petroleo generalidades exploracion produccion 2017 · PETROLEO! Hidrocarburos Saturados! ... Tipos...
Transcript of petroleo generalidades exploracion produccion 2017 · PETROLEO! Hidrocarburos Saturados! ... Tipos...
2/16/17
1
Prof. José G. Delgado L.!
1
Semestre A-2017!
¿Qué es el Petróleo?!
2
Es una compleja mezcla de hidrocarburos que ocurre en rocas sedimentarias bajo la forma de gases (gas natural), líquidos (petróleo propiamente dicho), semisólidos (bitumen) o sólidos (ceras o asfaltenos).!
Mas del 80% de la energía que la humanidad usa actualmente proviene de los combustibles fósiles, a saber: petróleo, carbón y gas natural!
Fuentes de Energía!
3 Tomado de Giavarini y Hester. 2011. Gas Hydrates Immense Energy Potential and Environmental Challenges
La demanda actual de petróleo crudo es de alrededor de 86 millones de barriles por día (86 MMbd)!
Norte América
Sur y Cenro América
Europa Occidental
Rusia y Europa del Este
Africa
Oriente Medio
TOTAL MUNDIAL
Source: BP Statistical Review and Etat du Monde
Paises de Asia Miembros de la OECD
Consumo de Energía Per Capita!
Consumo de Energía (Mtoe)
Población (M)
Consumo de Energía (toe/ per cap)
S 115*6 - July 2008
2 838
553
1 952
1 035
345
574
447
451
476
331
934
171
6,4
1,2
4,1
3,1
0,4
3,3
11 099 6 584 1,7
3 314 3 572 0,8
488 201 4,4 Paises de Asia No- Miembros de la OECD
2/16/17
2
Venezuela es un País Favorecido!
5
Distribución de acuerdo a la Producción!
6 6 Fuente: Saniere et al. 2004. Oil & Gas Science and Technology-Rev. IFP
Principales Cuencas Petrolíferas Venezolanas!
7 7 Efraín Barberii.1998. El Pozo Ilustrado. PDVSA
Evolución de los Precios del Petróleo!
8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09
$/b
Yom Kippur war
1st OIL SHOCK
Nationalization
of oil fields
OPEC
domination
Iranian
revolution
2nd OIL SHOCK
Iran/Iraq
war
OPEC
quotas
Netback
contracts
3rd OIL
SHOCK
Kuwait
crisis
OPEC
Quotas
Asian crisis
Agreement Mexico,
Venezuela, Saudi Arabia
11th
sept.
Iraq
events
Staff attacks in S. Arabia
disturbances in Irak,
Nigeria
Katrina
Rita
huriccanes
OPEC
Quotas
eco
crisis
Fuente: Platt's
2/16/17
3
9
Dado nuestro enorme potencial como país productor de petróleo, es necesario estudiar los métodos de producción y refinación en el pensum de la carrera INGENIERÍA QUÍMICA!
Crudo: Fluido Extremadamente Complejo
10 10 SARA = Saturados + Aromaticos + Resinas + Asfaltenos!
Normalmente agrupados como:!
PETROLEO!
Hidrocarburos Saturados!Parafinas, Isoparafinas,
Cicloparafinas!
Hidrocarburos Insaturados!Olefinas (no presentes
naturalmente en el petróleo) originadas de diversas
reacciones térmicas!
Hidrocarburos Aromáticos!Sistemas bencénicos, aromáticos condensados, sistemas cicloalquil-aromáticos condensados, sistemas
alquil-aromáticos!
Compuestos Heteroatómicos Saturados!
Alquil sulfuros, cicloalquil sulfuros, alquil-aromaticos sulfuros!
Compuestos Heteroatómicos Aromáticos (sistemas de un anillo o
multiples anillos)!Furanos, tiofenos, pirroles, piridinas,
anfótericos, aromáticos mixtos, alquil- aromáticos!
Por qué es tan Complejo Caracterizarun Crudo?!
11
PETROLEO CRUDO!
Composición de una fracción petrolera usando cromatografía de gases acoplada con espectroscopia de masas!
Creek J. 2005. Energy & Fuels, 19, 1212 !
MULTPLICIDAD DE COMPONENTES!!
Formación del Petróleo!
12
Involucra procesos de generación, migración y entrampamiento!
Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.
Placas tectónicas!
Cuenca sedimentaria!
2/16/17
4
Cuencas Sedimentarias!
13 Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.
Transformación = Maduración!
14
Involucra procesos transformación biológica y térmica!
Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.
-Kerógeno: Primera etapa de la maduración!
-Depósitos de arenas bituminosas!
-Ventana del petróleo: 100-130 °C!
Maduración!
15
Primaria y Secundaria!
Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip.
Migración!
Entrampamiento!
Anticlinal! Falla!
Lente de Arena! Escollo!
Trampas Estructurales!
Trampas Estratigráficas!
El crudo se deposita en una roca almacén (reservorio o yacimiento)!
16
• Carbonatos!No son transportados grandes distancias. Se derivan de microorganismos marinos y sufren transformaciones físicas y químicas luego de su deposición (diagénesis)!
• Areniscas!Conocidas también como reservorios siliclásticos. Compuestos principalmente por cuarzo (SiO2). Es un mineral estable, poco alterado por cambios de temperatura y presión. Se forman por deposición de arena en lugares específicos, luego de ser transportada grandes distancias!
Tipos de roca reservorio!
Aprox. El 80% de los reservorios conocidos son del tipo areniscas!
2/16/17
5
Esquema General de un Yacimiento Petrolero!
Conceptos Importantes:!
Porosidad!
Permeabilidad!
Saturación de Hidrocarburos!
Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip.
Método Geofísicos de Exploración!• Magnetometría!Análisis que detectan cambios en el campo magnético terrestre causados por las propiedades magnéticas de las rocas. Hacen uso de aviones o satélites para cubrir amplias superficies. Se emplean al inicio de las exploraciones petroleras.!
Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.
Método Geofísicos de Exploración!• Gravimetría!Análisis que miden variaciones en el campo gravitatorio de la tierra causadas por variaciones en estructuras geológicas. Aporta indicios sobre la profundidad de los yacimientos!
Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.
Método Geofísicos de Exploración!• Sísmica!Métodos basados en la propagación de ondas sónicas a través de rocas y reservorios; las ondas son reflejadas a la superficie donde son registradas por sensores apropiados. Generan imágenes ultrasónicas del subsuelo elaboradas por el análisis de la propagación de ondas. Aportan valiosos datos sobre estructura y la estratigrafía de la región bajo estudio. Pueden realizarse imágenes de tipo 2D y 3D . La sísmica de reflexión representa el 90% de las operaciones geofísicas.!
Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip. Efraín Barberii.1998. El Pozo Ilustrado. PDVSA
2/16/17
6
Perforación!
Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip.
• Adquirir información del yacimiento!• Producir Hidrocarburos!• Inyectar gas, agua u otro fluido!• Disponer el agua, ripios o gases (como CO2)!
Se perfora para:!
Barrenas!
Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.
Variantes en !la Perforación!
Perforar requiere un Fluido o “Lodo” de Perforación!
Para:!
Enfriar y lubricar la barrena! Arrastrar los ripios a la superficie! Depositar un revoque en la pared del hoyo! Controlar la presión de la formación!
Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip. Efraín Barberii.1998. El Pozo Ilustrado. PDVSA
Circuito del Fluido de Perforación!
Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.
2/16/17
7
Terminación y Cementación del Pozo!
Terminación sencilla!
Cabezal de Pozo!
Árbol de Navidad!Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip.
Efraín Barberii.1998. El Pozo Ilustrado. PDVSA Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.
Características de los Reservorios Petroleros!
26
• Porosidad (ϕ)!Es la relación entre el volumen de poro y el volumen total. Es una medida de la capacidad de almacenamiento de la roca!
Porosidad Absoluta (ϕa): Relación entre el volumen total del poro y el volumen de la roca!
€
φa =V .total −V .solido
V .total
Gradientes: 3℃ por 100 metros de profundidad; 0.96 atm por 10 metros de profundidad!
Características de los Reservorios Petroleros!
27
Porosidad efectiva (ϕa): Relación volumétrica de poros interconectados respecto al volumen total!
€
φ =V .poros(int erconectados)
V .total
Así, el volumen de hidrocarburos originalmente en sitio (Vh) se define como:!
Vh = Axhxϕ ; A = Área del reservorio y h = espesor promedio del reservorio!
Características de los Reservorios Petroleros!
28
• Saturación:!Fracción o porcentaje del volumen de poro ocupado por un fluido (crudo, gas, agua)!
€
So =Volumen.CrudoVolumen.Poro
So + Sg +Sw = 1!€
Sg =Volumen.GasVolumen.Poro
€
Sw =Volumen.AguaVolumen.Poro
So = Saturación de crudo!
Sg = Saturación de gas!
Sw = Saturación de agua!
2/16/17
8
Características de los Reservorios Petroleros!
29
• Permeabilidad:!Es una propiedad de un medio poroso que mide su capacidad de trasmitir fluidos. Es definida por una relación matemática conocida como la Ley de Darcy!
€
v =−kdPµdL
€
q =−kAdP
µdL
Donde: v = velocidad aparente del fluido, cm/s; k = permeabilidad, darcys; μ = viscosidad del fluido, cP, dp/dL = gradiente de presión por unidad de longitud , atm/cm!
Las rocas pueden tener permeabilidades que van desde 0.5 has 3400 milidarcys! 30
31
Producción de Petróleo! Métodos de Producción:!o Recuperación Primaria: El crudo y el gas sale por el gradiente de presión natural entre el yacimiento y el pozo.10-15% de recuperación.!
o Recuperación Secundaria: Se inyecta un fluido mas económico que el petróleo (tal como gas natural o agua). 20-30% de recuperación.!
o Recuperación Terciaria: Conocida también como recuperación mejorada de petróleo (RMP). Inyección de vapor y combustión “in situ”, métodos químicos como el drenaje con surfactante y polímero (y en algunos casos álcali), la inyección de dióxido de carbono supercrítico, la inyección de espumas y la fracturación con ácido. 30-60% de recuperación. Ver cuaderno FIRP S357C!
2/16/17
9
Producción Primaria!
Empuje por!Gas Disuelto!
Empuje por!Casquete de Gas!
Empuje Hidráulico!
Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip. Speight J. 2009. Enhanced Recovery Methods for Heavy Oil and Tar Sands. Gulf Publishing Company
Producción Secundaria!
Bret-Rouzaut N., Favennec J.-P. 2011. Oil and Gas Exploration and Production. Reserves, costs, contracts. Technip. Speight J. 2009. Enhanced Recovery Methods for Heavy Oil and Tar Sands. Gulf Publishing Company
En General…!
Speight J. 2009. Enhanced Recovery Methods for Heavy Oil and Tar Sands. Gulf Publishing Company
En Superficie!
Separación Primaria
Tratamiento de crudo
Crudo a despacho
Tratamiento de gas
Tratamiento de agua
Control de
sólidos
Agua para Disposición
o reinyección
Reservorio: Petróleo Gas Agua Solidos H2S CO2
Pozo Productor
Almacén de crudo Caracterización
Remoción de
hidrocarburos
Almacén de agua
Gas a despacho
Disposición
Crudo, Agua y
emulsión
Crudo
Agua y sólidos
Agua y sólidos
2/16/17
10
Separador Trifásico!
Separadores Horizontal y Vertical!
Tanque de Lavado! Estaciones de producción en tierra (on-shore)!
Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V. Marfisi S., Salager J. 2004. Deshidratación de Crudo. Cuaderno FIRP S353 PP. ULA
Deshidratación del Petróleo!
Envolvente de Fases de Hidrocarburos!
Jahn et al. 2004. Hydrocarbon Exploration and Production. Elsevier Science B. V.
Porqué Caracterizar Crudos y Deivados?!
40
CONJUNTO DE ENSAYOS NORMALIZADOS QUE APORTAN UNA APROPIADA DESCRIPCION DE LAS CARACTERISTICAS FISICOQUIMICAS DEL CRUDO, CON EL OBJETO DE ESTIMAR SU CALIDAD Y PREDECIR SU COMPORTAMIENTO EN LAS OPERACIONES DE REFINACION!
Varias Organizaciones han propuesto métodos (ensayos) estandarizados o normalizados:!- ASTM (American Society for Testing and Materials) y !- American Petroleum Institute (API), en USA!- Institute of Petroleum (IP), en Inglaterra!- Deutsche Industrie National, en Alemania!- International Standards Organization, en Suiza!- Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN)!
2/16/17
11
Ensayos Básicos de Caracterización!
41
Densidad y Gravedad Especifica (g.e.)!
°API = (141.5 / g.e.@ 60/60°F) - 131.5!
Permite clasificar el crudo:!
< 10!Extra-Pesado!
23-10!Pesado!
29-24!Mediano!
43-30 !Liviano!
Condensado! > 43!
°API!
Normas:!ASTM D-287, ASTM D-1298, ASTM D-941, ASTM D-1217, ASTM D-1555!
°API
Ensayos Básicos de Caracterización!
Análisis Elemental!Métodos comúnmente usados para otros materiales
y adaptados al crudo!
Elemento! Norma! Rango Típico (% en peso)!
C! ASTM D-3178, ASTM E-777! 83 - 87!
H!ASTM D-1018, ASTM D-3178, ASTM D-3343, ASTM D-3701 ASTM E-777!
10 - 14!
N!ASTM D-3179, ASTM D-3228, ASTM D-3431, ASTM E-148, ASTM E-258, and ASTM E-778!
0.1 – 2.0!
O! ASTM E385! 0.1 – 1.5!
S!
ASTM D-124, ASTM D-1266, ASTM D-1552, ASTM D-1757, ASTM D-2662, ASTM D-3177, ASTM D-4045, ASTM D-4294, !
0.1 - 6!
42
Ensayos Básicos de Caracterización!
43
Volatilidad!
Destilación:!
- Atmosférica: ASTM D86, D216, D285, D447, and D2892!
- Al Vacío: ASTM D1160!
- Simulada (Cromatografica), aplicada a fracciones pesadas: ASTM D-2887!
EL ATRACTIVO DEL CRUDO, PARA UN REFINADOR, SE DEBE A QUE PUEDE SER FRACCIONADO (POR DESTILACION) EN DIFERENTES CORTES!
Términos a considerar: 1) Punto inicial (PI), 2) Temperatura de destilación, 3) Punto final (PF), 4) Porcentaje de destilado, 5) Porcentaje total recobrado (destilado + residuo), 6) Pedidas por destilación!
Factor de Caracterización de Watson!
44
€
KUOP =TbG.E
3
Donde:!Tb (MeABP) = Temperatura media de ebullición, R!G.E. = Gravedad específica, 60°F/60°F!
10!Aromaticos!11!Naftenos!
Parafinas! 12!KUOP!
2/16/17
12
Cálculo de la Temperatura Media de Ebullición (MeABP)!
45
Donde:!VABP = Temperatura volumetrica de ebullición, °F!Ti = Temperaturas correspondientes a la destilacion ASTM D-86, °F !
TEM
PE
RAT
UR
A (º
C)
Ensayos Básicos de Caracterización!
46
• Presión de Vapor Reid. ASTMD-323, IP 69. Tendencia a la vaporización en condiciones de almacenamiento!
• Punto de Inflamación. Es la mínima temperatura a la cual los vapores emitidos por el producto se inflaman cuando en presencia de una llama!
Los métodos para determinar el punto de inflamación se codifican como sigue:!– Cleveland de copa abierta: COVENIN 372-81 (ASTM D-92)!– Pensky-Martens de copa abierta: COVENIN 425-81 (ASTM D-93)!– Abel de copa cerrada: COVENIN 46-392 (IP-170)!– Tag de copa abierta: COVENIN 421-81 (ASTM D-1310)!– Tag de copa cerrada: COVENIN 896-81 (ASTM D-56)!
Volatilidad. Otros!
Ensayos Básicos de Caracterización!
47
Términos a considerar: 1) Punto inicial (PI), 2) Temperatura de destilación, 3) Punto final (PF), 4) Porcentaje de destilado, 5) Porcentaje total recobrado (destilado + residuo), 6) Pedidas por destilación!
• Viscosidad! - Ensayos basados en instrumentos capilares (ASTM D-445). Basados
en la relación:! μ = πr4P/8nl!r , l = radio y longitud del tubo, n = coeficiente de viscosidad y P
diferencia de presión en los extremos del tubo capilar. La viscosidad μ tiene unidades de tiempo.
Algunas variantes:! Viscosidad Universal Saybolt (SUS). ASTM D-88! Segundos Furol Saybolt (SFS). ASTM D-88!
Unidades: segundos Stokes Poises o cP!Escala Apropiada! μxρ!
Ensayos Básicos de Caracterización!
48
• Punto de Anilina. Típico para naftas y fracciones livianas. ASTM D-611 y ASTM D-801)!
Es la temperatura crítica de disolución de una mezcla de volúmenes iguales de anilina y producto a analizar. Es indicativo de la aromaticidad de la muestra. !
• Punto de Fluidez. ASTM D-97! Es la s baja temperatura a la cual la muestra fluye. !
• Contenido de Agua y Sedimentos. ASTM D-6470!Importante en los procesos de deshidratación!
• Residuo de Carbón (Importante en operaciones de coquificacion)!
Masa de carbón remanente una vez que la muestra ha sido evaporada y calcinada a elevadas temperaturas en ausencia de aire !
- Residuo de Carbon Conradson (CCR). ASTM D-189! - Residuo de Carbon Ramsbotton (RCR). ASTM D-524!
2/16/17
13
TODO CRUDO EN EL LABORATORIO O EN REFINERIA SE FRACCIONA POR DESTILACION!
Destilación!Crudo!
Gas Liquado de Petróleo (LPG) !
Gasolina Liviana de Destilación (LSR) !
Gasolina Pesada de Destilación (HSR)!
Querosene!
Gasóleo Atmosférico Liviano (LGO) !
Gasóleo Atmosférico Pesado (HGO)!
Gasóleo de Vacío (VGO)!
Residuo de Vacío (RV)!
49 50
Productos Petroleros!
Fahim et al. 2010. Fundamentals of Refining. Elsevier Science B. V.
COMO INGENIERO DE PROCESOS, QUE ANALISIS DEBE LLEVAR A CABO?!
51