daños a la formacion por asfaltenos

5/21/2018 Daos a La Formacion Por Asfaltenos

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ASPECTOS GENERALES DEL DAO DE FORMACION POR DEPOSITACIN DE

ASFALTENOS EN YACIMIENTOS DE PETRLEO

TEDDYS GUILLERMO OSPINO CARO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE MINAS

ESCUELA DE PROCESOS Y ENERGA

INGENIERA DE PETRLEOS

MEDELLN

2009


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ASPECTOS GENERALES DEL DAO DE FORMACION POR DEPOSITACIN DE

ASFALTENOS EN YACIMIENTOS DE PETRLEO

TEDDYS GUILLERMO OSPINO CARO

Trabajo Dirigido de Grado presentado como requisito parcial

para optar al ttulo de Ingeniero de Petrleos

Director:

MARCO ANTONIO RUIZ SERNA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE MINAS

ESCUELA DE PROCESOS Y ENERGA

INGENIERA DE PETRLEOS

MEDELLN

2009


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AGRADECIMIENTOS

Llegamos hasta ste punto del camino, un camino que ahora se torna diferente y que

se constituye en el final de un eslabn y en el principio de toda una cadena de sueos

y sentimientos

Agradecemos a todas las personas que nos acompaaron en ste viaje:

Al profesor Marco Antonio Ruiz por guiar esta bsqueda y por su incondicional apoyo

en lo acadmico, adems de su gran respaldo como amigo que habla bien de su

calidad humana,

A mis padres y a mis hermanos por brindarme el cario, la paciencia y la fuerza

necesaria para salir adelante.


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TABLA DE CONTENIDO.

LISTA DE FIGURAS. ..................................................................................................... 6

1. RESUMEN. ............................................................................................................. 7

2. INTRODUCCIN. ................................................................................................... 8

3. DESCRIPCIN DE LOS ASFALTENOS. ............................................................... 9

3.1 COMPOSICIN DEL PETRLEO ...................................................................... 9

3.2 CARACTERIZACIN QUMICA DE LOS ASFALTENOS. ..................................... 10

4. TEORAS SOBRE LA PRECIPITACIN DE ASFALTENOS. ............................. 13

4.1 MODELO DE PRECIPITACIN DE ASFALTENOS........................................ 13

4.1.1 Modelo termodinmico contino. ............................................................ 13

4.1.2 Modelo termodinmico coloidal. ............................................................. 14

4.2 FACTORES QUE PRODUCEN LA PRECIPITACIN DE ASFALTENOS...... 15

4.2.1 Factores Termodinmicos. ..................................................................... 16

4.2.2 Factores Qumicos. ................................................................................. 17

4.2.3 Factores Elctricos. ................................................................................ 18

4.2.4 Factores Mecnicos. ................................................................................. 18

4.2.5 Otros factores. ........................................................................................ 18

5. MECANISMOS DE DEPOSITACIN DE LOS ASFALTENOS. .......................... 20

5.1 EFECTO DE DISPERSIN MIXTA................................................................... 20

5.2 EFECTO COLOIDAL........................................................................................ 21

5.3 EFECTO DE AGREGACIN............................................................................ 22

5.4 EFECTOS ELECTROCINTICOS.................................................................... 23

6. DESCRIPCIN DEL DAO DE FORMACIN POR LA DEPOSITACIN DEASFALTENOS. ............................................................................................................ 24

6.1 ASPECTOS FUNDAME NTALES SOBRE LA ADSORCIN DEASFALTENOS............................................................................................ 25


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7. MODELOS MATEMTICOS DE DAO DE FORMACIN POR LADEPOSITACIN ASFALTENOS. ................................................................................ 30

8. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS. ....................................................................... 40


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LISTA DE FIGURAS.

Figura 1. Fraccionamiento de un Crudo a partir de n-Heptano como Solvente [1]

Figura 2. Representacin del Modelo Termodinmico Contino [7]

Figura 3. Representacin del modelo Termodinmico Coloidal [7]

Figura 4. Vista Microscpica de los Componentes del Petrleo [11]

Figura 5. Floculacin y Precipitacin de los Componentes Pesados en el Petrleo porla Introduccin de un Solvente Miscible [11]

Figura 6. Vista microscpica del fenmeno coloidal en el petrleo [11]

Figura 7. Vista microscpica del fenmeno de agregacin [11]

Figura 8. Vista microscpica del fenmeno de floculacin y depositacin de unamolcula orgnica gran tamao.[11]

Figura 9. Depositacin electrocintica de asfaltenos en una tubera [11]

Figura 10. Cambio de humectabilidad por depositacin de asfaltenos [16].

Figura 11. Taponamiento de gargantas de poros por asfaltenos[16]

.

Figura 12. Grupos funcionales involucrados en las interacciones polares [19].

Figura 13. Precipitacin superficial [19].

Figura 14. Interacciones cido/Base. [19].

Figura 15. Enlaces Inicos. [19].

Figura 16. Regiones involucradas en la depositacin de asfaltenos.

Figura 17. Representacin esquemtica de la depositacin de Asfaltenos en la regincercana al pozo y el dimetro hidrulico en los tubos paralelos

Figura 18. La geometra de un yacimiento con un pozo vertical[17].


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1. RESUMEN.

El presente escrito, basado en una revisin bibliogrfica busca dar herramientas parael entendimiento de los mecanismos de precipitacin de los asfaltenos en la formacinproductora y en la tubera de produccin.

Los asfaltenos se consideran los compuestos ms pesados del petrleo, por lo cualresulta necesario estudiar los cambios en sus caractersticas durante la etapa deproduccin de crudo cuando las caractersticas iniciales del yacimiento se modifican.

Se plantea como principal objetivo un estudio del problema de los asfaltenos durantela etapas de produccin de un pozo de petrleo, donde se lleva a cabo un anlisis delos mecanismos y factores que influyen en la precipitacin y posterior depositacin de

los compuestos asfaltnicos, y adems se realiza un compendio de los modelos dedao de formacin por depsitos de asfaltenos publicados en la literatura.

Los modelos de dao de formacin por la depositacin de asfaltenos deberan teneren cuenta los efectos ocasionados por el fenmeno como el cambio de humectabilidadde la roca, la conformacin de emulsiones adems del taponamiento de las gargantasde poros. Sin embargo existen dificultades en cuanto a la disponibilidad de bibliografaacerca de modelos que caractericen el dao en el yacimiento por la alteracin dehumectabilidad y emulsiones.

La aproximacin numrica del dao de formacin que se presenta en este escrito soloincluir el dao de formacin por taponamiento de las garantas de poros como

consecuencia de depsitos de asfaltenos. Por lo tanto se asume un modelo parapetrleo con problemas de precipitacin y depositacin de asfaltenos en un yacimientode subsaturado, donde la presin del reservorio se encuentra por encima de la presinde burbujeo. Adems solo se tiene una produccin de petrleo para excluir lainfluencia de los efectos negativos restantes.

Resulta necesario el estudio de modelos de dao de formacin por asfaltenos queincluyan efectos como el cambio de humectabilidad, de esta forma analizar loscambios en las condiciones iniciales de la roca del yacimiento por los depsitosorgnicos, incluso la irreversibilidad del fenmeno de depositacin y as como a su vezla evaluacin del desempeo de agentes qumicos como surfactantes para eltratamiento de este dao de formacin.

Al caracterizar el crudo del yacimiento en cuanto a la presin y temperatura dondecomienza la precipitacin de asfaltenos se puede mitigar los efectos negativos deldao de formacin mientras las condiciones operacionales estn dentro de los lmitesestablecidos y se puedan garantizar la solubilidad de los compuestos orgnicos mspesados en el petrleo.


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2. INTRODUCCIN.

La precipitacin y depositacin de asfaltenos han sido reconocidos como un problemaque afecta de manera negativa la recuperacin y produccin de petrleo, al igual quelas facilidades de superficie y lneas de transporte. Los depsitos orgnicosrepresentan un inconveniente en procesos de recobro mejorado de petrleo por lo cualresulta necesario analizar su comportamiento durante la etapa de produccin.

Los asfaltenos por ser los componentes ms pesados del petrleo, bajo ciertascondiciones desfavorables de presin, temperatura, composicin qumica del crudo, sepueden precipitar y depositar en el medio poroso del yacimiento. Los depsitos deasfaltenos se acumulan entre los poros y obstruyen el paso de los fluidos adems dealterar propiedades como la porosidad y permeabilidad. La humectabilidad de la roca

se modifica cuando los asfaltenos se adhieren en su superficie mineral y se cambia supreferencia a ser humectado por el agua. Tambin la precipitacin de asfaltenos causaun incremento en la viscosidad del crudo por formacin de emulsiones entre el agua ypetrleo. Este conjunto de fenmenos se conoce como dao de formacin pordepositacin de asfaltenos.

La depositacin de asfaltenos puede ocurrir una vez que se haya generado sufloculacin en el crudo. La despresurizacin del petrleo ha sido reconocida como laprincipal causa de la floculacin de asfaltenos. La segunda causa ocurre cuando seusan solventes como gas natural y CO2 para desplazar aceite en mtodos de recobromejorado donde se alteran la composicin y el pH del crudo. El dao de formacin pordepsitos orgnicos se hace ms significativo en la cara de la formacin debido a que

los factores que la produce tienen mayor influencia en esta zona del yacimiento.

Cuando los asfaltenos se depositan y se adhieren sobre la roca surge un problemagrave debido que esta cadena de eventos se considera un fenmeno irreversible. Enconsecuencia para contrarrestar el dao de formacin por depsitos de asfaltenos sedebe evitar ante todo la floculacin de asfaltenos del crudo, manteniendo condicionesfavorables en el yacimiento.

La presencia de los asfaltenos en el petrleo no implica la existencia de problemasasociados con los depsitos orgnicos por asfaltenos. Los petrleos pesados queposeen las mayores concentraciones de asfaltenos, por lo general se mantienenestables durante la etapa de produccin entonces representarn un menor dao a laformacin y un menor taponamiento de las lneas de flujo. Los problemas deprecipitacin de asfaltenos se han encontrado con mayor frecuencia en petrleoslivianos, que contienen menor concentracin de asfaltenos y yacen en yacimientoscuyas presiones se encuentran por encima del punto de burbujeo.


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3. DESCRIPCIN DE LOS ASFALTENOS.

3.1 COMPOSICIN DEL PETRLEO

El petrleo crudo constituye una mezcla de compuestos orgnicos con estructuravariada y con diferentes pesos moleculares, por lo cual resulta difcil caracterizar elcrudo en todos sus componentes presentes.

La determinacin [2] del contenido de asfaltenos en el petrleo se puede llevar a cabo atravs de una tcnica de laboratorio conocida como SARA. El procedimiento SARAcategoriza los constituyentes del petrleo muerto, o petrleo que ha perdido suscomponentes gaseosos en cuatros grupos orgnicos Saturados, Aromticos, Resinasy Asfaltenos. El anlisis SARA se basa en la diferencia de solubilidad, polaridad y pesomolecular de los constituyentes presentes en el petrleo. En el fraccionamiento [6]SARA los asfaltenos se separan de otros componentes de los hidrocarburos medianteel agregado de un n-alcano, tal como n-heptano o propano. Los componentesremanentes denominados maltenos se fraccionan en forma consecutiva a travs deuna columna. Cada componente se remueve de la columna mediante un lavado condiversos solventes. Los hidrocarburos saturados se tratan con un lavado con n-alcano.

Los componentes saturados tambin llamados alifticos tienen caractersticas nopolares. Las molculas saturadas contiene el nmero mximo de tomos de hidrogeno

posibles, con enlaces dobles o triples entre los tomos de carbono e hidrogeno. Lossaturados tambin se denominan alcanos donde la molcula ms simple constituye elmetano [CH4]

Los aromticos incorporan uno o ms anillos de seis tomos de carbono y seis tomosde hidrogeno, donde el aromtico ms simple constituye el benceno [C6H6].

Las resinas comprenden a aquella fraccin de crudo que se solubiliza en n-alcanoscomo el pentano y hexano y se caracterizan por ser oscuras, semislidas, muyadhesivas por su carcter polar, y poseen un peso molecular alto, pero menorcomparado con el de los asfaltenos.

El mtodo [6] SARA establecer un procedimiento ventajoso por su simplicidad y sufacilidad para llevarse a cabo en muchos laboratorios, sin embargo el anlisis SARAinvolucra diversas desventajas. La aplicacin del SARA sobre petrleo muerto implicadejar a un lado las verdaderas condiciones del yacimiento. Tambin los mtodos delaboratorio pueden diferir en cuanto al uso del tipo de n-alcano para precipitar losasfaltenos lo cual provoca que un petrleo tenga dos o ms resultados SARA.


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Para que la comparacin de contenido de asfaltenos de distintos petrleos a travs delanlisis SARA posea una mayor validez, se deben reportar las condiciones yvariaciones del procedimiento.

Speight [14] (1996) clasifica los constituyentes del crudo en cuatro grupos dehidrocarburos: (1) compuestos saturados voltiles como las parafinas y aromticos, (2)compuestos saturados no voltiles y aromticos, (3) resinas y (4) asfaltenos, basadasen tcnicas de separacin del crudo en fracciones a travs de un hidrocarburos liviano.

Figura 1. Fraccionamiento de un Crudo a partir de n-Heptano como Solvente [1]

3.2 CARACTERIZACIN QUMICA DE LOS ASFALTENOS.

Los asfaltenos [3] constituyen los componentes ms pesados del crudo, con un puntode fusin no definido. Se piensa que estn disueltos en el crudo como partculascoloidales que le dan la coloracin negra-marrn al crudo. Debido a que los asfaltenoscontienen una alta complejidad macromolecular, solo se conocen sus estructurasqumicas promedios.

El trmino [6] se origin en 1837 cuando J.B. Boussingault denot a los asfaltenoscomo el residuo de la destilacin del bitumen: insoluble en alcohol y soluble entrementina. En la actualidad ante lo difcil de caracterizar todos los componentes en elcrudo, los asfaltenos se definen como la fraccin de crudo insoluble en solventes nopolares de bajo peso molecular, pero solubles en tolueno, benceno, tetracloruro de decarbono y disulfuro de carbono. Dentro de los solventes no polares cabe resaltar loshidrocarburos lquidos como el n-pentano, el iso-pentano y el n-heptano. Losasfaltenos obtenidos de esta manera constituyen un material deformable, de coloroscuro, con una densidad cercana a 1.2 g/cm3y con caractersticas infusibles, lo quesignifica que carecen de un punto de fusin definido, pero se descomponen frente alcalor a manera de un residuo carbonoso.


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Otra definicin considera que los asfaltenos consisten en molculas planas, poli-aromticas y poli-cclicas que contienen heterotomos y metales, que existen en unestado de agregacin en suspensin, estabilizados por resinas y con carga elctrica.

Yen [3] realiz un gran aporte al observar que las resinas proveen una transicin entrelas fracciones polares, asfaltenos, y las no polares del petrleo, por lo tanto previenenla acumulacin de agregados polares que no puedan dispersarse en el crudo.

La definicin [6] de asfaltenos en cuanto a su solubilidad, y no como una clase qumicaha provocado que su estudio se dificulte ms que los componentes livianos como lossaturados y aromticos, sin embargo la estructura qumica de la composicinpromedio de los asfaltenos se conoce bastante bien.

En trminos de estructura qumica los asfaltenos se constituyen de compuestosaromticos, y de alto peso molecular donde se destacan los anillos bencnicos ligadoscon cadenas alqulicas y cicloalcanos. El contenido de las estructuras aromticas enlos asfaltenos se encuentra entre 40-60% con una relacin atmica de carbono ehidrgeno de 1-1.2. Un alto porcentaje de los anillos aromticos se conectan conestructuras intermoleculares que le dan formar aplanada a las molculas deasfaltenos. Adems los asfaltenos incluyen componentes -no hidrocarburos- llamadosheterotomos que sustituyen a un tomo de carbono en un anillo bencnico y tambinincluyen la presencia de metales como el vanadio, nquel y el hierro.

El azufre, el nitrgeno y el oxgeno componen los heterotomos encontrados enmayores proporciones en asfaltenos de diferentes crudos. El nitrgeno se encuentrams como parte de los conjuntos aromticos, mientras que el oxgeno y el azufreforman puentes entre ellos en una estructura cclica o lineal.

Esta caracterizacin composicional se acepta por muchos cientficos, no obstante dejaun amplio margen para el debate en cuanto a la estructura o al tamao de lasmolculas de asfaltenos individuales.

Los asfaltenos bajo condiciones iniciales del petrleo, se encuentran dispersas en elcrudo, gracias a la presencia de las resinas, conformando as una estructura micelar.El grado de dispersin de los asfaltenos llega a ser alto en petrleos pesados debido ala gran capacidad de solvencia de los compuestos naftnicos y aromticos sobre losparafnicos, en comparacin con petrleo liviano.

Los asfaltenos se encuentran en el petrleo en forma de dispersin coloidal donde lasmolculas de asfaltenos estn rodeadas de resinas que permiten la transicin de

asfaltenos altamente polares a crudo con caractersticas no polares. Tales asfaltenos[4] se dispersan en el crudo siguiendo un movimiento aleatorio conocido comomovimiento browniano y se mantienen separados debido a que la fuerza de repulsinelectrosttica llegan a ser mayor que la fuerza de atraccin de van der Waals si elsistema se encuentra estabilizado.La agregacin de los asfaltenos depende de factores como la composicin del crudo,la temperatura y la presin en la que se encuentra el crudo. La variacin de alguno deestos parmetros ocasionar la desestabilizacin del sistema crudo-asfaltenos, y porlo tanto se generar la floculacin de asfaltenos y la formacin de material insoluble enel crudo lquido.La composicin del crudo involucra las caractersticas y concentracin de asfaltenos yde las resinas, a la naturaleza del resto de los componentes en el petrleo, as comotambin a su alteracin por la adicin de un solvente suministrado al crudo.


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La dilucin del petrleo con un alcano ligero como el n-pentano, produce uncrecimiento en la afinidad entre las resinas y los componentes del crudo. Las micelasresina-asfalteno se desestabilizan debido a que el solvente remover a las resinas.

Las micelas resina-asfaltenos tambin se desestabilizan y se agregan en grandesflculos, cuando la temperatura del petrleo disminuye o aumenta lo que provoca unareduccin del poder de solubilizacin de los componentes del petrleo en el mismo.

La disminucin de la presin del crudo, bajo condiciones isotrmicas, se asocia con ladisminucin de la densidad del fluido y a la consecuente disminucin de la solubilidadde los componentes en el petrleo. La formacin de micelas se genera a altaspresiones y densidades debido al efecto de energa libre de Gibbs, las micelas sepueden desestabilizar cuando la presin disminuye y se ocasionan la posteriorfloculacin de asfaltenos.


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4. TEORAS SOBRE LA PRECIPITACIN DE ASFALTENOS.

Algunos factores que causan la floculacin de asfaltenos en el crudo fueronmencionados, no obstante existen teoras y modelos, basados en distintas teorasmicroscpicas, que tratan de explicar este fenmeno y que a la vez sirven parapredecir los distintos mecanismos de precipitacin de los asfaltenos.

El principal objetivo de los modelos fsicos consiste en el estudio del comienzo de laprecipitacin y la cantidad de asfaltenos floculados en el petrleo. Los modelos deprecipitacin de asfaltenos se dividen en dos grupos, el modelo termodinmicocontinuo y el modelo termodinmico coloidal.

El modelo termodinmico continuo [1]utiliza la teora de solucin heterognea para laprediccin del punto onset y la cantidad de depsitos orgnicos del petrleo. El puntoonset indica el comienzo de la floculacin de asfaltenos como consecuencia delaumento en el tamao de la molcula de asfalteno por la agregacin de asfaltenos.

El modelo termodinmico coloidal se utiliza para predecir el comienzo de laprecipitacin de asfaltenos basados en la termodinmica.

4.1 MODELO DE PRECIPITACIN DE ASFALTENOS.

4.1.1 Modelo termodinmico contino.

El modelo termodinmico continuo, conocidos tambin como modelos de solubilidad[5]

predice el comportamiento de fase de los componentes orgnicos pesados dentro delcrudo. Las propiedades de las fracciones pesadas y su dispersin en el crudodependen de sus pesos moleculares y de la composicin qumica del petrleo.

La precipitacin de los componentes con alto peso molecular involucra un cambio enel equilibrio molecular que existe en petrleo por la alteracin su balance. El procesode precipitacin se considera como un proceso termodinmicamente reversible ya quese asume que las partculas de asfaltenos se dispersan y se estabilizan en el crudo. Ladisolucin completa de los asfaltenos en algunos solventes orgnicos tal como eltolueno apoya esta suposicin.

La proporcin [1] de las molculas polares y no polares, y la proporcin de molculasde alto y bajo peso molecular en una mezcla compleja como el petrleo, constituyenlos dos principales factores responsables de mantener la solubilidad dual. Laestabilidad del sistema se altera por la adicin de solventes miscibles. Las molculaspolares y de alto peso molecular como lo asfaltenos se separan de la mezcla en formade liquido o en forma de precipitados slidos.


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Los puentes de hidrgeno y los heterotomos de azufre y nitrgeno de las molculasorgnicas pesadas pueden empezar a agregarse o a polimerizarse y se produce unafase solida que se separa del crudo.

El primer modelo termodinmico se propuso en 1984 por Hirschberg et al y describe

[3]

el fenmeno de la precipitacin de los asfaltenos a travs del equilibrio termodinmicoreversible liquido-lquido de una mezcla de seudo-componentes, los asfaltenos y elresto de las fracciones que constituyen el crudo denominado solvente.

Bajo ciertas condiciones de presin y temperatura, el crudo se puede separar en dosfases lquidas, una de las cuales se constituye solo por los asfaltenos, mientras que laotra por ambos componentes, pero en su gran mayora por el solvente.

Numeroso investigadores [6] han aportados mejora en cuanto al clculo de losparmetros de solubilidad de los asfaltenos y la caracterizacin de las fraccionespesadas presentes en el petrleo. Ver Figura2. [7]

Figura 2. Representacin del Modelo Termodinmico Contino [7]

4.1.2 Modelo termodinmico coloidal.

Los asfaltenos constituyen molculas insolubles y dispersas en el crudo y se asocianen tres o cuatros molculas para formar una micela o coloide.

El modelo coloidal [2] asume que los asfaltenos constituyen partculas slidas dediferentes tamaos suspendidas en forma de coloide en el crudo y estabilizados porlas molculas de resinas adsorbidas en la superficie de los asfaltenos. Cuando lasresinas adsorbidas se disuelven en solucin, las partculas de asfaltenos se puedensometer a agregacin y formar flculos por la fuerzas de atraccin de van der Waals.Esta teora se basa en experimentos de titulacin, los cuales demuestran que cuandoexiste un equilibrio en la adsorcin de resinas y asfaltenos, se causa floculacinirreversible de asfaltenos una vez que se agregan solventes parafinicos a la faseliquida. Las resinas juegan un papel fundamental en la solubilizacin de los asfaltenos


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debido a que reducen su agregacin. El grado de solubilidad de los asfaltenosdepende del efecto peptizante de la concentracin de resinas en el crudo.

Los modelos coloidales poseen su base en la termodinmica estadstica y en laciencia coloidal. El modelo propuesto por Leontaritis [7]asume que la transferencia deagentes peptizantes como las resinas de los asfaltenos al crudo y viceversa es laresponsable de la agregacin de asfaltenos en micelas y su floculacin en grandesmolculas causan su suspensin. La capa externa de la micela sirve como unestabilizador que permite un equilibrio molecular con el resto de los componentes delcrudo y evitan la floculacin de los asfaltenos. El tamao de la micela de los asfaltenosy el espesor de la capa peptizante en el onset depende de factores como lanaturaleza de los asfaltenos y de las resinas, composicin del crudo, temperatura,presin y otros.

Este modelo utiliza termodinmica macroscpica convencional y la ecuacin de estado

para llevar a cabo los clculos de equilibrios liquido-vapor y establecer la fase liquidade la cual los asfaltenos se pueden flocular. Ver Figura 3.

Figura 3. Representacin del modelo Termodinmico Coloidal [7]

4.2 FACTORES QUE PRODUCEN LA PRECIPITACIN DE ASFALTENOS.

Existen evidencias que la desestabilizacin de los asfaltenos, que causan lafloculacin y precipitacin de asfaltenos, se deben a alteraciones del balance quemantiene a los coloides en solucin. Las alteraciones se pueden dividir en varios tipos,

termodinmico, qumico, elctrico, mecnicos entre otros. Los principales parmetros


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que controlan la estabilidad de los asfaltenos se componen de la presin, temperaturay la composicin del crudo por lo tanto ante cualquier accin de naturaleza qumica,elctrica o mecnica, en el proceso de produccin, que modifique dichos parmetrosse ocasiona la floculacin y precipitacin de los asfaltenos en el crudo.

4.2.1 Factores Termodinmicos.

Los cambios graduales en las variables operacionales durante el proceso deproduccin como la presin y la temperatura influencian la solubilidad de losasfaltenos.

Efecto de la presin.

La presin [10]se considera uno de los factores ms importantes que influyenen la precipitacin de asfaltenos. Durante los procesos operacionales la cadade presin del crudo hasta su punto de burbuja provoca que los componentesms livianos como las cadenas de n-alcanos se expandan ms que loscomponentes pesados. El incremento del volumen molar de los compuestoslivianos contina mientras que la presin del crudo descienda. A travs de ladespresurizacin por debajo del punto de burbuja las cadenas livianasabandonan el fluido en forma de gas y se provoca una disminucin en elvolumen molar de los compuestos livianos y el consecuente descenso en laconcentracin de los n-alcanos en el crudo.

La disminucin [3] de la presin y del volumen molar de los compuestos livianosen el crudo se traduce en un descenso de la densidad del fluido y unacorrespondiente disminucin de la solubilidad de los asfaltenos. La separacinentre molculas de la fase lquida del crudo y las micelas de resina-asfaltenoresulta mayor en densidades bajas cuando las interacciones resultan menosatractivas. Por tal motivo al disminuir la presin y por consiguiente la densidad,algunas micelas de resina-asfalteno se agregan y forman grandes flculos quepueden llegar a precipitarse.

El problema de los depsitos de asfaltenos por cambios de presin se producecuando la presin natural del pozo se agota o cuando existe algunamodificacin en las condiciones operacionales y se manifiesta tanto en elyacimiento como en el pozo y facilidades de superficie. La cara de la formacinconstituye la zona ms afectada por la despresurizacin, la cual mostrar undao de formacin asociado a los depsitos orgnicos. Los depsitos [8] deasfaltenos se presentan en los chokes, en las lneas y en la tubera en formade grumos o de esferas. Los grumos se componen de pequeas y delgadasescamas sin una alineacin estructural particular.


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Efecto de la temperatura.

En general [8], la precipitacin de asfaltenos se considera independiente de latemperatura sin embargo la temperatura puede afectar la solubilidad de los

maltenos y las resinas o puede causar la precipitacin de parafinas.

Cuando la temperatura [10] de la formacin aumenta, la solubilidad de lasresinas en los n-alcanos se aumenta tambin y provoca que los asfaltenossean menos solubles en el crudo. Si el poder de solubilizacion de loscomponentes del petrleo disminuye, sin incluir a los asfaltenos, las micelasresina-asfalteno se desestabilizan y se agregan en entre ellas en forma deflculos.

Cuando ocurre una disminucin en la temperatura, se desencadena la

precipitacin de parafinas, las cuales atrapan a los asfaltenos durante susolidificacin.

La temperatura [10] de la cara de la formacin puede cambiar por la inyeccin delquidos y gases como agua caliente, vapor, dixido de carbono u operacionesen el pozo.

Los primeros estudios acerca del comportamiento de los asfaltenos con latemperatura corresponden a Hirschberg et al [5], que notaron que ante unincremento de temperatura, la solubilidad de las resinas en los n-alcanos

aumentan mientras que las solubilidad en asfaltenos disminuye. Burke et alrealizaron trabajos experimentales sobre el efecto de la temperatura en laestabilidad de los asfaltenos y estableci que la solubilidad de los asfaltenosaumentan cuando decrece la temperatura.

4.2.2 Factores Qumicos.

Existen diferentes [3]formas a travs de las cuales se puede provocar cambiosen la composicin del crudo y posterior floculacin de los asfaltenos por

alteracin del equilibrio termodinmico del petrleo. Los distintos factores queproducen la precipitacin del asfaltenos se encuentran asociadas a los casosde contacto del petrleo con fluidos no involucrados en el proceso natural deproduccin, como en mtodos de recobro mejorado [10], estimulacin del pozo,inyeccin qumica y en otras operaciones como workover y control de arenas.

Los factores ms influyentes en la estabilidad de los asfaltenos se listan acontinuacin [8]:

Inyeccin de dixido de carbono: El dixido de carbono es utilizado enprocesos de recobro mejorado por su efecto positivo en la miscibilidad y

en el hinchamiento del crudo. Sin embargo el CO2 representa una de las


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causas ms comunes de floculacin de asfaltenos en pozosproductores. El CO2 produce una desestabilizacin en el equilibrio de lasolucin por disminucin del pH, cambios de composicin y formacinde turbulencias.

Inyeccin de gases ricos: La inyeccin de gases ricos desestabiliza alos asfaltenos porque disminuye la proporcin de carbonos ehidrgenos. Los hidrocarburos livianos tienen una menor afinidad conlas estructuras asfaltnicas comparado con el crudo que posee unaproporcin de carbono e hidrgeno alta.

Alteracin del pH: los cambios en el pH se produce por la presencia deCO2, cido mineral o cido orgnico ocasionado por bacterias. Laalteracin del equilibrio de la solucin desencadenara los depsitos deasfaltenos.

Procesos de estimulacin: El contacto del crudo con aditivos deestimulacin incompatibles como el alcohol isopropilico, alcoholmetlico, acetona e incluso glicol o solventes duales a base desurfactantes, que no poseen componentes aromticos, pueden causarla floculacin de los asfaltenos a partir de la solucin. En procesos deacidificacin con cidos minerales fuertes se causa cambios bruscos enel equilibrio qumico local por pH y por liberacin de dixido de carbono,como tambin se eleva la concentracin de iones.

4.2.3 Factores Elctricos.

El estudio [3]de los depsitos orgnicos en el yacimiento ha mostrado que unade las principales causas de desestabilizacin de los asfaltenos constituye lapresencia de un campo elctrico que se generaba por el flujo de partculascargadas dentro del medio poroso y de la tubera.

Los asfaltenos por su caracterstica polar, poseen una carga elctricaintrnseca, que se considera responsable en cierta forma de la estabilidad de lamicela asfaltenos-resina, segn el modelo coloidal. Las micelas se mantienenestabilizadas debido a las fuerzas de repulsin electrostticas de los ncleoscargados de igual signo. La generacin de un potencial elctrico debido al flujode partculas cargadas o la aplicacin de un potencial externo grande, puedellegar a neutralizar las cargas elctricas, perturbar el balance de fuerzas entrelas micelas y causar la floculacin de asfaltenos.

4.2.4 Factores Mecnicos.

Los factores mecnicos [3] incluyen los esfuerzos de cizalla por equipos debombeo de subsuelo como bombas de varilla y bombas electrosumergibleadems de fuerzas de friccin y fuerzas de impacto entre partculas. Losesfuerzos se asocian a cadas de presin en el fondo del pozo y con el equipode superficie.

4.2.5 Otros factores.

Algunos slidos

[3]

suspendidos en el crudo como finos de arcillas o minerales,limaduras de metales, sedimentos y grava favorecen los procesos de


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precipitacin de los asfaltenos. Las pequeas partculas suspendidas en elcrudo pueden servir de ncleos que promueven la adhesin de los coloides deasfaltenos. Se forman as grandes cadenas de molculas que tienden aprecipitarse ms rpido de la solucin. Este efecto ocurre a nivel de las

perforaciones y a nivel de las tuberas donde las rugosidades internas tambinrepresentan sitios de nucleacin para los depsitos orgnicos.


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5. MECANISMOS DE DEPOSITACIN DE LOS ASFALTENOS.

El tipo y la cantidad de depsitos orgnicos del petrleo varan dependiendo de loshidrocarburos presentes en el crudo y de las proporciones de compuestos pesados.

En esta seccin se describirn los mecanismos de depositacin orgnica durante laproduccin, transporte y procesamiento del crudo segn Mansoori [11].

5.1 EFECTO DE DISPERSIN MIXTA.

El grado de dispersin de los asfaltenos en el crudo como molculas estabilizadasdepende de la composicin de qumica del petrleo. La proporcin de las molculaspolares y no polares, y de las molculas livianas y pesadas en el crudo constituye elfactor responsable de mantener la estabilidad de los distintos compuestos en el crudo,

como se puede observar en la Figura 4. La precipitacin de asfaltenos se puedeexplicar como una alteracin en el balance de la dispersin mixta.

Figura 4. Vista Microscpica de los Componentes del Petrleo [11]

El balance de la dispersin mixta del petrleo se puede desestabilizar por cambios enla temperatura, presin y composicin, por lo que las fracciones ms polares ypesadas se separan del crudo otra fase liquida o en precipitados slidos. Ver

Figura 5.


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Figura 5. Floculacin y Precipitacin de los Componentes Pesados en el Petrleo por la Introduccin de un

Solvente Miscible [11]

5.2 EFECTO COLOIDAL.

Los asfaltenos se separan del crudo como agregados y permanecen suspendidosgracias a agentes peptizantes como las resinas, las cuales se absorben en susuperficie. La Figura 6 ilustra el fenmeno de separacin descrito. La estabilidad delos coloides se considera funcin de la concentracin de resinas en la solucin, lafraccin ocupadas por las resinas en la superficie de las partculas pesadas, lascondiciones de equilibrio entre las resinas y la superficie de las partculas orgnicaspesadas.

Figura 6. Vista microscpica del fenmeno coloidal en el petrleo [11]


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5.3 EFECTO DE AGREGACIN.

La variacin en la concentracin de las resinas en el aceite implica cambios en lacantidad adsorbida de resinas sobre las partculas orgnicas pesadas. La

concentracin de agentes peptizantes puede disminuir hasta un punto en el cual lasresinas no rodea por completo a la molcula de asfaltenos como se observa en laFigura 7.

Figura 7. Vista microscpica del fenmeno de agregacin [11]

Por lo tanto, cuando dos partculas de asfalteno con movimiento browniano presentancontacto en reas libres de resina se adhieren y forman un cmulo asfaltnico de dospartculas que se difundir en el sistema con la probabilidad de quedar pegado a otraspartculas individuales o a otros agregados asfaltnicos de tamao variable que seencuentren en el aceite. A este fenmeno se le conoce como agregacin y seconsidera irreversible.

Figura 8. Vista microscpica del fenmeno de floculacin y depositacin de una molcula orgnica gran

tamao.[11]


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5.4 EFECTOS ELECTROCINTICOS.

El efecto electrocintico se debe considerar en la precipitacin de asfaltenos cuando

el petrleo flujo a travs del medio poroso, del pozo o de la tubera. El efecto consisteen la generacin de una diferencia de potencial elctrico debido al movimiento departculas cargadas. La diferencia de potencial causa un cambio en la distribucin delas cargas y en las partculas coloidales. Los factores que influyen en el efectoelectrocintico recaen sobre las caractersticas elctricas y trmicas del medio,rgimen de flujo, propiedades fluyentes del aceite y las caractersticas polares de loscompuestos orgnicos pesados y de las partculas coloidales. Ver Figura 9.

Figura 9. Depositacin electrocintica de asfaltenos en una tubera [11]


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6. DESCRIPCIN DEL DAO DE FORMACIN POR LA DEPOSITACIN DEASFALTENOS.

Durante la etapa de produccin de petrleo las condiciones termodinmicas dentro dela cara de la formacin se pueden encontrar dentro de la envolvente de floculacin delfluido del yacimiento, lo cual causa el dao de formacin por depositacin deasfaltenos.

El dao de formacin se describe en forma matemtica como la reduccin en lamovilidad efectiva al petrleo definida, por la ecuacin (*).

Se han identificado [14] tres mecanismos de dao de formacin cuando los asfaltenosreducen la movilidad efectiva del petrleo, el primero por el incremento de laviscosidad del fluido de yacimiento por la formacin de emulsiones de agua enpetrleo siempre y cuando el pozo produzca estos fluidos en forma simultnea. Laviscosidad del petrleo puede aumentar tambin por el incremento de la concentracinde las partculas de asfaltenos en la regin cercana al pozo, aunque medicionesexperimentales indican que el incremento en la viscosidad por la floculacin deasfaltenos resulta despreciable. El segundo mecanismo constituye el cambio dehumectabilidad de la formacin de humectable al agua a humectable al aceite, debidoa la adsorcin de asfaltenos sobre la superficie mineral de alta energia como se

observa en la figura 10. El fenmeno de alteracin de humectabilidad resulta pocoprobable en yacimientos de fluidos asfaltnicos que ya se encuentra conhumectabilidad mixta o al aceite, debido al hecho que la superficie mineral haadsorbido a los asfaltenos durante largos periodos de tiempos geolgicos antes quelos pozos sean abiertos a produccin. El tercero constituye el ms probablemecanismo de dao, consiste en la disminucin de la permeabilidad de la formacinpor taponamiento de las gargantas de poros por las partculas de asfaltenos y seilustra en la figura 11.

Los problemas asociados a la depositacin orgnica se pueden evitar o minimizar enla medida que se cuenten con condiciones de operacin que garanticen que el fluidode yacimiento se encuentre fuera de la envolvente de floculacin de asfaltenos.


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Figura 10. Cambio de humectabilidad por depositacin de asfaltenos [16].

6.1 ASPECTOS FUNDAMENTALES SOBRE LA ADSORCIN DEASFALTENOS.

Cuando la floculacin de asfaltenos ocurre dentro del medio poroso puede continuarcon la depositacin o adsorcin en la superficie mineral. La floculacin y depositacion[11] constituyen dos procesos distintos, gobernados por diferentes mecanismos. Sisucede una adsorcin de asfaltenos sobre el medio poroso se causa un dao deformacin por reduccin de permeabilidad.

Figura 11. Taponamiento de gargantas de poros por asfaltenos [16].


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La humectabilidad original al agua de una superficie mineral se puede alterar tambinpor la adsorcin de componentes polares orgnicos del crudo, como los asfaltenos. Lamayor concentracin de asfaltenos y resinas se encuentran en crudos pesados.Debido al alto peso molecular y al carcter polar los asfaltenos y de las resinas, la

adsorcin de compuestos orgnicos desestabiliza a la pelcula de agua y se cambia lahumectabilidad del medio poroso.

Los factores [12] ms importantes que controlan la adsorcin de asfaltenos ensuperficies minerales se enlistan a continuacin:

La presencia, naturaleza, estabilidad y espesor de la pelcula de agua sobre lasuperficie mineral.

La naturaleza qumica y estructural de los minerales. El contenido de asfaltenos y resinas en el crudo. La presencia de asfaltenos y resinas en crudo en forma de micelas coloidales o

agregados. La capacidad de la fraccin de hidrocarburos del crudo para estabilizar estos

agregados coloidales e incluso disolverlos en la solucin.

Las interacciones entre los asfaltenos y las superficies minerales determinan el gradoen el cual la adsorcin se considera irreversible.

Buckey et al [19] presentaron un trabajo de laboratorio donde se estudio la adsorcin delos componentes polares del crudo en las superficie mineral y la alteracin de laspropiedades humectantes. Reconocieron los distintos mecanismos de adsorcin de loscomponentes polares del crudo en las superficies minerales, tales como lacomposicin del crudo y la calidad del solvente de los asfaltenos en el petrleo.

La composicin del crudo constituye un factor importante en la alteracin de lahumectabilidad en dos formas:

Los compuestos polares presentes en el crudo, como las asfaltenos y lasresinas poseen actividad superficial e influencia humectante.

El petrleo por si solo constituye un medio solvente que influye separandocomponentes de superficie activa entre el crudo y las interacciones agua/aceiteo agua/aceite/roca.

Las interfases entre el crudo y la salmuera se encuentran cargadas elctricamente con

un carcter positivo y negativo. Las cargas elctricas dependern de los componentesdisponibles en el crudo y de la composicin de la salmuera cuando existe un contactoentre ellos. La adsorcin de algunos componentes del crudo si bien resulta anloga ala adsorcin de un surfactante, se limitara debido a que los compuestos que seadsorbern solo existen en la interfase crudo/salmuera, y no en la fase petrleo oagua.

Los componentes polares [19] en el crudo se pueden adsorber por distintosmecanismos, bajo la presencia de una fase acuosa. Las interacciones involucradas enel fenmeno de cambio de humectabilidad ocurren entre petrleo/salmuera/roca ypuede incluir las siguientes:


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Interacciones polares, que predominan bajo la ausencia de una pelcula deagua en el crudo y la superficie slida.

Precipitacin superficial, que depende de las propiedades del crudo paramantener disueltos a los asfaltenos.

Interacciones entre cido/base, que controla la carga superficial en lassuperficies aceite/agua y roca/agua. Enlaces inicos o interacciones especificas entre los puntos cargados y los

iones de alta valencia.

Interacciones Polares [19]. Se ha encontrado adsorcin de asfaltenos en forma directasobre la superficie mineral. Algunas variables importantes afectan la adsorcin sobrela roca bajo la ausencia del agua como el tipo de mineral y sus cationesintercambiables, adems del contenido de nitrgeno en el petrleo y del solvente en elcual los compuestos polares se disuelven. Los autores reportan la presencia de unacapa adsorbida para todos los solventes utilizados excepto el nitrobenceno, unsolvente polar. El espesor de la capa depender del solvente con el que se

precipitaron los asfaltenos. El material adsorbido se enriquece con la presencia denitrgeno, oxigeno y azufre, y posee un mayor peso molecular que el crudo del cualprovino. Los ms probables grupos funcionales involucrados en las interaccionespolares y su variedad de formas pueden interactuar con las superficies. La figura 12ilustra los grupos funcionales son funcionalidad polar.

Figura 12. Grupos funcionales involucrados en las interacciones polares [19].

Precipitacin superficial[19]. La capacidad del crudo para actuar como un solvente delos asfaltenos vara en forma amplia. Si el petrleo constituye un solvente pobre paralos compuestos asfaltnicos, la tendencia para la alteracin de la humectabilidad seaumentara como se muestra en la figura 13. Buckley muestra medicin en laboratorioacerca de la cantidad del material adsorbido, ngulos de contacto y la tasa de

imbibicin en un ncleo de arenisca. Se concluye que una mayor adsorcin deasfaltenos y condiciones de poca humectabilidad del agua se obtiene cuando el crudoresulta un pobre solvente para los asfaltenos. Este resultado implica la importancia decuantificar la calidad del solvente del crudo las interacciones entre el crudo y la roca.

Interacciones cido/Base [19]. El agua juega un papel fundamental por su influenciaentre las interacciones petrleo/roca. Bajo la presencia del agua, ambas interfases seencuentran cargadas. Los grupos funcionales polares que pertenecen a la fase mineraly a la fase del crudo se pueden comportar como un cido, donde cede un protn yresulta cargado negativamente y como una base, donde gana un protn y por lo tantoqueda cargado positivamente.


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Figura 13. Precipitacin superficial [19].

Existen dos importantes maneras en los cuales el fenmeno de carga superficialinfluye en las interacciones entre el crudo, salmuera y las superficies slidas:

1. La carga neta afecta la estabilidad de la pelcula de agua:La estabilidad de la

pelcula de agua entre el mineral y el crudo depender de las fuerzas DLVO yser alta mientras el grado de salinidad de la salmuera sea baja. Para unpetrleo o superficie solida dada, las cargas superficiales depende de lasreacciones de disociacin cido/base las cuales a su vez dependern del pHde la superficie mineral. Para algunas composiciones de salmuera, lasinterfases aceite/agua y roca/agua se cargarn y la repulsin resultanteestabilizar la pelcula de agua. Si la pelcula se encuentra estabilizada, lascondiciones de humectabilidad hacia al agua se mantendrn, mientras que si lapelcula no se encuentra estable, el colapso de la pelcula de agua permitir laalteracin de la humectabilidad.

Figura 14. Interacciones cido/Base. [19].

2. Las zonas cidas y/o bsicas ionizadas influyen en la adsorcin: El colapso dela pelcula de agua constituye el primer paso de la modificacin de lahumectabilidad. En este punto los componentes del crudo en la interfaseaceite/salmuera se pueden adsorber en la superficie slida. La figura 14muestra la adsorcin de una partcula de asfalteno, cargada positivamente,sobre una superficie mineral (SiO) cargada en forma negativa y con un pH porencima de 2. Las superficies de calcita resultan ms complejas, aunque puedeser cargadas por debajo de un pH de 9,5 donde se aumenta la adsorcin de

partculas cidas.


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Enlaces Inicos [19]. Las interacciones cido/base se disminuyen cuando haypresencia de iones Ca2+. Con el ion Ca2+ surgen interacciones como, aceite - Ca2+ -aceite, mineral - Ca2+ -mineral y aceite - Ca2+ -mineral. Las primeras dosinteracciones pueden limitar la alteracin de la humectabilidad, mientras que la

ultima puede promoverla como la figura lo muestra 15.

Figura 15. Enlaces Inicos. [19].


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7. MODELOS MATEMTICOS DE DAO DE FORMACIN POR LADEPOSITACIN ASFALTENOS.

Leontaritis desarroll [15] en 1998 un modelo resumido para prediccin del dao deformacin y la declinacin de la productividad por la precipitacin de asfaltenos en unyacimiento de crudo asfaltnico cuya presin se encuentra por encima de la presin deburbuja (yacimiento subsaturado). El autor asume que en yacimientos de estascaractersticas se produce solamente petrleo, por lo cual el mecanismo de dao msimportante constituye el bloqueo de las gargantas de poros por las partculas deasfaltenos y de esta forma se reduce la permeabilidad de la roca.

La depositacin de asfaltenos afecta la zona cercana a la cara de la formacin desdecero hasta un pie hacia dentro de la misma. En algunos casos los asfaltenos puedecausar dao de formacin varios pies dependiendo del drawdown y de las operacionesde recuperacin.

El modelo [6]se basa en el hecho de que los petrleos crudos que exhiben procesosde precipitacin y depositacin de asfaltenos durante el proceso de agotamientoprimario constituyen los subsaturados, lo que significa que existen en el yacimiento apresiones superiores a la presin de burbujeo. Estos petrleos crudos tienden a tenerbajo contenido de asfaltenos y alto contenido de gas. Durante la produccin delyacimiento, a una temperatura constante, una vez que la presin se reduce para

interceptar la envolvente de asfaltenos (ADE), la que indica el comienzo de lafloculacin de asfaltenos. La presin del inicio de floculacin de asfaltenos sedenomina El fenmeno de la floculacin puede ocurrir cuando el pozo produce aaltas tasas de flujo o altos drawdowns.

El modelo de dao de formacin por asfaltenos constituye una descripcin matemticade retencin de partculas de asfaltenos en las gargantas de poros de la formacin.Para la formulacin del modelo se requiere primero conocer la cantidad y distribucindel tamao de la partculas de asfaltenos floculados en funcin de las propiedadestermodinmicas del sistemas.

Se asume que las distribucin del tamao de las partculas de asfaltenos se puedecalcular en cualquier punto dentro de la envolvente de depositacin de asfaltenos(ADE), determinada por un modelo termodinmico de floculacin de asfaltenos para uncrudo.

Cuando las partculas de asfaltenos taponan la formacin a una distancia del centrodel pozo, entonces el rea de flujo se reduce. El rea afectada por las partculas deasfalteno a un radio y a un tiempo se representa por . Para calcular se necesita conocer el nmeros de moles de asfaltenos atrapadas a unadistancia

y tiempo


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, . representa el incremento en el nmero de moles partculas deasfaltenos atrapadas a una distancia y tiempo dentro de un intervalo de tiempo yde formacin adems del incremento del rea taponada .Etapa 1- En un tiempo inicial de la precipitacin de asfalteno denotado como antes del dao por asfaltenos. Entonces el ndice de productividad, , la presinfluyente de fondo , se define segn la ley de Darcy para flujo lineal como:

!" # $% &'()

*+,-./ .$0 1 2 El perfil radial de la presin de para flujo estable antes del dao se calcula as:

. $% 3 !*&'() +, 4 ../5 &El modelo asume que la depositacin de asfaltenos ocurre dentro de la regin cercanaa la pared del pozo, 6 7 7 89, donde la presin se encuentra por debajo de lapresin de floculacin de asfaltenos.

El radio 89representa el radio afectado por la floculacin de asfaltenos como muestraen la figura 12 y se calcula con la ecuacin &a partir de 89. La regin 89 7 7:no se encuentra influencia por la depositacin de asfaltenos.

Figura 16. Regiones involucradas en la depositacin de asfaltenos.

Etapa 2- Al igual que Wojtanowicz et al (1987, 1988), Leontaritis consider el medioporoso como un conjunto de tubos paralelos tortuosos. Por lo tanto el radio hidrulico,;, se estima como la razn entre el volumen poroso total y el rea superficial total deporo dentro de los canales, con el objetivo de conocer la distribucin de las gargantasde poros.

.< =>+?@A, BCD > EA+ DC,C+ EA F+?G>.AC H?IA.FJDJC+ EA+ DC,C+ EA F+?G>

KLMNOPQ RSTL UPM TSQSM UP VMNWL XYZ [


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\] .AI.AHA,^C A+ .AC ^.C,HBA.HC+ EA+ DC,C+ EA F+?G>_] .AI.AHA,^C +C +>,`J^?E EA+ DC,C+ EA F+?G>

a] .AI.AHA,^C +C I>.>HJECE EA+ DC,C+ EA F+?G>

bPS cNdPbVeTeSM UPM TSQSM UP VMNWL XYf # Z XdKd g \h].AI.AHA,^C A+ .AC H?IA.FJDJC+ EA ?, `.C,> > IC.^D?+C EA+ @AEJ> I>.>H>

=h] .AI.AHA,^C A+ B>+?@A, EA ?, .C,> > IC.^D?+C EA+ @AEJ> I>.>H>Por lo tanto, el radio hidrulico en funcin de las propiedades del grano del medioporoso se define como:

.< =ia\h2 # a j

Las propiedades del grano del medio poroso como la ky lk, adems de la porosidadse pueden obtener de forma experimental.

Cuando se conoce el dimetro promedio del grano mnse tiene:=i\h

op '.qro'.qs .qp

E qt t Entonces se puede expresar el radio y el dimetro hidrulico en funcin del dimetro

promedio del grano de la siguiente forma:

.< E qat2 # au E < E qap2 # a v

Ahora se pueden determinar la funcin de distribucin del tamao de los tubos w8,la fraccin molar x8y volumen molar y8de los asfaltenos floculados y las moles de losfluidos de yacimiento z9a condiciones de presin y temperatura en la regin cercanaa la pared del pozo.

Leontaritis asume que el dao en la permeabilidad sucede por taponamiento de las

gargantas de poros y generaliza una 2p0 de la regla del dedo gordo (pulgar), para lafiltracin de partculas que no puede ser retenida y mayores que cierta fraccin deltamao de poro y determina la fraccin de partculas capturadas y depositadas en lasgargantas de poros, {|.

Ei 2p E< } Donde m8|representa el dimetro de la partcula de asfalteno ms pequea retenidaen los poros de la formacin.


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Figura 17. Representacin esquemtica de la depositacin de Asfaltenos en la regin cercana al pozo y eldimetro hidrulico en los tubos paralelos

Ahora se pueden determinar la funcin de distribucin del tamao de los tubos w8,la fraccin molar x8y volumen molar y8de los asfaltenos floculados y las moles de losfluidos de yacimiento z9a condiciones de presin y temperatura en la regin cercanaa la pared del pozo.

Leontaritis asume que el dao en la permeabilidad sucede por taponamiento de las

gargantas de poros y generaliza una 2p0 de la regla del dedo gordo (pulgar), para lafiltracin de partculas que no puede ser retenida y mayores que cierta fraccin deltamao de poro y determina la fraccin de partculas capturadas y depositadas en lasgargantas de poros, {|.

m8| 2p m; } Donde

m8|representa el dimetro de la partcula de asfalteno ms pequea retenida

en los poros de la formacin.

En general para estimar el dimetro de partcula critica por taponamiento como unafraccin del dimetro hidrulico de los tubos se utiliza la siguiente expresin:

m8|~ m ; Donde representa un factor emprico que tiene en cuenta la variacin del tamao delas partculas de asfaltenos ms pequeas filtradas y se puede utilizar para ajustarcuando el matching histrico de los datos de produccin de un pozo se encuentrainfluenciado por el dao de formacin por asfaltenos.


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La fraccin de partculas de asfaltenos que no puede atravesar la garganta de poros ypor lo tanto ser capturado en stas, se calcula as:

F"i F E

2

Etapa 3- El incremento en las moles de las partculas de asfaltenos atrapados y elrea de flujo cerrada en un intervalo de tiempo ^, se puede obtener as:

El nmero incremental de moles de la partcula atrapada en . y en un tiempoincremental G, ^ G^.

@"

@

F"i

22

@] ,@A.> ^>^C+ EA @>+AH EA+ F+?JE> EA CDJ@JA,^>]F.CDDJ, @>+C. EA +>H CHFC+Â,>H F+>D?+CE>H

F"i]F.CDDJ, EA +>H CHFC+Â,>H !?A ,> I?AEA, C^.CBAHC. +C `C.`C,^C EA I>.> El rea incremental taponada por las partculas de asfaltenos en .y G.

\" @ "B"C 2&

B"] =>+?@A, @>+C. EA +C IC.^D?+C EA CHFC+Â,>C] H?IA.FJDJA AHIADFJDC EA +CH IC.^JD?+CH EA CHFC+Â,>H .AÂ,JECH A, A+ @AEJ> I>.>H>

C o'Eh &0 sop 'Eh &0 r

tEh 2p

@"] A I?AEA DC+D?+C. C IC.^J. EA +C AD?CDJ, 22

] .AI.AHA,^C ?, FCD^>. [email protected]> EA D>,Â> I>. A+ ^CI>,C@JA,^> EA +CH IC.^D?+C EACHFC+Â,>H A A,D?A,^.C A,^.A 2 A J,EJDC +C AFJDJA,DJC EA+ CI>,C@JA,^> AAHA. ?HCEC D>@> ?, IC.@A^.> EA CG?HÂ A+ @C^D)J,` )JH^.JD> AH^C EJHI>,J+A

Ahora al combinar las ecuaciones 2 22 2& 2p sobre un nmeroconsecutivo de pasos discretos en el tiempo ^.Entonces el rea de flujo acumulada cerrada al flujo por el taponamiento de lagarganta de poro ser:


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\" \ "

-@"B"C1

\" 4@ F"iB" tEh 5

\" 4@ F"iB" tE, EA +CH IC.^JD?+CH EA CHFC+^A,>H C^.CICECH I>. @>+ EA F+J?E> EA CDJ@JA,^> ECECI>. +C AD?CD?, 2Al integrar la ecuacin (33) y sustituir la ecuacin (34) en sta, se obtiene una

expresin para calcular el rea promedio taponada por los asfaltenos en el i-simoanillo,

\" pF"i%!%. # . .i BE.E^"

" pj

Cada anillo cilndrico de la formacin puede tener su propia permeabilidad ycondiciones de presin y temperatura.

Las funciones , F"i y Bpueden variar de un anillo a otro. , y Bpueden variardentro un anillo cilndrico particular en funcin del tiempo y del radio.El taponamiento por asfalteno se comporta como un choke para las gargantas deporos del medio poroso. La velocidad intersticial aumenta cuando el taponamientoocurre dentro de la formacin afectada para una tasa de produccin constante. Si lavelocidad intersticial sobrepasa una velocidad critica, los asfaltenos depositados secomienzan a desplazar y a moverse con el flujo. La tasa de erosin llega a ser igual ala tasa de depositacin a condiciones de estado estable. El rea disponible a flujo\"a estas condiciones corresponde a la fraccin del rea inicial de flujo \".Para garantizar las condiciones de estado estable en el modelo se plantea la ecuacin(36),

u \" -F"i 3 1\ " pt

Donde representa un parmetro de ajuste entre 0 y 1. La condicin de estado-estable hace que la tasa de erosin sea igual a la tasa de depositacin para el flujo.


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daños a la formacion por asfaltenos

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