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21

February

Introducción

Los estudios de exploración, explotación y producción de crudos pesados y extrapesados se han incrementado en la industria petrolera, producto de la acelerada declinación en la producción de crudos ligeros y el poco éxito en descubrimientos de nuevos yacimientos que almacenen cantidades considerables de crudo con alta gravedad API. Dadas las condiciones fisicoquímicas de crudos pesados y extrapesados (aumento de viscosidad y disminución de la calidad API), se hace difícil su extracción en pozos de producción así como su tratamiento y transporte hacia refinerías y exportación. En consecuencia, los estudios se centran en la creación e implementación de nuevas tecnologías y alterativas que permitan facilitar los procesos de transporte por ductos buscando mejorar la relación costo-beneficio para aprovechar la rentabilidad que ofrecen los crudos pesados y extrapesados.

La viscosidad del aceite es una propiedad muy importante en el aseguramiento de flujo, por lo cual se han desarrollado modelos matemáticos que calculan y predicen esta propiedad, durante el trasporte de hidrocarburos en ductos. La modificación de la viscosidad mediante la mezcla o dilución con hidrocarburos ligeros es una alterativa y estrategia de solución que ayuda a reducir los problemas durante el transporte de hidrocarburos.

Para realizar la ingeniería de los procesos, se requieren los cálculos la viscosidad de la mezcla. En este artículo se muestra la predicción de la viscosidad de la mezcla del petróleo extrapesado y ligero usando una correlación generalizada para la predicción de viscosidades. Esta correlación requiere solamente la densidad y la viscosidad de los dos fluidos para predecir la mezcla de viscosidad a cualquier composición de la mezcla.

Muchas de estas investigaciones están basadas en modelos o métodos que trabajan con viscosidades cinemáticas a una temperatura estándar de operación, y es necesario una viscosidad medida para cada componente de la mezcla, algunos de los métodos más comúnmente utilizados en la industria petrolera son los de: Shu, Refutas, Chevron II y Parkash entre otros, los cuales están limitados a las correlaciones que puedan predecir la viscosidad de la mezcla sin necesidad de constantes pre-correlacionados o técnicas que requieran medidas de viscosidad a temperaturas múltiples. Los diluyentes ligeros se han empleado exitosamente para reducir la viscosidad de los crudos pesados en proporciones que varían entre el 10 y 50 % en volumen. El mayor problema de esta técnica es el elevado volumen de diluyente, sin embargo su uso ha sido ampliamente aceptado en la industria.

Métodos de predicción de la viscosidad de mezclas

Las ecuaciones para predecir la viscosidad están basadas en hidrocarburos puros, por lo cual están limitadas para la mezcla de dos o más hidrocarburos. Existen métodos empíricos que requieren de la viscosidad (cinemática o dinámica), volumen, peso o fracción molar para cada uno de los componentes de la mezcla, estos métodos se representan de forma general por las siguientes ecuaciones:

viscosidad-de-mezclas

El resultado de estos métodos empíricos para la predicción de la viscosidad de la mezcla normalmente tienen una desviación muy grande. Los softwares utilizados para el aseguramiento de flujo (ciada de presión), emplean promedio de fracción volumétrica de las mezclas de los hidrocarburos, lo que con lleva obtener resultados con muy baja precisión, por lo cual es necesario el uso de métodos experimentales que empleen la viscosidad medida por cada uno de los componentes a mezclar.

Correlaciones para determinación de la viscosidad en mezclas

Para el aseguramiento de flujo durante el transporte de los crudos pesados y extrapesados es necesario reducir la viscosidad, para ello es necesario realizar una mezcla previa con hidrocarburos ligeros, lo cual permite modificar las propiedades físico químicas.

Para calcular las propiedades como la viscosidad y la densidad de los crudos pesados y extrapesados diluidos con crudos ligeros, se dispone de diferentes métodos y modelos como son los de: Arrhenius, Bingham, Kendall and Monroe, Shu, Parkash, Chevron, Cragoe, etc. La tabla siguiente muestra los principales modelos identificados en la literatura, para calcular la viscosidad en las mezclas entre crudos pesados y extrapesados con crudos ligeros.

Tabla. Correlaciones para determinación de la viscosidad en mezclas

correlaciones-viscosidad

A continuación se muestra los modelos con menor porcentaje de error con respecto a la viscosidad, derivado de estudios realizados con diferentes tipos de mezclas documentados en la literatura.

  • La ecuación de Arrhenius no se recomienda para crudos pesados y extrapesados, debido a que presenta una alta desviación en los resultados, por lo cual se han planteado modificaciones en su estructura.
  • Kendall y Monroe, el American Petroleum Institute (API), señala que el método de Kendall y Monroe es aplicable a las mezclas donde los componentes son de naturaleza similar.
  • Los métodos Chevron 1 y Parkash existen solo en la literatura como tablas, por lo cual no tienen un modelo probado en laboratorio.
  • Métodos de viscosidad como Shu o Barrufet y Setiadarma, determinan mezclas con más de dos componentes, estos se ordenan de mayor a menor viscosidad. El componente 1 y 2 se mezclan formando una composición intermedia que se mezcla con el componente 3, y así sucesivamente. Shu es un método con ha presentado errores menores al 10% para mezclas con crudos pesados y extrapesados.
  • Wallace y Henry modificaron el método de Crago, donde establecieron la constante (0.01) en la ecuación, minimizando el error medido cuando se aplica a crudos pesados y extrapesados mezclados con crudos ligeros.
  • Los métodos que usan Viscosity Blending Numbers (VBN), se basa en las ecuaciones de Shu, Cragoe, Refutas, Maxwell, Chevron 1, Chevron 2, Wallace and Henry, and Parkash.

Los métodos para la predicción de viscosidades, que presentaron menor porcentaje de error absoluto, para mezclas de crudos pesados y extrapesados con diluyentes ligeros fueron los de Shu, Refutas, Chevron 2 y Parkash. Como criterio para la selección del modelo de viscosidad se consideró el modelo de Shu debido a que involucra en su ecuación la densidad y la fracción volumétrica, y al bajo porcentaje de error relativo.

metodo_shu

Figura. Efecto de la viscosidad en el error resultado del método de Shu.

Determinación de viscosidad de mezclas empleando el modelo de Shu

Para la determinación de la relaciones de mezclado se utilizó la ecuación de promedio ponderado, la cual por definición es la cifra que resulta idéntica o que es la más cercana a la media aritmética.

media-aritmetica

En la Figura siguiente se muestra %volumen requerido del crudo pesado de 10.2°API y del diluyente (crudo ligero) de 35 °API, para obtener una mezcla con una densidad de 21, 19, 18 y 16 °API.

crudo-ligero

Figura. % volumen requerido de la mezcla

A continuación se el modelo matemático para el el cálculo de viscosidad de las mezclas, desarrollado por Shu.

modelo-shu

En la Figura siguiente se muestra los resultados de la viscosidad de la mezcla, empleando el modelo de Shu y los datos medidos de laboratorio, para una densidad resultante de 21, 19, 18 y 16 °API.

viscosidad-mezclas

Figura. Viscosidad de las mezclas calculadas con la correlación de Shu.

De los resultados obtenidos se concluye que el modelo matemático de Shu, predice la viscosidad de la mezcla del crudo pesado con crudo ligero, con errores menores del 5%, comparado con los datos medidos de laboratorio, por lo cual se considera como una opción para predecir la viscosidad de las mezclas.

Referencias bibliográfica:

  1. Lina María Orozco y Rolando Barrera “Adaptación de modelos para estimar la viscosidad en mezclas de crudos pesados” Año 2012.
  2. R.P. SUTTON, MARATHON OIL, and D.F. BERGMAN, BP AMERICA. “Application of Bergman-Sutton Method for Determining Blend Viscosity”, Society of Petroleum Engineers, SPE 117711.
  3.  IMP“Caracterización del crudo pesado y sus mezclas con crudo ligero marino” Año 2011.