UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO T E S I S

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO PROGRAMA DE MAESTRIA Y DOCTORADO EN INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA APLICACIÓN DE UN MODELO COMPOSICIONAL EN LA PREDICCIÓN DE LA DEPOSITACIÓN DE PARAFINAS EN CAMPOS DEL ACTIVO CINCO PRESIDENTES T E S I S QUE PARA OPTAR POR EL GRADO DE: MAESTRO EN INGENIERIA INGENIERIA PETROLERA Y DE GAS NATURAL P R E S E N T A : TOMÁS EDUARDO PÉREZ GARCÍA Drector: M.I. JOSÉ MANUEL REYES AGUIRRE Co-Drector: Dr. CARLOS LIRA GALEANA 2006

2 JURADO ASIGNADO: Presdente : Secretaro: Vocal: Dr. Fernando Samanego Verduzco Dr. Carlos Lra Galeana M.I. José Manuel Reyes Agurre 1 er Suplente: Dr. Edgar Ramírez Jaramllo 2 do Suplente: M.I. José Ángel Gómez Cabrera Lugar o lugares donde se realzó la tess: Insttuto Mexcano del Petróleo, Méxco D.F. TUTOR DE TESIS: M.I. José Manuel Reyes Agurre

3 A ms padres Tomás Pérez Chávez Catalna García Espnosa

4 Agradecmentos A ms asesores Dr. Edgar Ramírez Jaramllo y Dr. Carlos Lra Galeana por su gran apoyo, amstad, dedcacón y confanza que me brndaron. A m tutor M.I. José Manuel Reyes Agurre por haberme dado la oportundad de trabajar a su lado. A ms snodales Dr. Fernando Samanego Verduzco y M.I. José Ángel Gómez Cabrera por sus acertadas observacones a este trabajo. M profundo agradecmento a la Unversdad Naconal Autónoma de Méxco, haber regresado a su espaco me compromete a segur dando lo mejor de mí y me llena de orgullo. Muchas Gracas!

5 Bblografía

6 Capítulo I

7 Capítulo II

8 Capítulo III

9 Capítulo IV

10 Capítulo V

11 Conclusones

12 Anexo I

13 Anexo II

14 Anexo III

15 Resumen La depostacón de orgáncos pesados (parafnas y/o asfaltenos) es un problema común que afecta consderablemente a la Industra Petrolera a nvel mundal. En partcular, el problema de la depostacón de parafnas afecta algunos campos productores mexcanos, como es el caso del Actvo Cnco Presdentes, localzado en los límtes de los estados de Tabasco y Veracruz, ocasonando severas pérddas económcas. Otros actvos con problemas de parafnas son Abkatún, Bellota-Chnchorro, Ek-Balam, Jujo-Tecomcoacán, Ku-Maloob-Zaap, Ltoral de Tabasco, Luna y el dstrto de Altamra. Se ha observado que este fenómeno puede ocurrr durante la produccón prmara, secundara o tercara, presentándose en la formacón, tubería de revestmento, tubería de produccón, equpos sub-superfcales y de superfce, dando como resultado dfcultades en la operacón y por lo tanto dsmnucón de la produccón, aunado a los altos costos que mplca la remedacón del problema. La depostacón de matera orgánca en sstemas de produccón y transporte de hdrocarburos es un fenómeno muy complcado pues en general los depóstos están formados por parafnas y asfaltenos. Por encomenda de Pemex Exploracón y Produccón (PEP), el Insttuto Mexcano del Petróleo (IMP) ha dedcado mportantes esfuerzos con el objetvo de proponer solucones vables a este problema de depostacón. El objetvo prmordal es entender el comportamento del fenómeno y al msmo tempo generar modelos matemátcos que permtan predecr las condcones bajo las cuales se presentaría la depostacón, de tal forma que se puedan mplementar tareas preventvas, antes que correctvas. Hoy en día las empresas que queran sobrevvr en un medo altamente compettvo requerrán de un montoreo más exhaustvo de los avances tecnológcos a nvel mundal, con el fn de ser capaces de dentfcar las oportundades de nuevas tecnologías que se presentan a daro, evaluarlas y adqurrlas en su caso. Como resultado de estas nvestgacones, en dcembre de 2003 el Insttuto Mexcano del Petróleo presentó la prmera versón del software PIPESOLIDS, el cual es un smulador

16 de flujo multfásco que analza pozos petroleros con problemas de depostacón de parafnas y asfaltenos. A partr de las predccones arrojadas por éste, es posble establecer mejores estrategas de control. En este trabajo, se analzará el módulo correspondente a la predccón de la depostacón de parafnas, con lo que será posble selecconar y programar la aplcacón de tratamentos mecáncos, químcos, térmcos, electromagnétcos, etc., en base al conocmento del comportamento fscoquímco e hdrodnámco de las mezclas. Cabe menconar que la valdacón del módulo correspondente a depóstos de tpo asfalténco fue probado extosamente en pozos pertenecentes al campo Puerto Ceba (Rquelme 2005). La smulacón ofrece grandes ventajas sobre los estudos expermentales, ya que permte, en forma económca, rápda y efcente, reproducr el fenómeno y antcparse a la aparcón del msmo durante la etapa de produccón, de tal forma que se puedan establecer estrategas preventvas, de optmzacón de la produccón y aseguramento de flujo. El objetvo del presente trabajo es aplcar el modelo composconal presente en el smulador PIPESOLIDS, revsando y comparando los resultados e nterpretacones de trabajos publcados con otros modelos matemátcos. Así msmo, se realzará una evaluacón práctca del smulador medante una sere de corrdas con datos reales de campo, para que en base a reportes y entrevstas con personal del Actvo, se pueda emtr una opnón que contrbuya a calfcar el producto y por ende coadyuvar a su mejora.

17 Contendo Resumen Contendo.. Lsta de fguras Lsta de tablas. Nomenclatura Pág. v x x Capítulo I INTRODUCCIÓN 1.1 Generaldades Clasfcacón fscoquímca de los hdrocarburos. 1.3 Reseña del Actvo Cnco Presdentes Antecedentes del problema de depostacón de parafnas en el Actvo Cnco Presdentes 1.5 Métodos preventvos y correctvos empleados Capítulo II REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2.1 Estado del arte del equlbro sóldo-líqudo-vapor Modelos hdrodnámcos de depostacón de parafna exstentes en la lteratura Depostacón de sóldos orgáncos en smuladores comercales Capítulo III MODELO EMPLEADO EN PIPESOLIDS 3.1 Cálculo del equlbro de fases Ecuacones del modelo de transporte Procedmento de cálculo en el smulador

18 Capítulo IV CASOS DE ESTUDIO 4.1 Seleccón y descrpcón de los pozos estudados. 4.2 Análss de datos de entrada Análss PVT de los acetes Reconstruccón de la composcón orgnal de la muestra Envolvente de fases de las muestras de hdrocarburos 4.3 Precptacón de parafnas en la tubería de produccón Fracconamento del pseudocomponente Generacón de la envolvente de precptacón de parafnas Depostacón de parafnas en la tubería de produccón Capítulo V DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1 Dscusón.. 87 Conclusones Bblografía 111 Anexo I I.1 Efecto de la nyeccón del gas del bombeo neumátco.. AI.1 Anexo II I.2 Mecansmos de reduccón de la permeabldad en el yacmento. AII.1 Anexo III Estados Mecáncos. AIII.1 v

19 Lsta de fguras Fgura I.1 Corte característco de una tubería de produccón con severos problemas de depostacón de parafnas. 1 Fgura I.2 Mcrocrstales y crstales de parafnas presentes en las mezclas de hdrocarburos. 3 Fgura I.3 Clasfcacón fscoquímca de los hdrocarburos. 5 Fgura I.4 Localzacón geográfca del Actvo Cnco Presdentes. 6 Fgura I.5 Estado de pozos en el Actvo Cnco Presdentes. 7 Fgura I.6 Sstema de produccón en los campos del Actvo Cnco Presdentes. 8 Fgura I.7 Orgen de la produccón por sstema. 8 Fgura I.8 Comportamento clásco del regstro eléctrco en campos del Actvo Cnco Presdentes. 11 Fgura I.9 Cronograma de produccón del pozo Blasllo Fgura II.1 Influenca de la presón en la precptacón de parafnas. 20 Fgura II.2 Influenca de la temperatura de la mezcla en la precptacón de parafnas. 21 Fgura II.3 Efecto de la relacón de solubldad en la precptacón de parafnas. 22 Fgura II.4 Zonas de transcón de un fludo dentro de la tubería. 28 Fgura II.5 Formacón de crstales de parafnas como funcón del rado de la tubería. 29 Fgura II.6 Perfl de concentracón de sóldos precptados de parafnas. 32 Fgura II.7 Espesor de la capa de parafnas que presenta el sofware OLGA. 36 v

20 Fgura III.1 Modelo vapor-lqudo-multsóldo para la precptacón de parafnas. 38 Fgura III.2 Fenómeno de la depostacón orgánca en tuberías. 47 Fgura III.3 Fludo con temperatura T s crculando por una tubería (T s >T 0 ). 49 Fgura III.4 Modelo de transferenca de calor en el pozo. 51 Fgura III.5 Mapa de patrones de flujo consderados en PIPESOLIDS. 58 Fgura III.6 Dagrama de flujo del proceso de cálculo. 61 Fgura IV.1 Balance de matera regresvo para encontrar la composcón orgnal de la muestra. 70 Fgura IV.2 Envolvente de fases para la muestra del pozo Blasllo 83-D. 73 Fgura IV.3 Envolvente de fases para la muestra del pozo Cnco Presdentes 7D. 74 Fgura IV.4 Envolvente de fases para la muestra del pozo Rodador Fgura IV.5 Comprobacón medante la reelaboracón de expermentos. 75 Fgura IV.6 Puntos de cambo súbto de temperatura en el sstema yacmento- 76 nstalacones superfcales. Fgura IV.7 Envolvente de ceras para la muestra del pozo Blasllo 83-D. 82 Fgura IV.8 Envolvente de ceras para la muestra del pozo Cnco Presdentes 7-D. 83 Fgura IV.9 Envolvente de ceras para la muestra del pozo Rodador v

21 Fgura V.1 Perfl de presón meddo y calculado utlzando dferentes correlacones empírcas para el pozo Blasllo 83-D. 88 Fgura V.2 Perfl de presón meddo y calculado utlzando dferentes correlacones empírcas para el pozo Cnco Presdentes 7-D. 89 Fgura V.3 Perfl de presón meddo y calculado utlzando dferentes porcentajes de metano en la mezcla para el pozo Rodador Fgura V.4 Perfl de temperatura para dferentes valores de U y K he para el pozo Blasllo 83-D. 91 Fgura V.5 Perfl de temperatura para dferentes valores de U y K he para el pozo Cnco Presdentes 7-D. 92 Fgura V.6 Perfl de temperatura para dferentes valores de U y K he para el pozo Rodador Fgura V.7 Ajuste de perfles de presón-temperatura de campo y calculados por el smulador para el pozo Blasllo 83-D. 94 Fgura V.8 Ajuste de perfles de presón-temperatura de campo y calculados por el smulador para el pozo Cnco Presdentes 7-D. 95 Fgura V.9 Ajuste de perfles de presón-temperatura de campo y calculados por el smulador para el pozo Rodador Fgura V.10 Grosor de la capa de depósto como funcón del gasto de produccón, para el pozo Blasllo 83-D. 98 Fgura V.11 Grosor de la capa de depósto como funcón del gasto de produccón, para el pozo Cnco Presdentes 7-D. 99 Fgura V.12 Grosor de la capa de depósto como funcón del gasto de produccón, para el pozo Rodador v

22 Fgura V.13 Grosor de la capa de depósto en funcón del dámetro de tubería produccón, para el pozo Blasllo 83-D. 101 Fgura V.14 Grosor de la capa de depósto en funcón del dámetro de la tubería produccón, para el pozo Cnco Presdentes 7-D. 101 Fgura V.15 Grosor de la capa de depósto en funcón del dámetro de la tubería produccón, para el pozo Rodador Fgura V.16 Incremento del grosor del la capa de depósto como funcón del tempo a una profunddad fja (z=623) para el pozo Basllo 83-D. 103 Fgura V.17 Incremento del grosor del la capa de depósto como funcón del tempo a una profunddad fja (z=1210) para el pozo Cnco Presdentes 7-D. 103 Fgura V.18 Incremento del grosor del la capa de depósto como funcón del tempo a una profunddad fja (z=1120) para el pozo Rodador Fgura V.19 Masa total depostada a lo largo de la tubería de produccón para el pozo Blasllo 83-D. 105 Fgura V.20 Masa total depostada a lo largo de la tubería de produccón para el pozo Cnco Presdentes 7-D. 106 Fgura V.21 Masa total depostada a lo largo de la tubería de produccón para el pozo Rodador Fgura V.22 Incremento de la masa total depostada como funcón del tempo en una poscón longtudnal fja (z=623) para el pozo Blaslo 83-D. 108 Fgura V.23 Incremento de la masa total depostada como funcón del tempo en una poscón longtudnal fja (z=623) para el pozo Cnco Presdentes 7-D. 109 Fgura V.24 Incremento de la masa total depostada como funcón del tempo en una poscón longtudnal fja (z=623) para el pozo Rodador v

23 Anexos. Fgura AI.1 Dagrama de gasto vs. presón. AI-2 Fgura AI.2 Abatmento súbto de la presón y temperatura en la regón de dos fases. Fgura AI.3 Perfl de temperatura de un pozo con nyeccón de gas. AI-3 AI-4 Fgura AI.4 Gradente para mezclas de acete y agua salada. Fgura AI.5 Gradentes de la columna de gas. Fgura AI.6 Espacamento de válvulas de bombeo neumátco contnuo. AI-7 AI-8 AI-12 Fgura AII.1 Adsorcón de la termnacón polar y exposcón de la termnacón hdrocarburo. Fgura AII.2 Dagrama lustratvo de la depostacón de parafnas. Fgura AII.3 Zona de flujo restrngdo, alta velocdad del gas y enframento de la mezcla. AII-5 AII-6 AII-7 Fgura AII.4 Perfles de depostacón de parafna para una concentracón ncal de sóldos de 0.95 por cento. AII-8 Fgura AII.5 Representacón gráfca del modelo de reduccón de permeabldad. AII-10 Fgura AIII.1 Estado mecánco del pozo Blasllo 83-D. AIII-1 x

24 Fgura AIII.2 Estado mecánco del pozo Cnco Presdentes 7-D. AIII-2 Fgura AIII.3 Estado mecánco del pozo Rodador 83. AIII-3 x

25 Lsta de tablas Tabla IV.1 Datos de presón contra temperatura para la construccón de la envolvente de fases para la muestra del pozo Blasllo 83-D. 73 Tabla IV.2 Composcón reproducda de las muestras de hdrocarburos orgnales. 77 Tabla IV.3 Fracconamento sntétco para la muestra del pozo Blasllo 83-D. 79 Tabla IV.4 Fracconamento sntétco para la muestra del pozo Cnco Presdentes 80 7-D Tabla IV.5 Fracconamento sntétco para la muestra del pozo Rodador Tabla IV.6 Datos de produccón actual. 85 Tabla IV.7 Datos de desvacón promedo y dámetros de tubería. 85 Tabla IV.8 Datos del perfl de presón y temperatura de campo en los pozos. 86 Tabla V.1 Comportamento del grosor de la capa de depósto en funcón del gasto de produccón para los tres pozos analzados. Tabla V.2 Comportamento del grosor de la capa de depósto en funcón del dámetro de la tubería de produccón para los tres pozos analzados. Tabla V.3 Comparatvo de la masa total depostada a lo largo de la tubería de produccón para el pozo, para los tres pozos analzados Anexos. Tabla AI.1 Composcón del gas de nyeccón. AI-5 x

26 Tabla AII.2 Observacones de Treber para la mojabldad en yacmentos de Texas. AII-3 x

27 Nomenclatura a : Actvdad del componente C : Densdad de energía cohesva C N : Número de átomos de carbono D e : Dfusvdad efectva f : Fugacdad del componente en fase líqudo o vapor o f : Fugacdad del componente en el estado estándar G : Energía lbre de Gbbs H : Entalpía de exceso h : Entalpía molar parcal del componente en la fase líquda h : Entalpía del líqudo puro + h : Entalpía del componente puro en el estado de gas deal k : Constante de Boltzmann K vl : Constante de equlbro de las fases vapor - líqudo K sl : Constante de equlbro de las fases líqudo sóldo N Lv : Número admensonal de la velocdad del líqudo N gv : Número admensonal de la velocdad del gas MW : Peso molecular del componente Pc : Presón crítca del componente (Ps) P : Presón del sstema (Ps) Pr : Número de Prandtl P r : Presón reducda del componente R : Constante de los gases Re : Número de Reynolds s : Fraccón molar del componente en la fase sólda Tc : Temperatura crítca del componente T : Temperatura del sstema T r : Temperatura reducda del componente T f : Temperatura de fusón v : Volumen molar parcal de. v : Volumen molar de puro. U : Coefcente global de temperatura ω : Factor acéntrco del componente x : Fraccón molar del componente en la fase líquda y : Fraccón molar del componente en la fase vapor Z : Factor de compresbldad del gas γ : Coefcente de actvdad δ : Parámetro de solubldad promedo δ : Parámetro de solubldad del componente ΔG M : Cambo de la energía lbre de Gbbs de mezcla x

28 ΔH M : Cambo de entalpía de mezcla ΔS M : Cambo de entropía de mezcla ΔC p : Capacdad calorífca de fusón (cal/gmol) f ΔH : Entalpía de fusón del componente (cal/gmol) v ΔH : Entalpía de vaporzacón del componente Δv : Cambo de volumen de fusón (L/g-mol) Φ : Fraccón en volumen del componente L : Φ Coefcente de fugacdad del componente en fase líqudo V : Φ Coefcente de fugacdad del componente en fase vapor xv

29 CAPÍTULO I Introduccón 1.1 Generaldades La depostacón de ceras (o parafnas) es un problema severo, asocado a la produccón de petróleo y tan antguo como la msma explotacón de hdrocarburos. Como se conoce en la actualdad, el acete es una mezcla multcomponente de hdrocarburos, en la cual las fraccones más pesadas pueden precptarse como una fase sólda propa, debdo a cambos en sus condcones termodnámcas. La alteracón del equlbro termodnámco entre las fases sóldo-líqudo-vapor en la mezcla de hdrocarburos, se analza medante teorías de solucones regulares, ecuacones de estado y prncpos del equlbro termodnámco de fases. El desequlbro y por lo tanto la precptacón y depostacón de parafna, puede ocurrr a nvel de la formacón productora, en la tubería de revestmento, en la tubería de produccón, bombas sumergbles y equpos de superfce, reducendo así la capacdad de flujo o ncluso formando un tapón que podría dfcultar la operacón, ocasonando una dsmnucón de la produccón. La fgura I.1 (Mansoor, 2005), muestra la magntud que puede alcanzar este problema. Fgura I.1 Corte característco de una tubería de produccón con severos problemas de depostacón de parafnas. Como se sabe, el acete crudo consste de una mezcla compleja de dferentes tpos de hdrocarburos, prncpalmente alcanos (hdrocarburos saturados lneales o ramfcados), 1

30 CAPÍTULO I alquenos y alqunos (hdrocarburos no saturados lneales o ramfcados) e hdrocarburos aromátcos. Tambén se encuentran presentes certos compuestos de azufre, ntrógeno y oxígeno. En muchos acetes crudos, los alcanos son la fraccón predomnante. Estos están formados por compuestos que contenen menos de ses átomos de carbono y que exsten como gases o líqudos muy volátles. Los compuestos de C 7 a C 16 (pesos moleculares entre 99 y 222) representan la fraccón líquda del acete, consderada como la más valosa (gasolna, desel, kerosna, etc.). Para los componentes de mayor peso molecular, arrba de 237 (correspondentes C 17 ) se les denomna parafnas o ceras. Los alcanos con pesos moleculares mayores a 275 (correspondentes a C 20 ), tenen puntos de fusón muy grandes, por lo que tenden a soldfcar y a formar mcrocrstales que se precptan en el acete; los alcanos más pequeños actúan como solventes parafíncos. Las parafnas pueden tener bajo peso molecular (C 20 -C 40 ) o alto peso molecular como los so-alcanos o clclo-alcanos, sn embargo, la mayoría de los nvestgadores concluyen que las parafnas pueden defnrse precsamente como el resultado de la combnacón de hdrocarburos parafíncos cuya composcón se encuentra entre el C 18 H 38 e hdrocarburos nafténcos C 30 H 60. La evdente volatldad y el rango del punto de dsolucón de los componentes encontrados en una mezcla de hdrocarburos, causa la formacón de las fases vapor, líqudo y sóldo, en respuesta a los cambos de presón, temperatura, o composcón de la mezcla. Cuando la temperatura de la mezcla cae por debajo de un certo valor, los componentes pesados en la mezcla (fase líquda), pueden precptarse en forma de crstales parafíncos. En térmnos más smples, las parafnas se precptan porque el acete crudo perde su habldad de mantenerlas en solucón. Esta pérdda de solubldad es debda prncpalmente a una reduccón de la temperatura o ben a la formacón de una fase propa por parte de las fraccones lgeras durante la produccón (fase gas). A este punto donde el descenso de la temperatura provoca la crstalzacón de los componentes parafíncos, se les denomna punto de nube (o cloud pont por su térmno en nglés) o ben temperatura de aparcón de cera (o WAT por sus sglas en nglés). 2

31 CAPÍTULO I Entre los parámetros más mportantes que afectan la temperatura del depósto o Punto de Nube, esta el peso molecular de la solucón y del soluto (acete y parafna respectvamente), así como la fraccón peso de este últmo. El efecto de la presón en comparacón con la temperatura no revste demasada mportanca. Hasta 1996, los modelos dsponbles en la lteratura que descrben la precptacón de parafnas presentaban grandes desvacones respecto a los datos expermentales dsponbles. En algunos de ellos, se tende a sobreestmar la cantdad de parafnas a temperaturas por debajo del punto de nube. La predccón de la temperatura de punto de nube, es uno de los parámetros más mportantes en la predccón de la depostacón de parafnas. De esta forma se conocerá, dependendo de la mezcla en estudo a lo largo del proceso productvo, donde se podrá presentar la precptacón. Es mportante dferencar entre la precptacón y la depostacón de parafnas. El prmero es un proceso de equlbro que se descrbe por la termodnámca, mentras que el segundo, mucho más complejo, es un proceso de no-equlbro que nvolucra fenómenos de transferenca de masa (dfusón molecular) y de momento. En condcones reales de campo, las moléculas de parafna prmero se precptan formando una fase sólda propa y luego se depostan. La fgura I.2 (Mansoor, 2005), muestra un arreglo clásco de los mcrocrstales de parafna. Fgura I.2 Mcrocrstales y crstales de parafnas presentes en las mezclas de hdrocarburos. 3

32 CAPÍTULO I Un aspecto mportante que se debe consderar en el problema de la depostacón de sóldos orgáncos es el modelado termodnámco, pues este se utlza para predecr la precptacón de parafnas en las dferentes etapas del sstema de produccón. Partcularmente éste trabajo, se fundamenta en un concepto termodnámco el cual hace la suposcón de que una vez que se forma el sóldo, este no se vuelve a mezclar con los sóldos adconales que se precptan a temperaturas más bajas. En este tpo de estudos, es necesaro utlzar un método smple para calcular el estado de equlbro en funcón del concepto de la energía lbre de Gbbs para las fases de un sstema a temperatura y presón dadas. El modelo se debe fundamentar por consguente en la aplcacón de una ecuacón de estado cúbca tpo Peng-Robnson, por ejemplo, con objeto de predecr los cambos termodnámcos ocurrdos y meddos por las fugacdades en la fase líqudo y vapor. 1.2 Clasfcacón fscoquímca de los hdrocarburos. Los hdrocarburos son los compuestos orgáncos más smples presentes en la naturaleza y, pueden ser consderados como las sustancas prncpales de las que se dervan todos los demás compuestos orgáncos conocdos. Es posble dvdr a los hdrocarburos en aquellos conocdos como de cadena aberta y cadena cerrada, en correspondenca con su estructura atómca que presentan. Por otro lado, se puede subdvdr a los hdrocarburos de cadena aberta en saturados y no saturados. Como hdrocarburos saturados, dentfcamos aquellos en los que el enlace carbono-carbono es sencllo, como es el caso de los alcanos. En cuanto a los hdrocarburos no saturados, estos presentan enlaces múltples carbono-carbono en la molécula reconocendo a los de cadena doble como alquenos y a los de cadena trple como alqunos. 4

33 CAPÍTULO I Los hdrocarburos de cadena cerrada se dvden en alcíclcos y aromátcos. A su vez estos hdrocarburos se dvden en monocíclcos y polcíclcos. Los monocíclcos se dvden en ccloalcanos de enlace sencllo, ccloalquenos con enlace doble y ccloalqunos de enlace trple. Los hdrocarburos pocíclcos pueden ser a su vez polccloalcanos, polccloalquenos o polclcoalqunos. El grupo conocdo como alfátcos esta formado por los hdrocarburos alcíclcos, junto con los alcanos, alquenos y alqunos. Los hdrocarburos aromátcos ncluyen al benceno y sus dervados. De Cadena Aberta Saturados Alcanos o Parafíncos (C n H 2n+2 ) Alquenos u Olefncos (C n H 2n ) Insaturados Alqunos u Acetlencos (C n H 2n-2 ) Alcclcos Monocclícos Polcíclcos Ccloalcanos (C n H 2n ) Ccloalquenos (C n H 2n-2 ) Ccloalqunos (C n H 2n-4 ) De Cadena Cerrada Un solo anllo: Benceno y Dervados Aromatcos Varos anllos aromatcos Fgura I.3 Clasfcacón fscoquímca de los hdrocarburos. 1.3 Reseña del Actvo Cnco Presdentes. El Actvo Cnco Presdentes se encuentra entre los límtes de los estados de Veracruz y Tabasco, a 50 Kms. al orente de la cudad de Coatzacoalcos, Veracruz. Geológcamente, pertenece a la cuenca Salna del Istmo y de manera más específca, se encuentra ubcado dentro de las cuencas tercaras del sureste. Se lmta al norte por el Golfo de Méxco, al sur por los plegamentos de la Serra de Chapas, al oeste por la cuenca Tercara de Veracruz y al este por la cuenca Tercara de Comalcalco. 5

34 CAPÍTULO I G O L F O D E M É X I C O COATZACOALCOS SAN RAMON RODADOR MINATITLAN C. PRESIDENTES AGUA DULCE BLASILLO MAGALLANES OGARRIO CUICHAPA LA CENTRAL LACAMANGO ARROYO PRIETO LAS CHOAPAS BACAL CERRO DE NANCHITAL Fgura I.4 Localzacón geográfca del Actvo Cnco Presdentes. El Actvo Cnco Presdentes está actualmente consttudo por 18 campos actvos a los que se drge la nversón prncpal con un monto asgnado a cada uno de ellos, con el fn de facltar y aglzar el segumento y evaluacón de las actvdades y del ejercco del presupuesto programado. Por el contendo de fludos, el tpo de yacmentos productores que se tenen en los campos son: acete negro, gas y condensado, gas húmedo no asocado y gas seco. El actvo cuenta con un total de 4,522 pozos en los que se ncluyen las últmas perforacones de desarrollo en los campos Rodador, Blasllo, Magallanes y los recentes campos descubertos al nterpretar parte de la sísmca 3D entregada al Actvo en dcembre de 2004 Guarcho y Gubcha. 6

35 CAPÍTULO I CERRADOS TEMP. CON POSIBILIDADES (264) 6% OPERANDO (450) 10% CERRADOS TEMP. SIN POSIBILIDADES (782) 17% TAPONADOS (2,006) 44% PENDIENTES DE TAPONAMIENTO (1,018) 23% Fgura I.5 Estado de pozos en el Actvo Cnco Presdentes. De este total, actualmente operan en promedo 450 pozos medante tres sstemas de produccón en los que, como se puede observar en la fgura I.6, destaca el bombeo neumátco. Práctcamente el total de arenas atravesadas por los pozos en todos los campo descubertos han sdo ya explotadas y solo en algunos casos medante técncas de renterpretacón, se ha regresado a cuerpos que pasaron desapercbdos en su momento o ben fueron pobremente explotados, ya que con el objeto de ncorporar produccón, se les abandono por otros yacmentos (arenas) de mejores posbldades. Debdo a que en algunos campos se mplanto el sstema de recuperacón secundara, ha sdo necesara la toma de regstros TDT (tempo de decamento térmco) en forma masva, a fn de dentfcar zonas donde la saturacón de agua actual es comparada con la orgnal detectada medante el regstro eléctrco. Esta aplcacón ofrece buenas oportundades para la rentervencón de pozos. 7

36 CAPÍTULO I FLUYENTES (ACEITE) (47) 12% FLUYENTES (GNA) (19) 5% BOMBEO MECANICO (111) 27% BOMBEO NEUMATICO (228) 56% Fgura I.6 Sstemas de produccón en los campos del Actvo Cnco Presdentes. El Actvo Cnco Presdentes aporta en promedo al sstema productvo de la regón sur, un total de 38,635 BPD de acete y 45 MMPCD de gas. La fgura I.7 muestra el orgen de este volumen de hdrocarburos según el sstema de produccón. BOMBEO MECANICO (1,653) 5% FLUYENTES (10,796) 30% BOMBEO NEUMATICO (23,386) 65% Fgura I.7 Orgen de la produccón por sstema. 8

37 CAPÍTULO I Evaluacón Estratgráfca. En ésta área, la secuenca sedmentara se encuentra descansando en forma dscordante sobre la cma de la anhdrta-sal, consderada como de edad Jurásco Medo. La secuenca atravesada consste de una sere de arenas y luttas ínter estratfcadas que comprende del Moceno Inferor al Plo-Plestoceno. El Moceno nferor está representado por la Formacón Depósto; el Moceno Medo-Ploceno nferor por la Formacón Encanto, en la cual se encuentra la prncpal zona productora de la mayoría de los campos que se ubcan dentro de la cuenca Salna del Istmo. Dentro del Moceno Superor-Ploceno Medo, se tenen las formacones Concepcón Inferor y Concepcón Superor; en el Ploceno Medo-Plestoceno se tenen las formacones Flsola, Paraje Solo y Cedral. Los modelos utlzados en los dferentes estudos se basan fundamentalmente en la nformacón sísmca 2D dsponble, regstros geofíscos de pozos, núcleos y estudos de laboratoro. Geológcamente, el área del Actvo Cnco Presdentes se encuentra localzada en la cuenca salna del Istmo dentro de la provnca de las cuencas tercaras del sureste. La mayoría de las estructuras geológcas de la cuenca Salna son producto de la ntrusón salna que ocasona la deformacón de los estratos formando un sstema de fallas de tpo normal. Rocas almacenadoras. Las rocas donde se encuentran los yacmentos prncpales de hdrocarburos corresponden a dversos desarrollos arenosos, consttudos por arenas y arenscas arcllosas de color grs claro a oscuro, de grano fno a medo, en ocasones de grano grueso de la formacón Encanto. Solo exste un campo cuya roca almacenadora es del tpo carbonato, (Cerro de Nanchtal) localzado en el límte de Veracruz y Oaxaca. Rocas sello. Las rocas sello la consttuyen los espesores varables de lutta ntercaladas con arenas y arenscas arcllosas que se encuentran en toda la columna estratgráfca. La presenca de sal funcona como un excelente sello para el entrampamento de hdrocarburos; tambén exsten sellos laterales por fallas, cambos de faces sedmentaras y acuñamentos. 9

38 CAPÍTULO I Trampas. Exsten trampas estratgráfcas debdo a acuñamentos y cambos de faces, pasando de una arenosa a una arcllosa. Tambén se presentan trampas estructurales y combnadas. Descubrmento. Algunos de los prmeros campos que conforman al Actvo Cnco Presdentes fueron descubertos en la década de los años 50, aunque el descubrmento del prmer pozo propamente localzado en el área sur veracruzana donde se establece la cabecera del Actvo, fue en el año de 1906 ncando así, el desarrollo del área Tercara. Este estudo toma en cuenta dos campos productores desde la década de los sesentas y uno de los setentas: El campo Blasllo descuberto el 26 de Octubre de 1966 con la perforacón del pozo Blasllo No. 2, termnado y aberto a produccón en dcembre del msmo año, su produccón ncal fue de 259 BPD. El campo Cnco Presdentes fue descuberto en el 1 Mayo 1960 con la perforacón del pozo Yucateco No.1, en sedmentos arenosos del Moceno nferor Encanto, con una produccón ncal de 302 BPD. El campo Rodador fue descuberto el 1 Juno 1971 con la perforacón y termnacón del pozo Rodador No. 1, como productor de acete con una produccón ncal de 320 BPD Sedmentos Arenosos del Moceno superor Ploceno nferor Encanto. Los pozos localzados en la mayoría de los campos del actvo Cnco Presdentes, atravesan en promedo de dez a qunce yacmentos de arenas, cuyo espesor varía de 4 a 40 metros en promedo, la fgura I.5 muestra el comportamento clásco del regstro eléctrco en la mayoría de los campos del Actvo Cnco Presdentes. 10

39 CAPÍTULO I ARENA ARCILLOSA LUTITA ARENA LIMPIA ESPESORES PROMEDIO EN ARENAS DE 4 A 40 METROS ARENA INVADIDA DE AGUA LUTITA ARENA CON HIDROCARBUROS LUTITA ARENA PARCIALMENTE EXPLOTADA POTENCIAL ESPONTANEO CURVA DE RESISTIVIDAD Fgura I.8 Comportamento clásco del regstro eléctrco en campos del Actvo Cnco Presdentes. En la década de los setentas los descubrmentos de los grandes yacmentos del Jurasco Tabasco-Chapas, desvían el nterés por contnuar con la exploracón, la toma de nformacón y el análss en la composcón de las mezclas de los campos del Tercaro Tabasco-Veracruz zona del Actvo Cnco Presdentes. Es por ello que a la fecha, el Actvo adolece de análss composconales tan mportantes para el estudo de la depostacón de parafnas, la aplcacón de estmulacones matrcales, el éxto en proyectos de recuperacón secundara y recuperacón mejorada. 1.4 Antecedentes del problema de depostacón de parafnas en el Actvo Cnco Presdentes. Las compañías petroleras extranjeras que explotaban hdrocarburos en esta zona como The Eagle Company en los años 30 y 40 ya tenían conocmento de este fenómeno como lo 11

40 CAPÍTULO I reportan en sus nformes. Este problema se ha presentado desde los orígenes de la explotacón en campos de la Regón Sur con mayor o menor grado de ntensdad. De los 18 campos actualmente actvos, aquellos que han presentado tradconalmente el problema de depostacón de parafnas en forma severa son: 1. Bacal 2. Blasllo 3. Cnco Presdentes 4. Lacamango 5. Los Soldados 6. Magallanes 7. Moloacán 8. Ogarro 9. Rodador Desde hace varos años se mantuvo la práctca de muestrear el crudo para los análss de laboratoro bajo el concepto de pozo y arena o yacmento productor correspondente, a fn de tratar de vsualzar zonas de gual comportamento. Los resultados sn embargo fueron desalentadores. Las bajas paulatnas en la produccón de acete, acusan la depostacón de parafna en las tuberías de produccón, la cual en algunos casos llega a elmnar la produccón en forma defntva. Esto se detecta con la práctca peródca de medr la produccón de los pozos hasta en cuatro ocasones por mes. La fgura I.9, muestra un ejemplo de la severa fluctuacón en el cronograma de produccón del pozo Blasllo 386, los tratamentos con la undad de acete calente (UAC) y el tempo que comúnmente transcurre entre cada nuevo problema. 12

41 CAPÍTULO I 1-Nov-03 al 20-Abr-04 Recbó Trat. Iny. Quím. 25-Mar-04 Instalacón de la Hta "SILVER HAWG" a 2346 m Trató con UAC Obstruccón con parafna Trató con UAC Obstruccón con parafna 1-7-abr-04 Cdo. x fuga en RBN 22-jun-04 Cdo. x acceso en mal estado Q (bpd) Fuga en RBN Trató con UAC DCP 100 RPFC Ene Ene 09-Ene 27-Ene 30-Ene 22-Mar 15-May 27-May 08-Jul 18-Jul 23-Jul 29-Jul 30-Jul 22-Ago 20-Sep 17-Oct 20-Nov 19-Dc 20-Dc 21-Dc 22-Dc 04-Feb Sep 05-Sep 12-Sep 13-Sep 11-Oct 16-Nov 30-Nov 29-Ene Feb 05-Feb 09-Feb 24-Feb 27-Feb 16-Mar 20-Mar 24-Mar 25-Mar 26-Mar 27-Mar 01-Abr 07-Abr 08-Abr 17-Abr 22-Abr 30-Abr 05-May 13-May 19-May 27-May 21-Jun 22-Jun Qo bruto Qo neto Fgura I.9 Cronograma de produccón del pozo Blasllo 386. Como resultado de la calbracón peródca, se observa que la depostacón de parafna se encuentra comúnmente en la parte superor de la tubería de produccón con profunddades muy varadas entre pozos y campos de la regón. Otra stuacón característca se observa en pozos con bombeo neumátco o ben en aquellos de tpo lacustre, donde la depostacón de parafna se tene en las líneas de descarga y ocasonalmente en equpos de superfce como separadores, válvulas etc. A través de un regstro mensual, se lleva a cabo el control del número de ntervencones con acete calente, remedo que hoy en día es el más utlzado para tratar el problema, evtando la elevacón de los costos de operacón por uso de solventes o formulas patentadas. El acete calente se emplea de dos maneras, una de ellas es alojándolo en el espaco anular entre la tubería de produccón y la tubería de revestmento, esto con el fn de mantener la temperatura a lo largo de la sarta de produccón para evtar el enframento 13

42 CAPÍTULO I de la mezcla. Otra forma es vertendo por gravedad el acete por la tubería de produccón con objeto de dsolver las capas de parafna depostada en la pared de la tubería de produccón y tubería de revestmento en el área de los dsparos, es decr, debajo del empacador. El problema es que en ejerccos de smulacón, se ha demostrado que la nyeccón de acete calente es susceptble de dañar la formacón, ya que los volúmenes de acete que se nyectan, generalmente se someten a un proceso de recalentado y por lo tanto es común que presenten altas concentracones de parafnas msmas que pueden flur al yacmento por lo que al enfrarse, se precptarán y depostaran en la cara de la formacón (Wattenbarger y cols. 1995). La estadístca demuestra que la depostacón de parafna en el campo, a nvel pozos, es de comportamento muy varado ncluso en pozos que producen a través de la msma arena. 1.5 Métodos preventvos y correctvos empleados. En el Actvo Cnco Presdentes, se han probado algunas tecnologías en cuanto a la prevencón y remedacón de este problema. Sn embargo en cuanto a la predccón son práctcamente nulas las estrategas tecnológcas dsponbles. Esta es la razón por la cual se pretende valdar el modelo composconal empleado en el smulador PIPESOLIDS, con el fn de contar con una herramenta predctva la cual posee un alto contendo tecnológco, permtendo establecer mejores estrategas de explotacón de los campos. A fnales del año pasado se entregó a Petróleos Mexcanos el nforme con los resultados del Subproceso de Montoreo de las Tecnologías para Predecr, Prevenr y/o Remover Depóstos de Parafnas y Asfaltenos. El objetvo de este proyecto fue el de obtener nformacón técnca y consultar con expertos de nsttutos y unversdades a fn de conocer los avances a nvel mundal concernentes a este problema. Además se hzo un levantamento de la cartera de clentes por parte de las compañías de servco, donde se resumen los resultados y el tpo de tecnología empleada, esto con el fn de consultar las experencas en forma drecta. En lo concernente a las herramentas de prevencón y remedacón, las más utlzadas son: 14

43 CAPÍTULO I Preventvos Métodos de Bodegradacón Métodos Electro-Magnétcos Métodos de Recubrmentos Especales Remocón Métodos Mecáncos Métodos Químcos Métodos Térmcos Métodos Sóncos Estmulacones no ácdas Uso de materales especales para la fabrcacón de tuberías Estos métodos se evalúan en la lteratura desde varos aspectos. Influencados o no por los nvestgadores o frmas de patente que los patrocnan, todos ellos gran en torno a reportes de éxto y fracaso muy varados y no son motvo de dscusón de este trabajo. El prmer método que se empleó para atacar el problema de precptacón de sóldos orgáncos en la Regón Sur fue el mecánco, donde raspadores metálcos y boqullas de corte se bajaban hasta la profunddad donde la calbracón de la tubería había detectado el problema de crecmento del anllo de parafna o tapón a fn de removerlo. Por otro lado, los métodos químcos especalzados de remedacón, se emplearon a partr de la década de los sesentas, en el perodo comprenddo entre 1967 y Se ntensfcó el uso de benceno y tolueno en formulas patentadas como solventes de capas cerosas adherdas a la tubería de produccón y líneas de descarga. Los resultados, aunque satsfactoros, ncrementaban de manera sustantva el costo de mantenmento por encma del tradconal acete calente, y las comparacones en efcenca productva mermaron la opcón de segurlo utlzando, por lo que fnalmente se opto por desechar este método. 15

44 CAPÍTULO I El uso del sstema de acete calente como método para la remocón de parafnas ha sdo utlzado durante mucho tempo. Su bajo costo e nmedatos resultados lo han hecho de gran populardad, sn embargo como se mencono anterormente, se sospecha del daño a la formacón productora. En el perodo comprenddo entre 1994 a 1998 se probó la tecnología de Bodegradacón, utlzando cepas de mcroorgansmos bacteranos de orgen marno (pseudomonas), msmas que en base a una solucón acuosa son nyectadas a manera de baches en las nmedacones de la formacón a través del pozo, en espera de que estas actúen degradando por ruptura las cadenas mas pesadas de hdrocarburos. Los resultados aunque varados, no fueron completamente satsfactoros s se consdera la produccón dferda debdo al perodo de cerre de pozos, contra la efectvdad en el ncremento del gasto de acete. Uno de los mayores nconvenentes al utlzar bacteras es que estas pueden contrbur a agravar los problemas relaconados con la corrosón. Dentro de las técncas de remedacón más empleadas en el Actvo Cnco Presdentes, prevalece desde hace ya varos años el uso de la undad de acete calente como método de remocón de parafnas debdo, entre otros factores, a su bajo costo, fácl aplcacón y resultados nmedatos. Sn embargo este sstema puede ser otra causa de daño a la formacón ya que generalmente el acete acarrea agentes obturantes tales como el sulfuro de ferro, oxdo de ferro, arena o arclla. Medante un programa calendarzado se da mantenmento en base a observacones y sospechas a pozos que de manera recurrente presentan este tpo de problema. En ocasones los problemas son tan severos que en algunos de estos pozos se requere de la ntervencón de la undad de acete calente de tres a cuatro veces por mes en promedo. Actualmente, en el Actvo Cnco Presdentes se prueba el método electromagnétco de prevencón. Se tenen dez pozos en observacón donde se aplca la tecnología de cambo de polarzacón eléctrca en el flujo de acete evtando que las partículas cerosas una vez precptadas, se junten. El efecto electromagnétco de estos manes provoca que los crstales de parafnas contnúen su vaje en el flujo dentro de la mezcla. Esta herramenta consste en 16

45 CAPÍTULO I la colocacón de camsas (seccón de tubería concéntrca) con mnerales electromagnétcos en stos estratégcos de la tubería de produccón y líneas de escurrmento donde se sospecha pueda ser el punto de nco de la depostacón. Estos dspostvos crean un campo magnétco permanente de alta concentracón para el logro del objetvo. A fnales de la década de los ochentas se nstaló en algunos pozos la herramenta raspadora hasta ahora utlzada en el Actvo para pozos que producen por bombeo neumátco, El embolo vajero. Este dspostvo es de forma clíndrca hecho con materal lgero (Nylon) con canales en su superfce para permtr el paso de fludos y su dámetro externo es gual al dámetro nterno de la tubería de produccón, su funcón es la de vajar junto con el bache de acete mpulsado por el gas de nyeccón y caer una vez que lo entrega a la superfce. Estos dspostvos o herramentas presentan un movmento gratoro horzontal debdo al paso de fludos a través de los canales, además del movmento de asenso y descenso vertcal de tal manera que mantene el raspado de la tubería de produccón mpdendo el crecmento del anllo ceroso. Como meta a corto plazo, se buscará aprovechar los benefcos de la predccón. Medante el uso de software especalzado se puede llegar a calcular en que condcones ocurrrá el rompmento del equlbro termodnámco sóldo-líqudo-vapor de las mezclas tanto en el pozo como líneas de escurrmento, ubcar la zona del depósto, el volumen másco del anllo ceroso, así como su velocdad de crecmento. Aprovechando este conocmento, se pretende tener una aplcacón más efectva en el uso de nuevas tecnologías, localzando por ejemplo, las herramentas preventvas de montaje o ben tramos de tuberías con recubrmentos especalzados de manera más precsa, reducendo con ello de manera consderable los costos por ntervencón a pozos con este problema. El conocer cual es la velocdad de crecmento de la capa de depósto, permtrá programar de manera mas efectva el mantenmento correctvo de pozos en produccón, ya que precsamente los mantenmentos programados son un reto para el actvo, s se consderan tambén aquellos pozos lejanos o de dfícl acceso que en certas épocas del año regstran problemas de nundacones, cuya obstruccón o taponamento llegan a condenarlos al abandono temporal. 17

46 CAPÍTULO I La depostacón de parafnas en pozos e nstalacones superfcales de los campos que presentan este tpo de problemas en el actvo el Actvo Cnco Presdentes, ncrementan el costo de la produccón de petróleo actualmente en aproxmadamente 0.25 dólares por barrl. S se quere evaluar los métodos descrtos, hay que conocer los costos y tempos muertos que mplcan. Una ntervencón con acete calente puede tomar de 8 a 12 horas y tene un costo de 2,500 U$S. Estos números fueron tomados de la últma edcón de la cartera de proyectos del Actvo Cnco Presdentes msma que consdera un costo escalable para un horzonte de 15 años. Los costos por nyeccón de productos químcos (solventes) es más dfícl de estandarzar ya que presenta una gran varabldad, dependendo del requermento en volumen y caldad por pozo. Sn embargo podemos hablar de un costo de 3,000 U$S por mes en pozos con crudo altamente vscoso y de unos 2,500 U$S por mes en el caso de pozos con parafnas. Sn embargo, debe tenerse en cuenta, que los resultados son relatvos ya que aún con el uso tecnologías cuyo grado de éxto promedo aparentemente es bueno, como es el caso de los solventes químcos, los pozos, dada su naturaleza de fludos, contnúan tenendo problemas. El gran costo oculto en los métodos anterormente descrtos es la produccón dferda. Tomando en cuenta los tempos de ntervencón, un pozo consderado de produccón más pobre, por ejemplo 63 bbl/día deja de producr 30 bbl en promedo durante esas doce horas de ntervencón. Entonces consderando un costo por barrl de 25 U$S y tres ntervencones en promedo por mes tendremos perddas de 27,000 U$S por año por pozo cuya produccón se verá dferda por más de 432 horas por año. Cuanto mayor sea la produccón, mayor será la perdda relatva por ausenca de la msma. 18

47 CAPÍTULO II Revsón Bblográfca 2.1 Estado del arte del equlbro sóldo-líqudo-vapor. El estudo del equlbro de fases ha sdo tratado por dversos autores (Agrawal, 1990), con el fn de entender y poder smular de una mejor manera, el comportamento de los fludos en el sstema yacmento-nstalacones subsuperfcales-nstalacones superfcales. Partendo de la teoría de solucones regulares, algunos trabajos se enfocan en smular el equlbro vapor líqudo y posterormente, con la fase líqudo, determnar el equlbro líqudo sóldo, con el objeto de mejorar la predccón de la depostacón de parafnas como funcón de la presón, la temperatura y composcón de la mezcla, y así obtener resultados más confables. Se puede decr que modelar el comportamento de fase de las mezclas, es esencal para la smulacón del problema del depósto de parafnas, así como para el dseño de las nstalacones en superfce. Los sóldos en los fludos producdos, tenen una gran nfluenca sobre el comportamento de fases conforme se modfcan las condcones de equlbro vapor-líqudo. En vrtud de los rezagos que aún se tenen en cuanto a la teoría necesara que defna y explque claramente el fenómeno, se puede afrmar que en la ndustra petrolera práctcamente no se aplcan a detalle los modelos de flujo de fludos en tres fases. Varos autores han tratado de modelar el equlbro de fases de mezclas de hdrocarburos tomando en cuenta la posble formacón de una fase sólda. Un problema general con los modelos propuestos por algunos de ellos, es una tendenca a predecr cantdades mayores de parafna precptada a temperaturas por debajo del punto de nube (Beret 1975). Parece que los problemas encontrados con los modelos propuestos, se deben a una pobre estmacón de los parámetros de solubldad, de los coefcentes de actvdad y más mportante, de la suposcón de que los hdrocarburos se precptan para formar una solucón sólda deal en equlbro con el líqudo y el vapor. 19

48 CAPÍTULO II Como respuesta a cambos en la temperatura, presón, y solubldad del gas en el acete, el desequlbro termodnámco resultante, provoca que ocurran cambos en las propedades físco-químcas de la mezcla en dferente magntud, con la nfluenca de las fraccones pesadas C 7 +, se da la precptacón de parafna. A contnuacón se analza la nfluenca de estos parámetros en el rompmento del equlbro termodnámco. La fgura No. II.1 (Marrufet, 1998) muestra la nfluenca de la presón. Como se puede observar, a una temperatura fja, por ejemplo 90 ºF, se tene una dsmnucón de las fraccones pesadas; se ncrementa el valor de la presón con el porcentaje en el volumen de parafna precptada. Se puede conclur que habrá menor cantdad de parafna precptada en la zona cercana a la presón de saturacón, en este caso a 3,000 psa. A menor presón, la lberacón del gas en solucón coadyuva al rompmento del equlbro de la fase sólda en la mezcla PESO MOLECULAR C TEMPERATURA 90 F % Masa de cera Presón (psa) Fgura II.1 Influenca de la presón en la precptacón de parafnas. 20

49 CAPÍTULO II La fgura II.2 (Marrufet, 1998) muestra la nfluenca de la temperatura en el porcentaje del volumen de parafna precptada, como funcón del ncremento del peso molecular de la fraccón C 7 +. El círculo rojo en la curva ndca la transcón de un estado de equlbro sóldo-líqudo-vapor de la mezcla, a un estado de equlbro líqudo-sóldo. Se puede observar por ejemplo, que a 100 ºF para esta curva con peso molecular de 305, y a una presón de 2,000 ps, práctcamente no hay precptacón de parafna debdo al equlbro entre las tres fases, mentras que en el ntervalo comprenddo entre las curvas cuyo peso molecular fluctúa entre 237 a 278, se observa mayor volumen de precptacón a una temperatura consderada. 3.0 PESO MOLECULAR C 7+ % Masa de cera L-S L-S S-L-V L-S S-L-V PRESION 2000 psa TEMPERATURA F Fgura II.2 Influenca de la temperatura de la mezcla en la precptacón de parafnas. La fgura II.3 (Marrufet, 1998) muestra el efecto que tene la relacón de solubldad gasacete, Rs, en la precptacón de parafna para una mezcla de hdrocarburos consderando pesos moleculares dferentes. A relacones de solubldad menor, aumenta el peso molecular y como se menconó anterormente, la mayor depostacón ocurre después de alcanzar la presón de saturacón, debdo a que la solubldad de la parafna decrece conforme se lbera gas, los crstales comenzan a unrse y dejan de vajar lbres en el flujo. 21

50 CAPÍTULO II PESO MOLECULAR C Rs TEMPERATURA 120 F Presón (psa) Fgura II.3 Efecto de la relacón de solubldad en la precptacón de parafnas. El estado de equlbro sóldo líqudo vapor debe modelarse de tal manera que tanto la composcón, como las propedades de las fases puedan obtenerse a la temperatura y presón de un análss puntual dentro del sstema de produccón. Para ello se asume que una solucón sólda homogénea, S, está en equlbro con una solucón líquda, L, y una mezcla de gas, V. Para tener un estado de equlbro trfásco, la fugacdad del componente en la fase sólda, f S, debe ser gual a sus fugacdades en las fases líqudo y gas. f S = f L f L = f V, (II.1a) 1 < < n, (II.1b) donde: f S = fugacdad del componente en la fase sólda 22

51 CAPÍTULO II f L f V = fugacdad del componente en la fase líquda = fugacdad del componente en la fase vapor La fugacdad f es una medda de la energía lbre de Gbbs de un gas real y tene undades de presón. Así msmo, la fugacdad puede ser consderada como una presón de vapor modfcada para representar correctamente la tendenca de las moléculas a escapar de una fase a otra. En forma matemátca, la fugacdad de un componente está defnda por la sguente expresón: 1 = p Z f pexp dp, (II.2) 0 p donde: f = fugacdad (psa) p = presón (psa) Z = factor de compresbldad del gas Físcamente, se puede defnr a la fugacdad de un componente en una fase, con respecto a la fugacdad de él msmo en una segunda fase, como una medda del potencal de transferenca de dcho componente entre fases. La fase con la menor fugacdad del componente acepta el componente de la segunda fase. S las fugacdades del componente en las dos fases son guales, es un ndcatvo de una transferenca neta gual a cero. Una transferenca neta gual a cero para todos los componentes, mplca un sstema hdrocarburo en equlbro termodnámco. La razón entre la fugacdad y la presón (f / p), es llamada el coefcente de fugacdad (Φ) y es calculado en la forma: Φ = p Z 1 EXP dp 0 p, (II.3) 23