viscosidad crudos imp

Ecuacin para la correlacin de la viscosidad de

mezclas: crudo pesado + diluyente

Ascencin Romero Martneza y Rafael Eustaquio Rincnb

Instituto Mexicano del Petrleo, Direccin de Investigacin y Posgrado,

Programa de Ingeniera Molecular- rea de Investigacin en Termofsicaa,

Laboratorio de Propiedades Termofsicasb,

Mxico D.F., Mxico. [email protected], [email protected]

XXVIII Jornadas Tcnicas de la AIPM Mxico, D.F. 25 de octubre de 2013

CONTENIDO Motivacin

Introduccin

Ecuacin original de Puttagunta y Col. (1993)

Modificacin de la ecuacin de Puttagunta, para incorporar el efecto del diluyente

Resultados

Conclusiones


MOTIVACIN Las condiciones (temperatura, presin, etc.,) a las cuales los hidrocarburos son producidos, transportados y procesados, aparte de la naturaleza misma del fluido, hacen necesario el conocimiento de sus propiedades fsicas, bajo condiciones especficas para un mejor diseo y desempeo de los procesos involucrados, as como para el dimensionamiento correspondiente. Una de estas propiedades es la viscosidad, la cual es de gran importancia para la seleccin del equipo requerido para llevar a cabo un transporte apropiado del fluido. La temperatura es de los parmetros que mayor efecto imprimen en los cambios asociados a las propiedades fsicas en general, aparte del efecto de la presin. Esto tiene impacto en el diseo y dimensionamiento de equipo de transporte (bombas, tuberas, vlvulas y conectores) as como en el tamao y resistencia mecnica de recipientes de almacenamiento o reaccin.


MOTIVACIN

El transporte de crudos pesados y extra-pesados no puede realizarse a travs de un ducto sin una reduccin previa de su viscosidad. Esto se obtiene mezclando al crudo en cuestin con alguna corriente de hidrocarburos ligeros disponible para estos propsitos. En este caso, la viscosidad resultante es funcin de la velocidad de dilucin, as como de las respectivas propiedades de densidad y de viscosidad del crudo y del diluyente.

La disponibilidad de informacin experimental relacionada con la viscosidad de un crudo mexicano de 14.2 API, sin diluir y diluido en cuatro diferentes diluyentes (3 componentes puros y una mezcla de condensados de gas natural) que permiti establecer el efecto del diluyente en el abatimiento de la viscosidad de la mezcla, como funcin de la temperatura y concentracin del diluyente.



Introduccin

La demanda creciente de energticos (hidrocarburos), as como los avances en las tecnologas de produccin de crudos pesados y extra-pesados, han conducido a un incremento importante en la produccin de este tipo de crudos. La gravedad API de los crudos pesados y extra-pesados es extremadamente baja. Por ejemplo, un crudo extra-pesado de Athabasca tiene una gravedad API entre 8 y 10 , un crudo pesado del Orinoco muestra una gravedad API de 10 a 12. Estos intervalos de gravedad API son similares a los mostrados por crudos mexicanos de campos como el Ku Malob Zaap. Estas altas densidades conducen a valores correspondientes de viscosidad altos. En el caso del crudo de Athabasca, este valor alcanza valores del orden de 1 000 000 cP, el crudo de Venezuela muestra valores de 1500 a 3000 cP, mientras que crudos mexicanos similares muestran valores en los mismos intervalos, a condiciones de temperatura y presin de yacimiento. Estas propiedades fsicas hacen que un aceite con estas caractersticas sea difcil de producir, separar y transportar. La mayora de los sistemas de ductos que transportan crudos requieren que su gravedad API sea de alrededor de 19 , con lo cual se espera que su correspondiente viscosidad est en el orden de los 400 cP a la temperatura ambiente


Introduccin

Tomando en cuenta la disponibilidad de informacin experimental relacionada con la viscosidad de un crudo mexicano de 14.2 API, relativamente pesado, sin diluir y diluido en cuatro diferentes diluyentes (3 componentes puros y una mezcla de condensados de gas natural) que permiti establecer el efecto del diluyente en el abatimiento de la viscosidad de la mezcla, como funcin de la temperatura y concentracin del diluyente. Lo anterior, permiti rescatar una ecuacin (Romero-Martnez y Col., 2010) que se haba implementado para predecir la viscosidad de crudos pesados y bitmenes, incluyendo el efecto de la temperatura y presin sobre esta propiedad, para modificarla incorporando alguna propiedad del diluyente (la densidad a 298.15 K) y su concentracin en fraccin masa que permitiera, en primera instancia, correlacionar esta informacin experimental, con la intencin de hacerla predictiva. Lo anterior, junto con la informacin experimental correspondiente, permitieron obtener los resultados de correlacin que se muestran ms adelante. Los datos experimentales empleados fueron reportados en un trabajo previo (Rangel y Eustaquio, 2012).


La ecuacin para la prediccin de la viscosidad, Puttagunta y Col. (1993)

donde s, B0 y d dependen del parmetro de caracterizacin b, C es una constante,

T es la temperatura en C, P es la presin en MPa, y m es la viscosidad en Pa s.

El parmetro b se deriva a partir de un valor nico experimental de viscosidad a

30 C y 1 atm de presin, de acuerdo con:

)*exp(*

)15.303

30T1(

b3026.2ln 0 TdPBC

s

m

CbMPaC

)0,30(10

log m

0061814.0*0015646.0

0081709.0*0047424.0

5364.3*0066940.0

0020.3

0

bd

bB

bs

C


RESULTADOS PREVIOS Prediccin de valores de viscosidad de un crudo mexicano de 11.4 API

a 10 MPa

T/ C mexp mpred difvisc

Error rel

abs% dif^2 mpred

Pa . S Pa s Pa s

30 21.323 21.384 -0.061 0.28 0.00367762 28.271

40 6.827 7.192 -0.365 5.34 0.13313481 9.492

50 2.815 2.804 0.011 0.38 0.00011306 3.695

60 1.277 1.238 0.039 3.05 0.00151663 1.629

70 0.633 0.607 0.026 4.12 0.00067954 0.797

sumdif^2 0.139

desvest 0.167

Crudo de 11.4 API 2.63 MPa promedio

2.25 MPa desvest


Modificacin de la ecuacin de Puttagunta y Col. (1993) , para incorporar el efecto del diluyente

Se aprovecha el esquema original de Puttagunta y col (19933), modificando el parmetro C, que aparece como constante, el cual se hace ahora funcin de alguna propiedad que caracterice al diluyente, se propone usar la densidad junto con la concentracin en fraccin masa, a travs de la siguiente relacin:

C0 y C1, son parmetros ajustables que se obtienen para cada mezcla crudo + diluyente, empleando valores de viscosidad de dicha mezcla a la temperatura ms baja disponible, fmdil, es la fraccin masa de diluyente, dendil, es la densidad del diluyente. Para esto, se hace uso de una tcnica de ajuste por mnimos cuadrados.

10 /ln CdendilfmdilCC

Diluyente Densidad/g cm-3

Tolueno 0.8623

Escualeno 0.8580

Escualano 0.8051

Condensados de gas natural 0.7052

Valores de densidad de los diferentes diluyentes empleados para correlacionar la viscosidad de mezclas crudo + diluyente


Resultados

Con T/K

Diluyente C0 C1 ER Prom(%) DesvEst

mPa s

Toluene 0.00428 -0.0320 2.70 2.19

Squalene -0.01548 -0.3050 4.79 4.15

Squalane -0.06948 -1.0365 12.99 14.13

gas condensates -0.00893 -0.2907 4.85 8.77

Resultados de la correlacin de viscosidad de mezclas crudo + diluyente, con C0 y C1 ajustados para cada mezcla. T en K y T en C.

NParNPDesVest

NP

i

cal

ii

1

2exp)( mm En la ecuacin , m es la viscosidad, NP es el nmero de puntos experimentales y NPar el

nmero de parmetros que se estn ajustando

Con T/C

Diluyente C0 C1 ER Prom(%) DesvEst

mPa s

Toluene 0.00446 -0.0298 2.72 2.20

Squalene -0.01551 -0.3056 4.82 4.17

Squalane -0.06968 -1.0395 13.01 14.11

gas condensates -0.00893 -0.2907 4.86 8.78

En esta tablas, ERProm, es el error relativo promedio en porciento, DesvEst es la desviacin estndar de la correlacin.


Resultados

Comparacin de valores experimentales y de la correlacin, de viscosidad como funcin de temperatura, de sistemas crudo pesado + tolueno, a diferentes concentraciones de diluyente en fraccin masa


Resultados

Comparacin de valores experimentales y de la correlacin, de viscosidad como funcin de temperatura, de sistemas crudo pesado + condensados de gas natural, a diferentes concentraciones de diluyente en fraccin masa


Resultados

Comparacin de valores experimentales y de la correlacin, de viscosidad como funcin de la fraccin masa del diluyente, de sistemas crudo pesado + tolueno, a diferentes temperaturas

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Vis

cosi

dad

/mP

a s

fraccin masa de tolueno

T=20exp

T=30 C

T=20corr

T=30corr

T=40exp

T=40corr


Conclusiones

La ecuacin propuesta en este trabajo representa satisfactoriamente la informacin experimental de viscosidad de mezclas crudo + diluyente, capturando la funcionalidad con temperatura y concentracin de diluyente que permiti la informacin experimental disponible, quedando pendiente la capacidad que tiene la ecuacin para incorporar el efecto de la presin sobre la propiedad bajo estudio.

El efecto de un diluyente sobre la viscosidad de un crudo puede ser impactante, ya que, como se muestra con el sistema que emple al tolueno como diluyente, la viscosidad se abate considerablemente al agregar una cantidad pequea del mismo.

Trabajo a futuro en esta lnea incluye el hacer predictivo el esquema de correlacin que se muestra en este trabajo.


Referencias bibliogrficas Ascencin Romero Martnez, Arturo Trejo y Rafael Eustaquio Rincn. 2010. Modelo para la prediccin de los efectos de la temperatura y presin sobre la viscosidad de bitmenes y aceites pesados. Memorias del XXV Congreso Nacional de Termodinmica pp: 396. Mxico, D.F. Puttagunta, V.R., Miadonye and Sing, B. (1993) The model for prediction of temperature and pressure effects on viscosity of bitumens and heavy oils. Transactions on modeling and simulation (4) 483-497. Salvador Rangel Duarte y Rafael Eustaquio Rincn. 2012. Evaluacin de tres reductores de viscosidad en un crudo pesado de 14.2API y determinacin del impacto en la estabilidad del crudo, debido a la precipitacin de asfaltenos. Memorias del XXVII Congreso Nacional de Termodinmica pp. 240 252. Toluca, Estado de Mxico.

Agradecimientos Los autores agradecen al IMP el apoyo, a

travs de los proyectos D.01406 e I.00432.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIN!!!!

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