmitancia, temperatura que se toma como punto de cristalización. Las pruebas a cada presión se realizaron disminuyendo la temperatura de cada etapa en 5°F

La prueba a presión de yacimiento se inicio a 130°F, pero con el enfriamiento no se observo ningún cambio; por lo tanto se decidió iniciar a 150°F y se encontró que el punto de cristalización es de 130°F. Para las demas presiones se siguió el mismo procedimiento.

Con la composición actual del fluido de yacimiento si llevaramos a la presión inicial de 805 psia, se observa que la temperatura de yacimiento es de 104°F y esta es inferior al punto de cristalización de 130°F, por tanto a estas condiciones probablemente se presento precipitación de parafinas.
|
|PRESION (PSIA TEMPERATURA DE CRISTALIZACION (°F) |
|805 |130.0 |
|700 |105.0 |
|530 |90.00 |
|370 |90.00 |
|14.7 |90.00 |

Tabla 3. Resultados de la Prueba NIR









Figura 10. Luz transmitida Vs Temperatura (Prueba NIR


Para la prueba de viscosidad, en la siguiente tabla se reportan los valores a diferentes temperaturas a una presión de 14.7 psia.

Tabla 4. Resultados prueba de Viscosidad
|
|TEMPERATURA (°F) |VISCOSIDAD (Cp) |
|90 |8.28 |
|100 |7.31 |
|110 |6.46 |
|120 |5.62 |
|130 |4.83 |
|140 |4.33 |
|150 |3.80 |










Estos datos se incluyeron en una grafica para determinar el cambio de pendiente a cierta temperatura, el cual indica el punto de cristalización.

Figura 11. Viscosidad Vs Temperatura

4. CONSECUENCIASDE LA DEPOSICIÓN DE PARAFINAS

Son muchos los problemas que causa la precipitación de parafinas, entre ellos se encuentran

• Si se presenta precipitación en el yacimiento, posiblemente puede ocurrir deposición causando puenteo y bloqueo e incidir en el daño a la formación.

• Cambios en las características reológicas del crudo.

• Requerimiento de potencia extra para asegurar el flujo de los fluidos.

• Reducción de la producción de hidrocarburos por obstrucción del area de flujo dentro de la tubería de producción y en superficie.

• Falla en los equipos de subsuelo y superficie.

• Cierre de los pozos.

• Incremento en el mantenimiento de los equipos.

• Aumento en los costos de prevención y tratamiento del problema.

• Se requiere contar con personal especializado para investigación y manejo del problema.


















5. CONCLUSIONES

Es importante aclarar que el punto de nube y el punto de cristalización tienen el mismo fundamento teórico. La diferencia que existe es que son la misma propiedad que se determina para crudos de diferentes características; el punto de nube es una propiedad de los crudos muertos y el punto de cristalización es una propiedad de los crudos vivos.


Esta propiedad de los hidrocarburos necesita un profundo estudio basandose en las condiciones de cada pozo en los diferentes campos petroleros, pues con los resultados obtenidos de las pruebas se puede inducir el yacimiento para corregir y/o evitar la precipitación de parafinas.


Manteniendo el control de dicho fenómeno se logra una buena condición de pozo, aumentando la producción, mejorando la calidad del hidrocarburo y escatimando en gastospara el uso y mantenimiento de equipos. Las consecuencias de este fenómeno amenaza la vida de los pozos desde el punto de vista económico y técnico.


Según la aplicación de las pruebas para el pozo Col-25 del campo Colorado es mas eficiente la aplicación de la prueba NIR, pues esta apta para crudos vivos y muertos con un funcionamiento mas sencillo que las demas pruebas.


En términos generales, el factor mas influyente para el punto de nube y/o cristalización es la temperatura. A medida que disminuye es mas factible que aparezcan sólidos, conocidos como cera o parafina.






































6. BIBLIOGRAFIA



• Kosta J. L. “Cloud Point and Wax Deposition Measurement Techniques”. SPE 80267.


• Designation: D 2500-02. “Estandar Test Method for Cloud Point of Petroleum Products”.

• Ariza E. “Determinación del Umbral de Cristalización de las Parafinas en el Crudo del Campo Colorado”. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga

• Bohórquez F. M. “Determinación del Punto de Nube y Otros (Analisis de Parafinas)”. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga

• Lozano Salazar, Viera Carolina. Analisis de Parafinas. Universidad Industrial de Santander, Estudiante. 2009

• Miguel Pinto, Juliana Fernanda. Generalidades de las Parafinas. Universidad Industrial de Santander, Estudiante. 2008

• Grosso Vargas, Jorge Luís. Experiencias en el transporte y manejo de crudos parafínicos a escala de laboratorio planta piloto y experiencias industriales. Universidad Industrial de Santander. Campo Colorado.