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Acuatermólisis catalítica en procesos de inyección de vapor

Tapón de hidratos en un campo de gas

El efecto de la temperatura y el tiempo de conversión sobre la acuatermólisis catalítica en procesos de inyección de vapor.

Los efectos como la reducción de la viscosidad, la destilación de las fracciones livianas del crudo y pequeños cambios a nivel de mojabilidad; consolidaron la inyección de vapor como un proceso netamente físico.

J.B. Hyne (1986) definió la acuatermólisis como la interacción química que tiene lugar entre el vapor de agua y los hidrocarburos presentes en la formación.

Aunque la ocurrencia de estas reacciones ha sido asociada a la producción de dióxido de carbono y ácido sulfhídrico; la adición de un catalizador al sistema podría generar la producción de hidrocarburos de menor peso molecular y el mejoramiento del crudo. 

De esta manera no solo se aumentaría el factor de recobro, sino a su vez se estarían produciendo fluidos con un mayor valor comercial; disminuyendo adicionalmente costos en transporte y refinería.

Esta investigación se enfocó en la evaluación experimental del fenómeno en un crudo pesado colombiano de 12 °API.

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El diseño experimental fue de tipo factorial, involucrando la temperatura y el tiempo de conversión, mientras los resultados fueron cuantificados a través de cambios a nivel de densidad; reología, destilación simulada y parámetros moleculares promedio, a partir de resonancia magnética nuclear RMN-1H.

Las pruebas experimentales fueron realizadas en un micro reactor tipo batch, usando un catalizador orgánico de hierro.

Los resultados mostraron que el efecto más considerable es ejercido por la temperatura; con un aumento en la gravedad API de 6° y una reducción en la viscosidad de hasta un 80%. Se logró evidenciar que el catalizador ejerce un efecto positivo a tiempos posteriores de 24 horas.

La temperatura ejerce el efecto más significativo sobre las reacciones de acuatermólisis. Los niveles involucrados en el diseño experimental permitieron evidenciar que la conversión y el cambio de las propiedades del crudo mejorado dependen de la temperatura; a la cual ocurra la reacción. Mientras a 270 °C se reportó una conversión de la fracción 300°C+ de 1.4%, a 300 °C fue de 8.6%

El ajuste composicional en la formación de estructuras poli aromáticas se debe al aumento de la formación de radicales libres a medida que aumenta la temperatura. Por otra parte, la disminución del número de anillos sustituidos y el incremento del factor de aromaticidad de hidrogeno; es consecuencia de las reacciones de desalquilación y disminución del contenido de carbón en las cadenas alquílicas de las nuevas especies moleculares.

Por tanto, durante el proceso de acuatermólisis se puede evidenciar un aumento en el número de anillos aromáticos; lo cual puede estar asociado principalmente a la agregación de especies de resinas y asfáltenos.

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Durante las reacciones de acuatermólisis en presencia de un catalizador; los cambios de viscosidad y densidad del crudo están asociados a la modificación de la estructura química de los componentes hidrocarburos.

Esto fue evidenciado mediante la variación de los parámetros moleculares promedio determinados a través de resonancia magnética nuclear.

El incremento del factor de aromaticidad y la variación en la longitud de cadenas alquílicas se asocia a la ocurrencia de reacciones de desalquilación e hidrogenación.

La inclusión de un catalizador a las reacciones de acuatermólisis consolida la generación de un mecanismo de recuperación adicional en procesos de inyección de vapor.

En la producción de hidrocarburos más livianos, traducida en cambios permanentes de viscosidad; densidad y composición puede generar un incremento adicional de producción en compañía de los efectos térmicos y físicos que convencionalmente gobiernan estos procesos.

Los cambios en las propiedades del crudo están asociados a la modificación de las estructuras químicas del mismo: atribuido al rompimiento de cadenas alquílicas y a la conversión de la fracción 300C+ de hasta un 8.6%.

Los ingenieros Paola Andrea León Naranjo, Hernando Bottia Ramírez, Adán Yovani León Bermúdez; Daniel Ricardo Molina Velasco y Samuel Muñoz Navarro presentaron el trabajo en la reciente edición del Congreso Mexicano del Petróleo (CMP).

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