PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y COMPORTAMIENTO DE FASES

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y

COMPORTAMIENTO DE FASES

Todos los petróleos: livianos, medianos, pesados y extrapesados, generalmente llamados crudos en la jerga petrolera, tienen ciertas propiedades físicas y químicas que a la vista sirven para distinguir unos de otros. Otras características como la composición tienen que ser determinadas por análisis de laboratorio. En el caso del gas natural, prácticamente todas sus propiedades se calculan a partir de correlaciones matemáticas o procedimientos de laboratorio.

En esta sección se presentarán a grosso modo los conceptos más relevantes para conocer y caracterizar el comportamiento de los fluidos hidrocarburos. Inicialmente se describirán los aspectos relacionados con la presencia normal de emulsiones en la producción de un pozo; posteriormente se presentarán las propiedades más fáciles de identificar para un crudo. En una tercera instancia se tratarán los conceptos del comportamiento de fases, como paso previo a descripción de las propiedades de los hidrocarburos relacionadas con este comportamiento y finalmente se presentará la clasificación de los diferentes tipos de yacimiento según el tipo de fluido.

1. EMULSIONES.

La producción de aceite crudo (petróleo) está asociada siempre a la producción de gas y de agua. En algunos casos, la cantidad de agua se puede incrementar gradualmente hasta alcanzar cortes excesivamente altos, al punto de afectar drásticamente la rentabilidad de las operaciones de producción y tratamiento, conllevando al sellamiento de zonas y al cierre de los mismos pozos. Hoy en día se calcula que más del 90% del crudo producido alrededor del mundo viene asociado con cantidades apreciables de agua.

Esta agua puede presentarse en superficie de forma libre o emulsionada. El agua libre es aquella que se separa por gravedad en un tiempo corto de reposo de la mezcla, y el agua emulsionada corresponde a pequeños glóbulos (gotas) que tienden a permanecer en suspensión en la mezcla con crudo. Termodinámicamente, estas emulsiones no son estables y su lógico comportamiento llevaría al agua a separarse de una forma muy definida. Sin embargo, la existencia en el yacimiento de algunos compuestos naturales como las resinas y los asfáltenos impiden que las pequeñas gotas de agua se agrupen en grandes conglomerados, quedando éstas dispersas en el petróleo crudo. Por naturaleza se considera que el agua y el aceite no existen en emulsión en el yacimiento y que ésta se presenta durante los procesos de producción y transporte del crudo entre el pozo y las facilidades de superficie (no tienen tendencia a mezclarse bajo condiciones normales), por la presencia de agitación.

Una emulsión es un sistema termodinámicamente inestable en el cual dos líquidos inmiscibles coexisten. Uno de ellos está disperso en forma de gotas en el otro (el tamaño estas gotas varían generalmente entre 0.1 a 100 micras).

Se considera que para que se presente la formación de una emulsión se requiere de tres condiciones básicas:

Los líquidos deben ser inmiscibles.

Debe estar presente un agente emulsificante.(algo q lo haga mezclarse)

Debe presentarse suficiente agitación (energía) para dispersar un líquido (en gotas) en el otro.

1.1. CLASIFICACIÓN DE LAS EMULSIONES.

Las emulsiones pueden clasificarse de diversas formas. Algunas de las mas comunes se presentan sencillamente como dicotomías (dos opciones), entre las que se destacan la fase continua de la emulsión, el grado de estabilidad o la dificultad inherente para romperlas. A continuación se presentan estas opciones:

a) Según la fase continua de la emulsión: Una forma práctica de clasificar las emulsiones es primero dividirlas dependiendo de la naturaleza de la fase externa. Los dos grupos son usualmente llamados emulsiones aceite-en-agua (O/W: oil-in-water) y agua-en-aceite (W/O: water-in-oil).

Directas: la fase continua es el aceite y el agua está en pequeñas gotas formando la fase dispersa. Las emulsiones más comunes en los campos petroleros son de agua en aceite. Se presentan en el 90% de los casos.

Inversas: la fase continua es el agua y el aceite se encuentra formando gotas (pero dispersas).

b) Según el grado de estabilidad:

Inestables: son mezclas mecánicas en las cuales los fluidos se separan en corto tiempo de reposo.

Estables: son emulsiones que no se rompen fácilmente si no se somete a algún tipo de tratamiento. Se presenta al mezclar crudos asfálticos o cuando se encuentran presentes ciertas impurezas en el aceite o en el agua que se mezcla.

c) Según la facilidad (o dificultad) para romperlas:

Flojas: cuando se puede romper o deshacer a través de un tratamiento sencillo.

Apretadas: cuando se requiere un proceso complicado para romperla (Inversión, tiempo, etc).

1.2. FACTORES QUE MÁS AFECTAN LA ESTABILIDAD DE UNA EMULSIÓN.

• Viscosidad de la fase continua: Una viscosidad alta en la fase externa disminuye el coeficiente de difusión y la frecuencia de colisión de las gotas por lo cual se incrementa la estabilidad. Además, una alta concentración de las gotas también incrementa la viscosidad aparente de la fase continua y estabiliza la emulsión. Este efecto puede ser minimizado calentando la emulsión.

• Tamaño de la gota: Gotas muy pequeñas menores de 10 µm generalmente producen emulsiones más estables (menos probabilidad a la coalescencia). Una amplia distribución de tamaños de partículas resulta en general en una emulsión menos estable.

• Relación de Volumen de fases: El agua y el aceite pueden emulsionarse en proporciones muy variables, sin embargo, existe para cada petróleo un porcentaje determinado de agua que ocasiona máxima emulsificación. En general, incrementando el volumen de la fase dispersa se incrementa el número de gotas y/o tamaño de gota y el área interfacial, la distancia de separación se reduce y esto aumenta la probabilidad de colisión de las gotas. Todos estos factores reducen la estabilidad de la emulsión.

• Temperatura: Incrementando la temperatura se reduce la adsorción de surfactantes naturales y disminuye la viscosidad de la fase externa, la rigidez de la película interfacial y la tensión superficial. Todos estos cambios reducen la estabilidad de la emulsión.

• pH: La adición de ácidos o bases inorgánicos cambia radicalmente la formación de películas de asfáltenos y resinas que estabilizan las emulsiones agua-aceite. Ajustando el pH se puede minimizar la rigidez de la película que estabiliza la emulsión y aumentar la tensión superficial, favoreciendo la separación.

• Envejecimiento de la interfase: A medida que la interfase envejece la adsorción de los surfactantes se completa y debido a las interacciones laterales entre las moléculas aumenta la rigidez de la película. Esta película o piel alrededor de la gota llega a ser más gruesa, más fuerte y más dura. Además, la cantidad de agentes emulsionantes se incrementa por oxidación, fotólisis, evaporación o por la acción de bacterias.

• Salinidad: Agua fresca o salmuera con baja concentración de sal favorecen la estabilidad de las emulsiones. Por el contrario, altas concentraciones de sal tienden a reducirla. El agua salada, precipita más rápidamente que el agua dulce debido a que es más pesada.

• Tipo de Crudo: Los crudos con aceite de base parafínica usualmente no forman emulsiones estables. Los crudos nafténicos y de base mixta tienden a formar emulsiones estables. El tipo de crudo determina la cantidad y tipo de emulsionantes naturales.

• Gravedad especifica-ºAPI: Un crudo de baja gravedad API (alta gravedad específica) por lo general es capaz de mantener gotas de agua de mayor tamaño que un crudo de alta API. Sin embargo, es mas relevante analizar las diferencias entre las densidades de los líquidos emulsificados. Es decir, los líquidos emulsificados con gran diferencia en la gravedad específica podrán separarse más fácilmente mediante un tratamiento adecuado que líquidos emulsificados con gravedades específicas semejantes.

2. PROPIEDADES DEL CRUDO

Color: Generalmente se piensa que todos los crudos son de color negro, aspecto ha dado origen a cierta sinonimia y calificativos como “oro negro”. Sin embargo, por transmisión de la luz, los crudos pueden tener color amarillo pálido, tonos de rojo y marrón hasta llegar a negro. Por reflexión de la luz pueden aparecer verdes, amarillos con tonos de azul, rojo, marrón o negro. Los crudos pesados y extrapesados son negros casi en su totalidad. Crudos con altísimo contenido de cera son livianos y de color amarillo; por la noche al descender suficientemente la temperatura tienden a aparentar un estado de baja fluidez y durante el día, cuando arrecia el sol, muestran cierto hervor en el tanque. El crudo más liviano o condensado llega a tener un color blanquecino, lechoso y a veces se usa en el campo como gasolina cruda.

Olor: El olor de los crudos es aromático como el de la gasolina, del queroseno u otros derivados. Si el crudo contiene azufre tiene un olor fuerte y hasta repugnante. Si contiene sulfuro de hidrógeno, los vapores son irritantes, tóxicos y hasta mortíferos.

Para atestiguar la buena o mala calidad de los crudos es común en la industria designarlos como dulces

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