(750393591) tesis de jesus armaro nanoparticulas por medio de combustion insitu en la fpo

8/17/2019 (750393591) Tesis de Jesus Armaro Nanoparticulas Por Medio de Combustion Insitu en La FPO

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Caracas, 2013

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

ESTUDIO DEL EFECTO DE NANOPARTÍCULAS,COMBINADAS CON EL PROCESO DE COMBUSTIÓN IN SITU,

SOBRE UN CRUDO EXTRAPESADO DE LA FAJAPETROLÍFERA DEL ORINOCO (FPO)

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

Por el Br. Amaro S., Jes s !.

Para o"tar al #$tulo

de In%eniero de Petr&leo


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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO



#U#'( ACA!)*IC'+ Pro . (en- (o as

#U#'( I/!US#(IA + !ra. Susana *art$nez

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

Por el Br. Amaro S., Jes s !.

Para o"tar al #$tulo

de In%eniero de Petr&leo


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DEDICATORIA

A mis padres Nelly Seijas de Amaro y Pedro Amaro, por darme la vida y brindarme

el estimulo y apoyo necesario para seguir adelante en mi carrera.

A mi hermano Arturo Amaro por estar pendiente de mí en las buenas y en las malas,

y enseñarme a valorar las cosas.

En memoria de mis tíos Amado y Freddy Seijas ue dios los tenga en su gloria. !os

objetivos "ueron alcan#ados tíos.


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AGRADECIMIENTOS

A Diosante todo "or darme la o"ortunidad de dis rutar estudiar esta carrera "or "ermitirme mantener una actitud "ositiva ante todo reto cum"lir las metas ue

me 4e trazado.

A mis pa !"s # mi $"!ma%o "or sus conse os sus visiones, son mi e em"lode tra5a o es uerzo "or 5rindarme el a"o o incondicional de "rinci"io a in duranestos 6 a7os de carrera, de ustedes 4e a"rendido a levantarme lue%o de caer em"ezar de nuevo si es necesario. A mi novia&o'i "or o recerme su amor cari7o aconse arme en los momentos 5uenos malos.

A mis as Omai!a, Ma!'"%" # A%a, mi o Ama o, mi a*+"'a J+a%i a #mis p!imos L+is # L+i +i ue me 5rindaron su casa "ara culminar mis estudios enCaracas me a"o aron con cari7o en todo lo ue "od$an.A mis pa !i%os Jos-,Mi +"' # Rosa+!a ue me dieron amor ue me a udaron nota5lemente en o5tener mi com"utadora "ort8til ue %racias a ella "ude realizar mis tra5a os escritos.

9racias a laU%i."!si a C"% !a' " /"%"0+"'a, la "rimera casa de estudiosdel "a$s ue me dio una se%unda casa "ara estos a7os de estudio me 5rind& meducaci&n "ro esional. As$ como a losp!o1"so!"s ue cola5oraron si%ni icativamenteen mi ormaci&n como in%eniero tanto los de"s2+"'a " P" !3'"o los del ciclo*4si2ocomo los del%52'"o " Ca +aen los "rimeros 3 semestres de carrera, ueronde %ran a uda.

A mis 2ompa6"!os "% "%"!a'de la escuela de "etr&leo ue tanto mea udaron ue desde Ca%ua estuvimos untos estudiando comoE'iama#!i I!ima,

G+i''"!mo Ram !"0, P" !o Lo!" o # F"!%a% a /"'4s7+"0. /os vemos en laIndustria Petrolera en cual uier "arte del mundo, muc4o -:ito ami%os cole%as.

Un a%radecimiento es"ecial a mi cotutor de la5oratorio en P!VSA8Inteve"A! +!o M"% o0a, "or %uiarme en direcci&n correcta 4acia la culminaci&n e:itosa de


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este "ro ecto, a mis tutores del tra5a o es"ecial de %rado como son laD!a9 S+sa%aMa! %"0 # "' P!o19 R"%- Ro:as, %racias a los tres "or darme su a uda, "aciencia %enerosidad en el momento en ue las necesit-. ;a%o e:tensivo mi a%radecimiento

todo el e ui"o dePD/SA 8 I% "."p, "or tomarse el tiem"o de cola5orar conmi%o entodo en las "rue5as de la5oratorio, lo m8s im"ortante, es"ec$ icamente aRo%%#Co!!"ia, Di;o% A!"''a%o, D"i.i O'i."!os, Os


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vii

Ama!o S9 J"s5s D9



T+ o! A2a -mi2o? P!o19 R"%- Ro:as9 T+ o! I% +s !ia'? D!a9 S+sa%a Ma! %T"sis9 Ca!a2as, U9C9/9 Fa2+' a " I% "%i"! a9 Es2+"'a " I% "%i"! a " P" !3

A6o @ , p9

Pa'a*!as 2'a."s? com5usti&nin situ, crudos e:tra"esados , nano"art$culas, catalizador

ultradis"erso, me oramiento, "rue5as catal$ticas,

R"s+m"%??l "resente tra5a o considera la a"licaci&n de un catalizador ultradis"ersol$ uido nanoestructurado "ara me orar el "roceso de com5usti&n "ro%resivain situ ,so5re un crudo e:tra"esado de @,6 API de la


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@@

ÍNDICE DE CONTENIDO

LISTA DE FIGURASDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD...D.:iiLISTA DE TABLASDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..D:vINTRODUCCIÓNDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD...D1CAPÍTULO I


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2. .1.*+idaci(n a aja %emperatura -!%* DDDDDDDDDDDDDDD.22. .2. )eacciones de Pir(lisis DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.302. .3*+idaci(n a Alta %emperatura -/%* DDDDDDDDDDDDDDD..32

2. . .'in0tica de )eacciones DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.32. .6. Factores ue A"ectan las )eacciones de *+idaci(n DDDDDDDDD...32.6. Prue5as a /ivel de a5oratorio en #u5os Com5usti&nDDDDDDDD.....36a> (elaci&n at&mica ;idr&%eno Car5ono del crudo uemadoDDDDDDDD...3G 5> (elaci&n ':$%eno Com5usti5leDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..3Gc> (elaci&n Aire Com5usti5leDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.3Gd> (e uerimiento de com5usti5leDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD3Ge> (e uerimiento de aireDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..3G

> Crudo uemadoDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD3G%> ?:ceso de AireDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.....3@3. CA# ISIS K SU US' ?/ A C'*BUS#IE/ $N S$%& [email protected]. In luencia de Aditivos Catal$ticos en el Proceso de Com5usti&nin Situ [email protected]. E"ecto 'atalitico en la 'ombustion in situ DDDDDDDDDDDDD...33.2. ?mulsionesDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD 03.2.1. 1acroemulsiones DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD... 2

3.2.2. Nanoemulsiones DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD. 23.2.2.1. *-todos de Pre"araci&n de /anoemulsionesDDDDDDDDDDD... 3a> *-todos de !is"ersi&n Alta ?ner%$aDDDDDDDDDDDDDDDDD. 3 5> *-todos


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. Po5laci&n o muestraDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.616. InstrumentosDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..DDDD..61F. An8lisis de !atosDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.DDD62

F.1.CA(AC#?(ILACIE/ !? SIS#?*A S? ?CCI'/A!'DD.DDDD.D.62F.1.1. Pro"iedades Com"osici&n de los DDDDDDD....GFG.3.2. Se"araci&n del A%ua i5re del Crudo o *ezclaDDDDDDDDDD..GGG.3.3. *edici&n de ViscosidadDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD....GGG.3. . *edici&n de !ensidadDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.D..GGG.3.6. An8lisis SA(A, !estilaci&n Simulada, ICP =, Car5ono e ;idr&%eno Azu re [email protected]. !esem"a ue de la CeldaDDDDDDDDDDDDDDDDDDD........G@


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G.3.G. Se"araci&n del A%ua ?mulsionada en el Crudo o *[email protected].@. An8lisis de los 9asesDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.....G@CAPITULO I/

(?SU #A!'S ?OP?(I*?/#A ?S K A/ ISISDDDDDDDDDDD @01. P('PI?!A!?S !? *?!I' P'('S'DDDDDDDDDDDDDDD..@12. VISC'SI!A!DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.@3. 9(AV?!A! APIDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD... 0

. (?C'B('DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.............. 36. P?(DDDDDD..122G.3. ':$%eno ='2> Consumido = >DDDDDDDDDDDDDDDDDDD122

G. . (e uerimiento de com5usti5le = % m3> de Aire =m3 C/ m3>DDD...DD.123@. P('!UCCIE/ !? C'*PU?S#'S IVIA/'SDDDDDDDDDDDD126

. A/ ISIS SA(A =SA#U(A!'S, A('* #IC'S, (?SI/AS KAS


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LISTA DE FIGURAS

Fi +!a N + ?s uema de las u5icaciones de las di erentes zonas del "roceso decom5usti&nin situ seca desde el "ozo in ector al "roductor. .....................................

1Fi +!a N @+ Visualizaci&n de las emulsiones sim"les DDDDDDDDDDD.. 1Fi +!a N + 9otas de a%ua so5re una su"er icie de madera tratada con BAS< QS"ra

otusQDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD...DDD FFi +!a N ?U5icaci&n %eo%r8 ica de la


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Fi +!a N @ ?*icro%ra $a de Arena con Co ue de P3 DDD...DDDDDDD.@1

:ii


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Fi +!a N @+ Valores de las variaciones de viscosidades de todas las raccionesli uidas e:tra$das en cada una de las eta"as de las "rue5as de com5usti&nDD........@6Fi +!a N @@+ Viscosidades en las ?ta"as inales =


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1 1

Fi +!a N + !istri5uci&n de "roducci&n de los com"uestos livianos.. ................. 12GFi +!a N @?!istri5uci&n se% n la "roducci&n los ali 8ticos ole inasDDDD12@Fi +!a N + !istri5uci&n "or "roducci&n de com"uestos lineales


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1 1

rami icadosDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD....12@Fi +!a N ?An8lisis SA(A "ara nicamente el las4 F de las "rue5asDDD..133Fi +!a N H?!estilaci&n simulada "ara P1DDDDDDDDDDDDDDD136

Fi +!a N ?!estilaci&n simulada "ara P2DDDDDDDDDDDDDDD136Fi +!a N ?!estilaci&n simulada "ara P3DDDDDDDDDDDDDDD13FFi +!a N K?!estilaci&n simulada "ara P DDDDDDDDDDDDDDD13FFi +!a N ?Producci&n de ;2S "ara las "rue5as realizadasDDDDDDD....13@Fi +!a N H ?Producci&n de Azu re "ara la "rue5a catal$tica P3DDDDDD...1 0Fi +!a N H ?9r8 ico H vs RP de la "ermea5ilidad al a%ua "ara la "rue5a P1D...16FFi +!a N H@?Visualizaci&n de la /anoemulsi&n al momento de sua%itaci&nDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.1FFi +!a N H ?*icro%ra $a "or &"tica de la emulsi&n lue%o de 30 minutos dea%itaci&nDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.....1G0Fi +!a N H+ *icro%ra $a "or &"tica de la emulsi&n lue%o de 1 4ora dea%itaci&nDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.1G0


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LISTA DE TABLAS

Ta*'a N + (esumen de "ro ectos de com5usti&n $n Situ en Venezuela ................... GTa*'a N @+ Pro"iedades del crudo ori%inal de las mezclas con el crudo,seleccionadas a "artir de un cam"o de la


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1F1

Ta*'a N ?Concentraciones /ormalizadas esta5les de los 9ases de Com5usti&n sus res"ectivos vol menes en la zona esta5ilizadaDDDDDDDDDDDDD11Ta*'a N H?Par8metros esta5ilizados "ara cada una de las "rue5as de com5usti&nrealizadasDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD...DDDDDDD120Ta*'a N ?Com"osici&n de Saturados "ara cada "rue5a realizadaDDDDD..130


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Ta*'a N ?Com"osici&n de Arom8ticos "ara cada "rue5a realizadaDDDD...131Ta*'a N K?Com"osici&n de (esinas "ara cada "rue5a realizadaDDDDD.....131Ta*'a N ?Com"osici&n de As altenos "ara cada "rue5a realizadaDDDDD.132

Ta*'a N @ ?Cali5raci&n del sensor de "resi&n "ara la medici&n de "ermea5ilidad ala%ua de la "rue5a P1DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..166Ta*'a N @ ?Valores e:"erimentales de caudal ca$da de "resi&nDDDDDD.166Ta*'a N @@?Velocidad del rente "ara la "rue5a P1DDDDDDDD..DDD.16G


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INTRODUCCIÓN

Actualmente, es de %ran im"ortancia "ara la industria "etrolera el cam"o delos crudos "esados e:tra"esados, de5ido al a%otamiento de las reservas de crudoslivianos medianos, "or ello, en Inteve" se 4an orientado es uerzos 4acia sue:"loraci&n, e:tracci&n, e:"lotaci&n, me oramiento re inaci&n. ?sto

undamentalmente de5ido a ue las %randes reservas de crudos "esados e:tra"esados a nivel mundial las "osee Venezuela en la , siendo necesario estudiar desarrollar tecnolo%$as ue "ermitan incrementaen reco5ro "romedio de este ti"o de crudos, "or ue su "roducci&n es de vitalim"ortancia "ara la econom$a nacional. as tecnolo%$as e:istentes en tal sentido se

dividen en dos cate%or$as+ t-rmicas o catal$ticas =Ames, 1 6>.

a Com5usti&n $n Situ, se encuentra dentro de los m-todos t-rmicos derecu"eraci&n me orada, desarrollada con el o5 eto de acilitar la movilidad del cru "esado e:tra"esado, a trav-s de la disminuci&n de su viscosidad aumentando su%ravedad API, "ro"iedades ue se lo%ran, entre otros "rocedimientos, al in ectar aircom"rimido uemar el crudo, %enerando calor li5erando los com"onentes m8vol8tiles livianos, a ue la reacci&n es e:ot-rmica. ?n este "roceso de com5usti&n

se o5tiene como su5"roducto co ue, el cual un%e, al mismo tiem"o, comocom5usti5le "ermitiendo mantener el rente de com5usti&n =Sarat4i, 1 >.

a v$a catal$tica re"resenta un desa $o en la actualidad, a ue loscatalizadores convencionales no 4an dado resultados s&lidos 4asta a4ora "ara esteti"o de crudo, de5ido a los "ro5lemas de trans erencia de calor de trans"orte demasa ue se "resentan =A5u4esa, *. ;u%4es, (., 200@>. Se 4ace necesario a5ricasistemas catal$ticos ca"aces de coad uvar en la trans ormaci&n de los crudoe:tra"esados de manera e iciente convertirlos as$ en "roductos de ma or valora%re%ado ue cum"lan con los est8ndares de calidad =(am$rez, 200G>.

So5re la 5ase de las consideraciones anteriores, se 4an realizado estudiosdonde se com5ina el "roceso de com5usti&n con aditivos, ue me oran el e ecto


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2

tiene dic4o "roceso t-rmico so5re la calidad cantidad de los "roductos de reacci&n=(e es, 2010>. ?stas sustancias "or lo %eneral 4an sido catalizadores s&lidos "oroso 5asados en uno o m lti"les metales de transici&n =(am$rez, 200G>, sin em5ar%

tam5i-n est8n en estudio los catalizadores l$ uidos =(einoza, 2012>.

?n este tra5a o es"ecial de %rado, se "lantea la com5usti&n como 5ase "ara elme oramiento de una muestra de crudo e:tra"esado "rocedente de la


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CAPÍTULO I

FUNDAMENTOS DE LA IN/ESTIGACIÓN9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

a com5usti&nin situ se "resenta como una de las alternativas tecnol&%icas "ara recu"erar el crudo "esado e:tra"esado de los acimientos de la . /o o5stante, incrementar el actor de reco5ro se 4a vuelto cadavez m8s com"licado, "rinci"almente "or las caracter$sticas $sicas del crudo, ue ee:tremadamente viscoso de movilidad limitada, incluso cuando se "rovocan ca$das

de "resi&n en los "ozos de "roducci&n. Una o"ci&n "ara incrementar esta movilidadde manera nota5le es aumentar si%ni icativamente la tem"eratura del crudo,condiciones ue %eneran %ases contaminantes, lo ue di iculta mantener un am5ielim"io en los alrededores.

a com5usti&n convencional me ora considera5lemente las caracter$sticaisico u$micas del crudo el actor de reco5ro, "ero este "roceso "udiese no ser l

su icientemente r8"ido, a ue no "osee al% n a%ente ue im"rima velocidad al re

de com5usti&n con el in de lo%rar tiem"os de reacci&n cortos. ?s "or ello ue tra5a a en la o"timizaci&n del "roceso a trav-s del uso de aditivos, "or e em"locatalizadores =s&lidos o l$ uidos> ue aceleren la reacci&n de com5usti& "romoviendo un uemado m8s e icaz ue el convencional, usto en el 8rea dcontacto entre el crudo el aire, creando ma or cantidad de co ue, ue a su vez seconvierte en com5usti5le "ara mantener el rente de com5usti&n.

?s de resaltar ue e:isten di erentes ti"os de com5usti&n, a sa5er, la

com5usti&n "ro%resiva, la com5usti&n reversa la com5usti&n 4 meda. !e todaellas, la modalidad menos ries%osa "ara el acimiento es la com5usti&n "ro%resiv "or ello es la 5ase de este tra5a o de %rado. ?n esta tecnolo%$a, el 5arrido del crudolleva a ca5o en una sola direcci&n, "ermitiendo ue el rente no se re%rese manten%a esta5le en cam5io la com5usti&n reversa "udiese ocasionar ta"onamient


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"ermanente en el acimiento "or ue el crudo comienza su com5usti&n en el "ozo de "roducci&n se mueve 4acia el in ector, contracorriente al lu o de luido, lo "rovoca ue "arte del co ue %enerado no se ueme como com5usti5le se alo e

los "oros "or otra "arte en la com5usti&n 4 meda, las tasas &"timas de a%unecesarias a in ectar son mu di $ciles de determinar, a ue se ven a ectadas "or l4etero%eneidades del acimiento, adem8s de ue dic4a a%ua de5e ser com"ati5le coel a%ua de la ormaci&n del acimiento su litolo%$a de manera ue no reaccione.

Por lo antes e:"uesto, es clara la necesidad de continuar tra5a ando "arao"timizar el "roceso de com5usti&nin situ "ro%resiva, aceler8ndolo concatalizadores, con el in de incrementar el actor de reco5ro me orar la calidad d

los "roductos.@9 JUSTIFICACIÓN

?s conocido ue la com5usti&nin situ "romueve un incremento sustancial delactor de reco5ro en com"araci&n con otros "rocesos de recu"eraci&n me orada =

sean t-rmicos, u$micos o de %as misci5le>, alcanzando m8s de un F0 =*oore1 @>, al acelerar su reacci&n a trav-s del uso de catalizadores, dic4a com5usti "udiese arro ar resultados a n m8s avora5les. Como se mencion&, los catalizadorconvencionales no 4an resultado a"ro"iados "ara tratar crudos "esados, "or ello se "ro"one em"lear un catalizador luido ultradis"erso, el cual ser8 "re"arado en unamatriz "ro"ia de una corriente del destilado de crudo "esado ue "or ello "osee %rana inidad con el material a tratar, lo ue redunda en una e:celente dis"ersi&n 4omo%eneizaci&n del catalizador en el medio. Al com5inar el catalizadorultradis"erso 5asado en un metal de transici&n en orma de nanoemulsi&n invers= ue tendr8 %otas de a%ua de tama7o nanom-trico, donde estar8 disuelto el "recurs

catal$tico> se "retende a"rovec4ar la "osi5ilidad de %enerar nano"art$culasin situ conca"acidad "ara acelerar la velocidad de la reacci&n de com5usti&n "osi5lementeme orar las caracter$sticas isico u$micas del crudo e:tra"esado. Se em"lear8nano"art$culas con la idea de a"rovec4ar al m8:imo la ma or cantidad de sitiosactivos dis"oni5les, los cuales se incrementan al disminuir el tama7o de %ota.


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9 ANTECEDENTES DE LA IN/ESTIGACIÓN

a com5usti&nin situ es un "roceso de recu"eraci&n de "etr&leo atractivo esca"az de reco5rar un alto "orcenta e de "etr&leo en su medio natural =in situ >, siem"re

ue el "roceso sea dise7ado correctamente e im"lementado en un acimientoadecuado =Sarat4i, 1 >.

A continuaci&n se "resentan las rese7as 4ist&ricas so5re el "roceso deCom5usti&n $n Situ =CIS> estudios es"ec$ icos ue se 4an realizado+

a Com5usti&n $n Situ es la t-cnica de recu"eraci&n t-rmica m8s anti%ua, los "rimeros "ro ectos en esta 8rea datan de mediados de la se%unda d-cada del si%lOO. Se% n eTis =1 1F> los o"eradores de un cam"o en '4io =??UU> crearon la "r8ctica de la in ecci&n de aire caliente dentro de la ormaci&n "roductora "armiti%ar los "ro5lemas de de"osici&n de "ara inas. Al realizar una in ecci& "rolon%ada del aire caliente en el acimiento, esto result& en la autoi%nici&n del cruin situ . eTis =1 1G> lo atri5u & a la "resencia de C'2 al 5a o contenido de o:$%enodel %as "roducido "ara la reacci&n u$mica entre el crudoin situ el o:$%eno del aire.

?n 1 30, 's%ood en su tra5a o Increasin% t4e recover o Petroleum "resent& las 4istorias de casos detallados de "rocesos de in ecci&n de aire entre 1 1a 1 26. Al 4a5lar del "ro ecto de in ecci&n de aire, la em"resa ?m"ire Com"anse7al& en 1 26 ue solo el F0 del aire introducido era recu"erado ue este %aconsist$a "rinci"almente de di&:ido de car5ono nitr&%eno, mientras ue el o:$%e4a5$a reaccionado en el acimiento, este cam5io ue inter"retado como un "roceso dcom5usti&n lenta =Sarat4i, 1 >.

?n 1 G, *a%nolia Petroleum Com"an Sunclair 'il and 9as Com"ancomenzaron a 4acer investi%aciones a escala de la5oratorio "ara com"render los "ar8metros ue controla5an el "roceso de Com5usti&n $n Situ. #anto lasinvesti%aciones de los la5oratorios de *a%nolia como Sunclair culminaron en "rue5as "iloto de cam"o en 'Wla4oma. ?stas "rue5as "iloto realizadas en 1 60


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ueron e:itosas encaminaron un r8"ido desarrollo de esta tecnolo%$a "ara me orar actor de reco5ro de "etr&leo =Sarat4i, 1 >.

?n 1 F6 en Canad8, la em"resa Crescent Point ?ner% #rust utiliz&Com5usti&n $n Situ en tres "ro ectos, o5teniendo una "roducci&n de F260 BP!. ?l

"ro ecto a5arc& un 8rea de 32,6 Wm2, con 26 "ozos in ectores G@ "ozos "roductores, todos verticales. ?l acimiento ten$a una "orosidad de 2F , una "ermea5ilidad entre 30 12F6 m! una "ro undidad de 2 00 "ies, conteniendo uncrudo de 1@ XAPI =Sarat4i, 1 >.

A "artir de 1 G0 en ?stados Unidos se activ& un "ro ecto en el cam"o

Bellevue, el cual se llev& a ca5o en un 8rea de 0,@ m2, con 16 "ozos in ectores 0 "ozos "roductores verticales. as caracter$sticas del acimiento eran+ "orosidad 32 "ermea5ilidad F60 m!, crudo de 1 XAPI una "roducci&n de 00 BP!, o5tenida auna "ro undidad de 00 "ies.

?n el la"so com"rendido desde 1 6 4asta 1 GG en Venezuela se 4an llevadoa ca5o "ro ectos de Com5usti&n $n Situ en los cam"os *i%a, #$a Juana, *elones *oric4al. os resultados de estos "ro ectos "ueden ser resumidos de la si%uiente

manera =Villal5a, 1 >+

• os "ro5lemas m8s comunes ueron la corrosi&n las altas tem"eraturas enlos "ozos "roductores.

• a direcci&n 4acia donde se mov$a el rente de com5usti&n ue %uiaesencialmente "or las caracter$sticas del acimiento.

• ?l crudo "roducido ue me orado en alrededor XAPI, la viscosidad ureducida sustancialmente.

• os "recios del crudo de la -"oca los altos costos de mantenimiento de la "lanta com"resora 4icieron de estos "ro ectos antiecon&micos.


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?n la #a5la /X 1 se "resenta un resumen de los "ro ectos de com5usti&n $nSitu en Venezuela.

#a5la / 1+R"s+m"% " p!o#"2 os " Com*+s i3% In Situ "% /"%"0+"'a

Pro ecto Inicio=a7o>Pro undidad

="ies>(ecu"eraci&n

= > XAPIViscosidad

=cP>

#$a Juana 1 6 16@6 60 12N1F 600

*oric4al 1 F0 000 F0 N12 00N1@60

*i%a 1 F 060 26 13N1 2@0N 30

*elones 1 GG 3000 N 10N12 60

?stos "ro ectos no resultaron convincentes, de5ido a ue el estudio "reliminar no ue e:4austivo, adem8s "ara la -"oca no se conta5a con los avances tecnol&%icode 4o en d$a "or lo tanto la t-cnica no result& atractiva como "ara "rose%uir con sim"lementaci&n en los acimientos venezolanos.

?n India, desde 1 1, la em"resa '/9C ='il and /atural 9as Cor"oration

td> 4a venido a"licando la tecnolo%$a de Com5usti&n $n Situ en los cam"os Balol,anTa, Sant4al Bec4ra i, mientras ue en C4ina desde 1 F la em"resa C4ina

/acional de Petr&leo =C/PC>, 4a a"licado la tecnolo%$a en el acimiento er:in%con 5uenos resultados =Sarat4i, 1 >.

A "esar de la lar%a 4istoria de la Com5usti&n $n Situ el -:ito comercial demuc4os "ro ectos en cam"o, el "roceso no 4a encontrado una am"lia ace"taci&nentre los o"eradores di erentes em"resas, de5ido al e:cesivo n mero de allas en lo

estudios iniciales = eTis, 1 1F 's%ood, 1 30>. a ma or$a de estos racasos "uedatri5uirse a la inadecuada a"licaci&n del "roceso en "o5res "ros"ectos, es decir, ueno 4an sido a"licados en acimientos en donde se "resum$a una %ran acumulaci&n d4idrocar5uros recu"era5les =Sarat4i, 1 >.


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as causas m8s comunes de las allas de las "rue5as "iloto realizadas, 4ansido "or la alta de continuidad del acimiento, canalizaci&n o desviaci&n =bypassing >del aire in ectado, las "o5res caracter$sticas de la com5usti&n del crudo, la ca"acida

de com"resi&n insu iciente, conduciendo esto al racaso de los "ro ectos =Sarat41 >.

#omando en cuenta la tecnolo%$a m8s actual en la "lani icaci&nim"lementaci&n, o"eraci&n administraci&n de la in ecci&n de aire = "ire"lood >, elo"erador "uede minimizar el ries%o de allas en dic4o "roceso.

?l an8lisis de los "ro ectos e:itosos =*a%nolia Petroleum Com"an

Sunclair 'il and 9as Com"an , 1 G Crescent Point ?ner% #rust, 1 F6>, indica uel "roceso es a"lica5le a una am"lia %ama de acimientos, las "osi5ilidades de

allas "ueden ser minimizadas a trav-s de la selecci&n cuidadosa del acimiento lado"ci&n de "r8cticas "rudentes de in%enier$a.

?l "roceso de Com5usti&n $n Situ 4a sido e:itoso a nivel mundial conrecu"eraci&n adicional su"erior al 6 en "ro ectos como en India, (umania, C4ina,entre otros =Sarat4i, 1 >.

#odos los antecedentes antes e:"uestos se re ieren al uso de "ozos verticales, "ero en la actualidad e:iste una nueva alternativa donde se "ro"one un arre%lo uecom"rende el uso de un "ozo vertical "ara la in ecci&n de aire un "ozo 4orizontal "ara la "roducci&n, uno de estos arre%los se "atent& con el nom5re de #;AI =#oeNto;eel Air In ection>. ?ste nuevo es uema se comenz& a re"ortar a "artir de 1 1 enCanad8 ue desarrollado con la iniciativa de me orar los crudos en el su5suelo trav-s del cra ueo t-rmico al%unas trans ormaciones controladas "or reacciones. ?

reco5ro de crudo en este "roceso se o5tiene "or el drena e %ravitacional avorecid "or el "ozo 4orizontal sumado al e ecto de la com5usti&n, lo ue "ermite reco5rama or cantidad de crudo. ?sta tecnolo%$a ue "atentada en Canad8.


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Una variaci&n del "roceso anterior, es el "roceso Ca"ri el cual cuenta con elmismo arre%lo de un "ozo in ector vertical un "ozo "roductor 4orizontal "ero conla variante de ue en el "ozo "roductor se encuentra un catalizador =/i*o Co*o>

ue "ermite la me ora sustancial del crudo =Oia 9reaves, 2002>. ?ste "roceso a sa"lic& en una "rue5a "iloto en Y4itesands, Canad8.

Al i%ual ue el "roceso Ca"ri e:isten varias investi%aciones ue "ro"onen eluso de catalizadores en el "roceso de Com5usti&n $n Situ "ara 5uscar la me ora en elsu5suelo del crudo as$ evitar los altos costos en el uso de diluente. ?ste ti"o detecnolo%$a 4a venido tomando muc4o au%e en los ltimos tiem"os de5ido a la%randes reservas de crudo e:tra"esado 5itumen ue se encuentran en Venezuela

Canad8, res"ectivamente.

?n 1 F, Yeissman indic& ue con la adici&n de un catalizador den$ uel al mina usando un crudo de 1@ XAPI, se increment& en @ "untos la %raAPI se removi& el 60 de azu re en el crudo "roducido =Yeissman, 1 F>. Unres"uesta similar ue re"ortada "or *oore cola5oradores en 1 200@res"ectivamente.

?n 2006, ;e, C4en cola5oradores re"ortaron la a"licaci&n de aditivos desales met8licas "ara me orar el rendimiento de la com5usti&n, mediante la "ro"uestade intercam5iar dic4as sales con arcilla como mecanismo "ara crear sitios activos ueme oren las reacciones de o:idaci&n de com5usti&n entre el crudo el o:$%enAdem8s, evaluaron las su"er icies de arena arcilla con escaneos de microsco"iaelectr&nica "ara veri icar el intercam5io de cationes la alteraci&n de las "ro"iedadede su"er icie "or las sales met8licas. Al inalizar los e:"erimentos conclu eron uelos aditivos catal$ticos ue modi ican la cin-tica de la reacci&n de o:idaci&a"ortaron en el rendimiento "romedio de un "roceso de com5usti&n.

?n 200G, (am$rez cola5oradores, re"ortaron el uso de un catalizador l$ uido 5asado en moli5deno, co5alto, n$ uel 4ierro en "rue5as de la5oratorio. ?stecatalizador &r%anoNmet8lico ue mezclado "reviamente con el crudo "esado de 12


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XAPI a raz&n de G60 ""m. os resultados o5tenidos mostraron las venta as del uso catalizadores en relaci&n con el "roceso de com5usti&n convencional, a ue so5serv& un increment& en la "roducci&n de crudo, un rente de com5usti&n m

r8"ido, ma or e iciencia en la com5usti&n ma ores tem"eraturas en el comienzo dla com5usti&n.

?n 200@, (am$rez cola5oradores, realizaron el mismo ti"o de e:"erimento, "ero esta vez usando una mezcla de un catalizador 5asado en una soluci&n i&nica dn$ uel =600 ""m>, con el mismo crudo del e:"erimento anterior los resultadoo5tenidos re le aron una im"ortante reducci&n de la viscosidad, un increment& enrecu"eraci&n de crudo de GG,FG a @6 , un rente de com5usti&n m8s r8"ido, u

ma or e iciencia en el "roceso, re uiriendo menor cantidad de aire "or cantidad de4idrocar5uro o5teniendo ma ores tem"eraturas en el "roceso =alrededor de F00 XCreduciendo adem8s el contenido de azu re, resinas as 8ltenos en el crudo "roducido

?n 200@, A5u4esa ;u%4es, realizaron un estudio "ara la com"araci&n entreel "roceso de Com5usti&n $n Situ convencional el "roceso de Com5usti&n $n Situcon el uso de catalizadores. ?n este estudio utilizaron un crudo de 1 ,@ XAPI e ecutaron e:"erimentos con sin catalizador, adem8s de evaluar la in ecci&n dea%ua unto con el aire , lo ue se denomina com5usti&n 4 meda. os resultadosmostraron ue la "resencia de catalizador "romov$a las reacciones de com5usti&n ecrudo resultante ue me orado en un m8:imo de 11 "untos en su %ravedad API, siem5ar%o encontraron ue la ma or cantidad de crudo recu"erado se lo%r& durantecom5usti&n 4 meda sin catalizadores, mientras ue la menor recu"eraci&n se o5servdurante la com5usti&n con solo la in ecci&n de aire el uso de catalizadores. ?e ui"o donde realizaron las "rue5as consist$a en un tu5o cil$ndrico de acero

ino:ida5le 31F, de 63 cm de altura 6,3 cm de di8metro interno, utilizando uncatalizador 5asado en co5alto moli5deno =Co*o>, ue se coloc& a la salida del tu5 "ara ue el crudo "roducido "asara "or esa eta"a de catalizador.


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?n 200 , Picasso cola5oradores, estudiaron "or "rimera vez el uso de unaserie de catalizadores nanoestructurados, "ero en este caso "ara la eliminaci&n de nN4e:ano "or com5usti&n. Adem8s, el m-todo solN%el ue el a"licado en este tra5a

"ara sintetizar las nano"art$culas del metal utilizado. ?ncontraron ue lasnano"art$culas ueron menos activas ue el mismo material en estado m8sico, latri5u eron a la alta dis"ersi&n de las nano"art$culas en el so"orte.

Por ltimo en Inteve", (e es =2010> utiliz& un catalizador de matriz


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9 OBJETI/OS

9 O*:" i.o G"%"!a'

?studiar el e ecto del uso de nano"art$culas 5asadas en un metal de transici&nso5re el me oramiento de crudo e:tra"esado de la en el "roceso de com5usti&nin situ .

9@ O*:" i.os Esp"2 1i2os

• Pre"arar nanoemulsiones como trans"orte del catalizador a "artir de una sal deun metal de transici&n en la ase acuosa, la cual servir8 como "recursor

catal$tico.• Caracterizar los com"onentes del sistema de reacci&n =crudo, a%ua arena

antes des"u-s de los e:"erimentos. ?m"leando las t-cnicas de an8lisisisico u$micos al crudo, a sea de viscosidad, densidad, destilaci&n simulad

an8lisis SA(A, contenido de azu re metales, de a%ua li5re emulsionadaAs$ como medici&n de "orosidad "ermea5ilidad =a5soluta e ectiva> de roca.

• (ealizar la com5usti&nin situ a trav-s de "rue5as con celdas es"eciales,em"acadas con arena de acimiento, saturadas con a%ua de ormaci&n crudo e:tra"esado de un cam"o de la .

• (ealizar la com5usti&nin situ a"licada so5re crudo del cam"o de la


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H9 ALCANCE

?n esta investi%aci&n se esta5lece la realizaci&n de "rue5as de com5usti&nin situ "ro%resiva a escala de la5oratorio, ue simulen $sicamente lo ue ocurrrealmente en un acimiento, tomando en cuenta las condiciones de "resi&n tem"eratura de acimiento las ases "resentes =crudo, %as a%ua>, las cualescaracterizar8n antes des"u-s de las "rue5as. as "rue5as se ela5orar8n con arena,crudo e:tra"esado a%ua de ormaci&n de un cam"o de la


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9 LIMITACIONES

Como limitante, en com"araci&n con otros "rocesos t-rmicos de recu"eraci&nme orada de "etr&leo, la com5usti&nin situ es altamente com"le a, lo ue di icultanota5lemente su entendimiento, de5ido a la diversidad de eta"as reacciones uetienen lu%ar durante todo el "roceso, desde el "ozo in ector al "roductor =entrada salida de la celda>. A continuaci&n se mencionan al%unas restricciones+

• Pueden e:istir "ro5lemas o"eracionales, asociados con la com5usti&n, uede5en ser evaluados constantemente con un %ran nivel de se%uridad re uieren un ma or %rado de so isticaci&n t-cnica "ara resolverlos esto

"ueden ser alta de continuidad del acimiento =en este caso la celda>, lacaracter$sticas de icientes "ara la com5usti&n del crudo, la ca"acidad decom"resi&n insu iciente del aire, entre otros =Sarat4i 1 >.

• a direcci&n 4acia donde se mueve el rente de com5usti&n se %u$esencialmente "or las caracter$sticas del acimiento =celda>, es "or ello ue nes conveniente la "resencia de racturas "ronunciadas ue desv$en los caminos "re erenciales del rente de com5usti&n en la arena em"acada.

• a com"le idad del "roceso de com5usti&nin situ o5staculiza el desarrollo desimuladores num-ricos, los cuales de5er$an ser m8s so isticados "ara la "redicci&n del rendimiento com"leto del "roceso en el acimiento =Sarat4i1 >.


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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

?n el si%uiente ca"$tulo se a5ordan los as"ectos te&ricos ue dan 5ase altra5a o de investi%aci&n.

1. *)#'!'S !? (?CUP?(ACIE/ *?J'(A!A

a recu"eraci&n me orada de "etr&leo se de ine como la e:tracci&n d "etr&leo "or in ecci&n de materiales ue no son naturales en el acimiento = aW1 @ >. ?sta de inici&n ue asumida "or la industria "etrolera venezolana en el a1 @, cuando se realiz& el "rimer con%reso de recu"eraci&n me orada de P!VSA Cara5alleda, donde se lle%& a la si%uiente de inici&n = lvarez, 200F>+

a recu"eraci&n me orada de "etr&leo involucra a todos los "rocesos uincrementen econ&micamente el reco5ro de 4idrocar5uros, mediante la in ecci&n d

luidos ener%$a al acimiento .

os m-todos de recu"eraci&n me orada se "ueden dividir en los si%uientes%ru"os+

a> Hu$micos+• In ecci&n de Pol$meros.• In ecci&n de Sur actantes.• In ecci&n de Soluciones Alcalinas.

5> *isci5les+• In ecci&n de 9as ?nri uecido.• In ecci&n de C'2.

• In ecci&n de /2.• *icroor%anismosc> #-rmicos+• In ecci&n Alterna de Va"or.• In ecci&n Continua de Va"or.• In ecci&n de A%ua Caliente.• Com5usti&n $n Situ.


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9 9 M- o os T-!mi2os " R"2+p"!a2i3% M":o!a a

Se conoce "or recu"eraci&n t-rmica, a todo "roceso donde se in ecta u ori%inaener%$a t-rmica en el acimiento, con el in de aumentar la recu"eraci&n de "etr&l=.

?l o5 etivo "rinci"al en la a"licaci&n de m-todos t-rmicos es la reducci&n dela viscosidad del "etr&leo o va"orizarlo, lo ue trae como consecuencia una mamovilidad, conduci-ndolo as$ 4acia los "ozos "roductores, "or tanto sones"ecialmente utilizados "ara "etr&leo altamente viscoso, "ero tam5i-n se "uedenusar "ara "etr&leos de viscosidades 5a as.

Adicionalmente, a e ecto de la reducci&n de la viscosidad, tam5i-n se "resentan los e ectos de+

d> Va"orizaci&n de racciones livianas.

e> Cam5io de mo a5ilidad de la roca =siendo ma oritario al a%ua>.

> ?:"ansi&n de roca luidos.

?ntre las t-cnicas de recu"eraci&n t-rmica m8s utilizadas se encuentran lain ecci&n de va"or, ue "uede ser continua o c$clica, la in ecci&n de aire

acimiento conocida como Com5usti&n $n Situ.

2. C'*BUS#IE/ $N S$%&

Com5usti&n $n Situ =ISC "or sus si%las en in%l-s $n Situ 'ombustion > es 58sicamente un "roceso de in ecci&n de %as "ara la recu"eraci&n de "etr&leo. di erencia de un "roceso convencional de in ecci&n de %as, en un "roceso de ISC,

calor se utiliza como un coad uvante "ara me orar el reco5ro. ?l calor se %eneradentro del acimiento =in situ > "or la uema de una "orci&n del "etr&leo. acom5usti&n es sostenida mediante la in ecci&n de aire o de un %as rico con o:$%enla ormaci&n. A menudo este "roceso tam5i-n se llama "ire"lood2 =in ecci&n de

ue%o o aire caliente> "ara connotar el movimiento del rente de com5usti&n den


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del acimiento. ?l "etr&leo es im"ulsado 4acia el "ozo "roductor "or un em"u evi%oroso del %as =%ases de com5usti&n> un em"u e de a%ua =a%ua de la com

el a%ua de ormaci&n recondensada>.

?l incentivo ori%inal "ara el desarrollo del "roceso ISC ue el enormevolumen de "etr&leo viscoso, di $cil de recu"erar, ue "ermanece en el acimientdes"u-s de la "roducci&n "rimaria. Su uso se restrin%e %eneralmente a los

acimientos de "etr&leo "esado no susce"ti5les al va"or.

@9 9 P!o2"sos " Com*+s i3% In Situ

Bas8ndose en la direcci&n de la "ro"a%aci&n del rente de com5usti&n erelaci&n con el lu o de aire, el "roceso se "uede clasi icar como de com5usti& "ro%resiva o 4acia adelante com5usti&n inversa o reversa.

2.1.1. Combustión Progresiva

?n el "roceso "ro%resivo, el rente de com5usti&n avanza en la direcci&n%eneral del lu o de aire, mientras ue en com5usti&n inversa, el rente de com5usse mueve en una direcci&n o"uesta a la del lu o de aire. Para el a7o 1 s&lo

com5usti&n "ro%resiva esta5a siendo "racticada en el cam"o. a com5usti&n "ro%resiva es clasi icada en com5usti&n "ro%resiva seca com5usti&n "ro%r4 meda . ?n el "roceso seco, s&lo aire o aire enri uecido con o:$%eno es in ectaden el acimiento "ara mantener la com5usti&n. ?n el "roceso 4 medo, aire a%uest8n am5os in ectados a la ormaci&n a trav-s del "ozo in ector.

a> Com5usti&n Seca

?n este "roceso, el aire =o aire enri uecido> caliente a m8s de 2@0 C ein ectado a trav-s de un "ozo in ector, de manera ue al comenzar a irrum"ir en lazona "roductora de la ormaci&n, dic4o aire i%nita "romueve una uema de "etr&leo el a%ua en el acimiento "or un corto tiem"o ="ocos d$as>. a i%nici&n %eneralmente inducida mediante uemadores de %as de ondo de "ozo, calentador


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el-ctricos, o "or la in ecci&n de un a%ente "iro &rico =tales como el aceite de linazaun luido como el va"or de a%ua.

?n al%unos casos, se "roduce la autoi%nici&n del crudoin situ . Para ue estoocurra, la tem"eratura del acimiento de5e ser ma or ue 1@0 < el "etr&leo deser su icientemente reactivo.

Una vez encendido el rente de com5usti&n es sostenido "or un lu o continude aire. a com5usti&n o rente de ue%o "uede ima%inarse como un res"landlatente al ro o vivo ue "asa a trav-s del acimiento. A medida ue el rente dcom5usti&n se mueve le os del "ozo de in ecci&n, se desarrollan varias zonas de l

"ozos caracterizados en el acimiento entre el in ector el "roductor. ?stas zonasson el resultado de calor, trans"orte de masa las reacciones u$micas ue se "roducen en un "roceso de Com5usti&n $n Situ "ro%resiva.

a "orci&n su"erior de la


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tem"eratura m8s alta durante un "eriodo "rolon%ado, ue "or lo %eneral "resentaalteraci&n mineral. !e5ido a la a luencia o in lu o continuo del aire de am5iente, ltem"eratura en la zona uemada incrementa la tem"eratura de la ormaci&n entre l

com5usti&n el "ozo in ector en las "ro:imidades de la zona de com5usti&n.

Inmediatamente delante de la zona uemada esta la zona de com5usti&n. azona de com5usti&n es donde la reacci&n entre el o:$%eno el com5usti5le tiene lu%%enerando calor. a zona de com5usti&n es una re%i&n mu estrec4a =usualmentem8s de unas "ocas "ul%adas de %rosor> donde la o:idaci&n a alta tem"eratura = uemtiene lu%ar "rinci"almente "ara "roducir a%ua los %ases de com5usti&n+ di&:idocar5ono =C'2> mon&:ido de car5ono =C'>. ?l com5usti5le es "redominantemente

co ue, ue se orma en la zona de cra ueo t-rmico usto "or delante de la zona dcom5usti&n. ?l co ue no es car5ono "uro, "ero es un material or%8nico de iciente d4idr&%eno con una relaci&n de 4idr&%eno at&mico al car5ono =; C> entre 0,F de"endiendo de la condiciones de descom"osici&n t-rmica =co ui icaci&n>. tem"eratura alcanzada en esta zona de"ende esencialmente de la naturaleza de lacantidad de com5usti5le consumido "or unidad de volumen de la roca.

Justamente, a%uas a5a o de la zona de com5usti&n se encuentra la zona dcra ueo va"orizaci&n. ?n esta zona la alta tem"eratura %enerada "or el "roceso dcom5usti&n causa ue los com"onentes m8s li%eros del crudo se va"oricen locom"onentes m8s "esados se "irolicen =cra ueo t-rmico>. os e:tremos livianosva"orizados son trans"ortados a%uas a5a o "or los %ases de com5usti&n, se condens

se mezclan con el crudo nativo. a "ir&lisis %enera C'2, 4idrocar5uros, %asesor%8nicos residuos or%8nicos s&lidos. ?ste residuo, normalmente de inido comco ue, se de"osita so5re la roca.

Ad acente a la zona de cra ueo esta la zona de condensaci&n. !ado ue el%radiente de "resi&n dentro de esta zona es "or lo %eneral 5a o, la tem"eratura dentde la zona oscila entre 300 660 < de"ende de la "resi&n "arcial del a%ua en l

ase de va"or. Por lo tanto, la zona de condensaci&n se re iere a menudo como l


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meseta de va"or. ?l va"or de 4idrocar5uro ue entra en esta zona se condensa sedisuelve en el crudo. !e"endiendo de la tem"eratura, el "etr&leo tam5i-n "uedesometerse a Qvisbrea3ing Q en esta zona, ue es un "roceso ue consiste en

trans ormar el residuo "esado "roveniente de una torre ded e st i la c i&n de " e tr&l e o encom"uestos m8s li%eros, a trav-s de la disminuci&n de la viscosidad.4isbrea3ing esuna orma leve de cra ueo t-rmico. ?sta re%i&n contiene va"or, "etr&leo, a%ua, %ases de com5usti&n, a medida ue estos luidos se mueven 4acia el "ozo "roducto

as "rue5as de cam"o indican ue la meseta de va"or se e:tiende desde 10 4asta 30 "ies "or delante del rente de com5usti&n.

?n el 5orde delantero de la meseta de va"or, donde la tem"eratura es m8s 5a a

ue la tem"eratura de condensaci&n de va"or, se orma un 5anco de a%ua calient?ste 5anco se caracteriza "or una saturaci&n de a%ua ma or ue la saturaci&n ori%inUn 5anco de "etr&leo se u5ica des"u-s del 5anco de a%ua. ?sta zona contiene todo el "etr&leo ue 4a sido des"lazado desde las zonas a%uas arri5a.

*8s all8 del 5anco de "etr&leo se encuentra la zona no "ertur5ada ue a n nose ve a ectada "or el "roceso de com5usti&n, e:ce"to "or un "osi5le incremento en lasaturaci&n de %as de5ido al lu o de %ases de com5usti&n =C'2, C' / 2>.

?l mecanismo de trans"orte de luidos en %eneral en un "roceso decom5usti&n es una secuencia mu com"le a de em"u es de %as =%ases com5usti&n>, em"u e de a%ua =a%ua de ormaci&n recondensada el a%ua com5usti&n>, em"u e de va"or, em"u e de %as misci5le de solvente.

Aun ue el en o ue del conce"to de 5anco descrito anteriormente, da una ideadel "roceso de com5usti&n, este no es una verdadera re"resentaci&n del

com"ortamiento de cam"o. ?n el cam"o, las diversas zonas no son 8cilmenteidenti icadas e:isten considera5les sola"amientos entre ellas. Adem8s, lasu5icaciones relativas de las diversas zonas la secuencia en ue se "roducen tam5i-n "ueden ser di erentes a la descrita anteriormente.

http://bword//!!FRDD66BMXT,destilaci%C3%B3n/http://bword//!!FRDD66BMXT,destilaci%C3%B3n/http://bword//!!FRDD66BMXT,petr%C3%B3leo/http://bword//!!FRDD66BMXT,petr%C3%B3leo/http://bword//!!FRDD66BMXT,destilaci%C3%B3n/


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?sta di erencia sur%e "rinci"almente de5ido a la naturaleza 4etero%-nea delacimiento, ue 4ace ue el luido los lu os de calor sean di erentes en var

"untos de la re%i&n de com5usti&n.

a distri5uci&n del luido dentro de cada una de estas zonas se ve in luenciad "or el "er il de tem"eratura as$ como "or las caracter$sticas de la "ermea5ilidadrelativa de la ormaci&n. as "ro"iedades u$micas del "etr&leo ue ued& atr8s el 5anco de va"or determinan la cantidad de co ue ue se esta5leci&, ue a su vezdetermina la cantidad de aire ue de5e ser in ectado "ara consumir este co ue.

5> Com5usti&n ; meda

?n el "roceso de com5usti&n "ro%resiva seca, %ran "arte del calor %eneraddurante la com5usti&n se almacena en la arena uemada detr8s del rente ardiendo no se utiliza "ara el des"lazamiento del "etr&leo. a ca"acidad calor$ ica del aire secoes 5a a , en consecuencia, el aire in ectado no "uede trans erir calor desde la matrde arena tan r8"ido como este es %enerado. ?l a%ua, "or otra "arte, "uede a5sor5er trans"ortar el calor de orma m8s e iciente de lo ue "uede el aire. Si el a%ua sin ecta unto con el aire, %ran "arte del calor almacenado en la arena uemada s

"uede recu"erar ser trans"ortado 4acia adelante. a in ecci&n de a%ua al mismtiem"o o de orma intermitente con el aire es com nmente conocida comocom5usti&n 4 meda, "arcialmente e:tin%uida. a relaci&n de la tasa de a%uin ectada con res"ecto a la tasa de aire, in lu e en la velocidad del rente "ro%resivde com5usti&n en el com"ortamiento del des"lazamiento del "etr&leo.

?l a%ua in ectada a5sor5e el calor de la zona uemada, se va"oriza, "asa atrav-s del rente de com5usti&n, li5era el calor ue se condensa en las seccione

m8s r$as del acimiento. Por lo tanto, el crecimiento de los 5ancos de va"or a%u "or delante del rente de com5usti&n se acelera, dando como resultado un movimientdel calor m8s r8"ido el des"lazamiento del "etr&leo. ?l tama7o de estos 5ancos latasa de recu"eraci&n de "etr&leo son de"endientes de la cantidad de a%ua in ectada.


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!e"endiendo de la relaci&n aireNa%ua in ectada, el "roceso de com5usti&4 meda se clasi ica como com5usti&n 4 meda incom"leta , com5usti&n 4 mnormalQ s "er 4 meda o e:tin%uida . A tasas 5a as =com5usti&n 4 m

incom"leta>, el a%ua in ectada %enera va"or so5recalentado, a medida ue se mue4acia el rente de com5usti&n. ?n este caso, el a%ua in ectada alla en recu"erar toel calor de la zona uemada. A ma or tasa de in ecci&n de a%ua =com5usti&n 4 mnormal>, el a%ua in ectada recu"erar8 todo el calor de la zona uemada. Incluso a untasa de in ecci&n de a%ua a n ma or =com5usti&n s "er 4 meda> la tem"eram8:ima en el rente de com5usti&n declina. a "resi&n de o"eraci&n in lu e en tem"eratura de la zona de com5usti&n durante la com5usti&n s "er 4 meda.

os estudios de la5oratorio "rue5as de cam"o 4an demostrado ue lacom5usti&n asistida "or a%ua reduce la cantidad de "etr&leo uemado comcom5usti5le. ?ste com"ortamiento aumenta la cantidad de "etr&leo des"lazado "ero,m8s im"ortante, disminu e la cantidad de aire necesario "ara uemar un volumenes"eci icado del acimiento. ?l mecanismo ue ori%ina el de"&sito de com5usti5l "ara ser disminuido durante la com5usti&n 4 meda se cree ue es la ma ordis"oni5ilidad de 4idr&%eno en la zona de com5usti&n. Una "arte del de"&sito d

com5usti5le 4idro%enado se convierte en movi5le, movi-ndose uera de la re%i&ncom5usti&n sin uemar. a disminuci&n en el de"&sito de com5usti5le re uerimiento de aire "uede ascender a m8s de 26 de me or$a en la e iciencia de "roceso.

Com5usti&n e:tin%uida =s "er 4 meda> es una modi icaci&n del "roceso com5usti&n 4 meda ue intenta disminuir el re uerimiento de aire a n m8s. ? "roceso no incrementa la recu"eraci&n de "etr&leo, "ero aumenta la velocidad del

rente de com5usti&n reduce los costos de com"resi&n. Se in ecta a%ua en mucma or "ro"orci&n ue la com5usti&n 4 meda normal. ?l calor aumentadotrans"ortado "or el va"or a medida ue "asa a trav-s de rente de com5usti&n, 4ace

ue las tem"eraturas de com5usti&n disminu an. a tem"eratura se 4ace menor ue lre uerida "ara la com5usti&n en el 5orde "osterior del rente 4aciendo ue el o:$%en


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"ase a trav-s de la re%i&n sin reaccionar. Por lo tanto, una "orci&n del de"&sito dcom5usti5le es desviada, reduciendo los re uerimientos de aire.

Com5usti&n e:tin%uida es m8s a"lica5le en acimientos de crudo "esado menos acti5le "ara crudos de alta %ravedad API con 5a o de"&sitos de com5usti5le

as tasas &"timas de a%ua son mu di $ciles de determinar, a ue se vea ectadas "or 4etero%eneidades del acimiento. a se%re%aci&n de los luidos "oresultar en la e:tinci&n del rente del ue%o sacri icar al%unos de los 5ene i "revistos del "roceso. S&lo la e:"eriencia o"erando en un acimiento en "articular "ermitir8 la selecci&n de la me or relaci&n a%ua aire "ara ma:imizar el reco5ro

econom$a.

?n resumen, el "roceso de com5usti&n seca uema "arte del crudo des"lazael resto, "ero en este caso el a"rovec4amiento del calor es de iciente "ara eldes"lazamiento del "etr&leo, mientras ue en "rocesos de com5usti&n 4 meda s

uema una menor cantidad de crudo como com5usti5le, la utilizaci&n de calor edes"lazamiento de "etr&leo son m8s e icientes, lo ue resulta en la me ora de las tasde recu"eraci&n. ?l as"ecto m8s im"ortante de la com5usti&n "arcialmente e:tin%uida

es ue el rente de com5usti&n avanza a una velocidad m8s r8"ida de5ido a la uemde s&lo una "arte del de"&sito de com5usti5le. ?sto da como resultado la corta vidadel "ro ecto el re uerimiento de aire com"rimido es reducido en com"araci&n conla com5usti&n seca.

2.1.2. Combustión Inversa

?n crudo "esado, la com5usti&n "ro%resiva en el acimiento es a menudo

"la%ada con "ro5lemas de in ectividad a ue el "etr&leo de5e luir desde la re%calentada estimulada 4acia las secciones m8s r$as del acimiento. ?l "etr&leviscoso se vuelve menos m&vil tiende a crear 5arreras "ara el lu o. ?ste en&mees es"ecialmente "redominante en los crudos mu viscosos arenas 5ituminosas. acom5usti&n inversa se 4a "ro"uesto se 4a encontrado t-cnicamente acti5le en


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"rue5as de la5oratorio. a zona de com5usti&n se inicia en el "ozo de "roducci&n smueve 4acia el in ector, contracorriente al lu o de luido. ?l aire in ectado tiene via ar a trav-s del acimiento "ara "onerse en contacto con la zona de com5usti&n. ?

conce"to 58sico de la com5usti&n inversa es ue la ma or "arte del calor "ermaneceentre el "ozo de "roducci&n el "etr&leo cuando este es movilizado. Por lo tanto, unvez ue el "etr&leo comienza a moverse, se "roduce mu "oco en riamiento "arainmovilizarlo.

os "rinci"ios de uncionamiento de com5usti&n inversa no se entienden tan 5ien como a uellos "ara el modo "ro%resivo. Aun ue, el "roceso de com5usti&n eesencialmente el mismo, su movimiento no se controla "or la tasa de consumo de

com5usti5le, "ero si "or el lu o de calor. os tres actores necesarios "ara la uemson el o:$%eno, el com5usti5le la tem"eratura elevada. !urante la com5usti&ninversa, el o:$%eno est8 "resente desde el "ozo de in ecci&n a la zona de com5usti&

el com5usti5le est8 "resente a lo lar%o de la ormaci&n. ?l actor ue determidonde se "roduce la com5usti&n es la alta tem"eratura ue se %enera en el "ozo de "roducci&n durante la i%nici&n. A medida ue el calor %enerado durante com5usti&n eleva la tem"eratura del acimiento en la direcci&n del in ector, el ue%

se mueve en esa direcci&n. ?l rente de com5usti&n no "uede moverse 4acia e "roductor, siem"re cuando todo el o:$%eno se consuma en el mismo. Por lo tanto, e "roceso de com5usti&n 5usca las uentes de o:$%eno, "ero "uede moverse solamentan r8"ido a medida ue el calor "ueda %enerar las tem"eraturas elevadas.

a "orci&n del "etr&leo uemado "or com5usti&n "ro%resiva e inversa edi erente. a com5usti&n "ro%resiva uema solo el residuo co ue, mientras ue com5usti5le uemado en com5usti&n reversa se trata de 4idrocar5uros de "eso

molecular intermedio. ?sto es de5ido a ue todo el "etr&leo m&vil tiene ue moversa trav-s de la zona de com5usti&n. As$, la com5usti&n inversa consume un ma o "orcenta e del "etr&leoin situ en com"araci&n con la com5usti&n "ro%resiva. Sinem5ar%o, el movimiento del "etr&leo a trav-s de la zona de alta tem"eratura resulta enun aumento considera5le en el cra ueo del crudo, me orando su %ravedad. ?l "roces


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de me oramiento de la com5usti&n inversa es mu desea5le "ara los de"&sitos d4idrocar5uros similares al al uitr8n o 5itumen.

a causa "rinci"al de alla en cam"o "ara com5usti&n inversa 4a sido latendencia de i%nici&n es"ont8nea cerca del "ozo de in ecci&n. Sin em5ar%o, l "ro ectos con arenas 5ituminosas est8n siendo considerados "ara intentar utilizar lacom5usti&n inversa a lo lar%o de las racturas "ara "recalentar la ormaci&n. medida ue la zona uemada se acerca al "ozo de in ecci&n, la tasa de aire seincrementa, un "ire"lood normal "ro%resivo se inicia.

@9@9 /"% a:as " 'a Com*+s i3% In Situ

?n com"araci&n con otros "rocesos de recu"eraci&n me orada de "etr&leo, lacom5usti&nin situ es altamente com"le a. ?sta com"le idad no ue 5ien entendida "or la ma or$a de los o"eradores ue realizaron los estudios iniciales de com5usti&ncontri5u endo a la idea err&nea de ue la com5usti&nin situ es un "roceso "ro"enso a "ro5lemas ue "osee 5a a "ro5a5ilidad de -:ito. a "ro5a5ilidad de al%una alla de "ro ecto de com5usti&n, se "uede minimizar reconociendo sus limitaciones dise7ando un "ro ecto de %ran con ormidad.

Adicionalmente, el "roceso en cuesti&n a condiciones de la5oratorio "resentalas si%uientes venta as+

• #-rmicamente, es el "roceso de recu"eraci&n de "etr&leo m8s e iciente renta5le en la recu"eraci&n de "etr&leo "esado e:tra"esado =Sarat4i, 1 >.

• Se utiliza el aire, lo menos costoso el luido m8s 8cilmente dis"oni5le comoase in ectante.

• ?l crudo "roducido me orar$a nota5lemente su movilidad, aumentando su%ravedad API disminuir$a su viscosidad as$ como tam5i-n, los "ro5lemas dre inaci&n, de corrosi&n, entre muc4os otros "ro5lemas, a ue se "roducir$acrudos livianos directamente.


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• A "esar de ue la com5usti&nin situ "ro%resiva %enera co ue, este co ue nose des"erdiciar$a "or en&menos de ta"onamiento de los "oros en el

acimiento =en este caso la celda> "er udicando as$ la "roducci&n, sino

ser$a a"rovec4ado como com5usti5le constante, ue mantendr$a el rente decom5usti&n de manera esta5le =Sarat4i, 1 >.

• ?n cam"o se trata de un "roceso ideal "ara la "roducci&n de "etr&leo enormaciones de "oco es"esor. !esde el "unto de vista econ&mico el "roceso es

renta5le 4a sido im"lementado en cuer"os de arena ue var$an en es"esor de a 160 "ies sin em5ar%o, se 4a demostrado ue es m8s e icaz en lo

es"esores de 10N60 "ies, con un me or 5arrido del crudo menores "-rdidasde calor =Sarat4i, 1 >.

• ?l "roceso 4a demostrado ser renta5le en la recu"eraci&n de "etr&leoe:tra"esado "esado =@N20 API>, con alto contenido de metales "esado=/$ uel Vanadio> en acimientos no mu "ro undos.

• a "resi&n del acimiento no tiene e ecto so5re el -:ito t-cnico del "roceso.

• a "ermea5ilidad de la ormaci&n tiene un e ecto m$nimo so5re el "roceso.

• ?l "roceso "uede ser im"lementado como un se%uimiento a los "rocesos dein ecci&n de a%ua de va"or.

• Pro ectos de com5usti&n "ermiten el uso de un ma or es"aciamiento de "ozos "ueden resultar en un ma or reco5ro de "etr&leo ltimo, en com"araci&n

con otros m-todos t-rmicos.

@9 9 Ca!a2 "! s i2as "' #a2imi"% o .i%2+'a as 2o% Com*+s i3% In Situ

2.3.1. Factores Favorables

• Alta tem"eratura del acimiento.


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• Porosidad Z 1@ .

• Ba a "ermea5ilidad vertical.

• Continuidad lateral 5uena.

• * lti"les ca"as de arena ina.

• Com"etencia de so5recar%a considera5le.

• Alto 5uzamiento.

• Per il de "ermea5ilidad uni orme

2.3.2. Factores Riesgosos

•


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reacciones en tres clases+ =1> o:idaci&n a 5a a tem"eratura = #'>, =2> reaccionesormaci&n de com5usti5le a tem"eraturas intermedias, =3> o:idaci&n a al

tem"eratura =;#'> o com5usti&n del residuo de 4idrocar5uro s&lido =co ue>.

• as reacciones #' son 4etero%-neas =%as l$ uido> en su ma or$a resulten la "roducci&n de com"uestos "arcialmente o:i%enados, con "ocos o sin&:idos de car5ono.

• as reacciones de ormaci&n de com5usti5le a tem"eraturas intermediasinvolucran rom"imiento o cra ueoN"ir&lisis de 4idrocar5uros, lo ue conduca la ormaci&n de co ue =un material "esado rico en car5ono, con raccion

de 4idrocar5uro de 5a a volatilidad>.

• as reacciones de com5usti&n del com5usti5le a alta tem"eratura son4etero%-neas, en donde el o:$%eno reacciona con el "etr&leo no o:idado, elcom5usti5le los com"uestos o:i%enados "ara dar &:idos de car5ono a%ua.

2. .1. !"i#ación a $a%a Tem&eratura '(T!)

!urante la com5usti&nin situ los 4idrocar5uros "resentes inicialmente en el "etr&leo e:"erimentan dos ti"os de reacciones con el o:$%eno =aire in ectado>de"endiendo de la tem"eratura "redominante. ?sas reacciones ue ocurren atem"eraturas in eriores a 00 < se de inen como la o:idaci&n a 5a a tem"eratu= #'> la o:idaci&n a alta tem"eratura =;#'>. A di erencia de la ;#', ue "roduceC' 2, C', a%ua =;2'> como sus "roductos de reacci&n "rimaria, #' "roduce a%uae 4idrocar5uros "arcialmente o:i%enados tales como 8cidos car5o:$licos, alde4$doscetonas, alco4oles, e 4idro"er&:idos =Bur%er et al., 1 G2>. Por esta raz&n las

"ueden considerarse como reacciones de adici&n de o:$%eno, se "roduce incluso una tem"eratura de acimiento 5a a es causada "or la disoluci&n de o:$%eno en crudo. ?l %rado de disoluci&n de"ende de la velocidad de di usi&n de las mol-culas do:$%eno en el "etr&leo =Bur%er et al., 1 G2> a tem"eratura de acimiento. os crulivianos son m8s susce"ti5les a #' ue los crudos "esados.


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(eacciones #' son mu com"le as no son 8ciles de entender. Sinem5ar%o, se cree ue consisten en la condensaci&n de com"onentes de 5a o "esmolecular a "roductos de alto "eso molecular.

#' se 4a demostrado ue aumenta la viscosidad del "etr&leo ori%inal, elran%o de e5ullici&n su densidad =Ale:ander otros, 1 F2>. Adem8s, incrementancantidad de com5usti5le dis"oni5le "ara la com5usti&n =AlNSaadon, 1 G0> "romueven una disminuci&n sustancial del "etr&leo constituido "or las racciones dmenor "unto de e5ullici&n =!a55ous .

?s mu di $cil asi%nar un ran%o de tem"eratura a la re%i&n #' "or ue la

reacciones de &:ido de car5ono comienzan a ocurrir a tem"eraturas entre 2G0 < 320 ue a menudo se denominan reacciones de de"osici&n decom5usti5les, "or ue son res"onsa5les de la de"osici&n del Qco ue "ara lacom5usti&n "osterior.

Adem8s la "ir&lisis tiene lu%ar mientras no e:ista la acci&n de al% ncatalizador en el crudo. as reacciones de "ir&lisis en el crudo son "rinci"almente4omo%-neas =%asN%as> endot-rmicas, =a5sorci&n de calor> e im"lican tres ti"reacciones+ des4idro%enaci&n, cra ueo condensaci&n. ?n las reacciones des4idro%enaci&n los 8tomos de 4idr&%eno se se"aran de las mol-culas d


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4idrocar5uros, mientras ue uedan los 8tomos de car5ono intactos. ?n las reaccionesde cra ueo, los enlaces car5onoNcar5ono de las mol-culas del 4idrocar5uro "esado srom"en, lo ue resulta en la ormaci&n de mol-culas de 4idrocar5uros con meno

n mero de 8tomos de car5ono =m8s "e ue7o>. ?n el caso de reacciones decondensaci&n, el n mero de 8tomos de car5ono en las mol-culas aumenta lo ueconduce a la ormaci&n de 4idrocar5uros ricos en car5onos m8s "esados. ?l ti"o de "etr&leo la estructura u$mica de sus 4idrocar5uros constitu entes determinan velocidad, e:tensi&n diversidad de las reacciones de "ir&lisis.

?n %eneral 4idrocar5uros de cadena corta =metano 4asta el 5utano> se sometena des4idro%enaci&n las mol-culas m8s %randes se someten a cra ueo.

?studios de "ir&lisis so5re crudos "esados en la5oratorios =1 N1F API> dCali ornia =A5uN 4amsin et al., 1 @@> indican ue la "ir&lisis del crudo en el m "oroso "asa "or tres eta"as su"er"uestas+ destilaci&n, reducci&n de viscosidad=visbrea3ing >, la co uizaci&n o co ui icaci&n. !urante la destilaci&n, el crud "ierde la ma or "arte de sus racciones livianas medianas. A altas tem"eraturas= 00N6 0 se "roduce cra ueo leve del "etr&leo =reducci&n de viscosidad> don4idrocar5uro "ierde "e ue7os %ru"os laterales los 8tomos de 4idr&%eno "ara ormcom"uestos menos rami icados, ue son m8s esta5les. A tem"eraturas a n m8s altas=encima de 660 el "etr&leo remanente en el medio "oroso cra uea convirti-ndoen una racci&n vol8til en un residuo no vol8til "o5re en 4idr&%eno rico car5ono llamado Qco ueQ.

?l co ue se de ine como la racci&n de un crudo insolu5le en tolueno %eneralmente contiene @0N 0 de car5ono 3N de 4idr&%eno. #anto la reducde viscosidad como las reacciones de cra ueo "roducen %as 4idr&%eno al%un4idrocar5uros li%eros en la ase de %as.

1 >+a secuencia "ro"uesta "ara las reacciones de "irolisis es la si%uiente =Sarat4i,


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• Crudo e:tra"esado %enera maltenos.

• *altenos %eneran as altenos.

• os as altenos %eneran co ue.

• os as altenos %eneran %as.

os maltenos son la racci&n solu5le en 4idro c a r 5 u r os s a tur a dos de 5a o " untode e 5ul l ici&n. ?st8n constituidos "or anillos arom8ticos, na t-nicos con mu "ocascadenas "ara $nicas. 9eneralmente e:iste ma or "ro"orci&n de maltenos uede a s a lt e nos cuando se 4a5la de as altos =Ba%ci, 2001>.

os as altenos son una amilia de com"uestosu$ m icos o r % 8 nicos del "etr&leocrudo re"resentan los com"uestos m8s "esados "or tanto, los de ma or "unto dee 5ul l ici&n. Son, estad$sticamente, un con unto de com"uestos mu similares entre s$constituidos "or una elevada cantidad de anillos arom8ticos unidos entre s$ "or cadenas de ti "o " a r a $n i c o con "ol a rid a d relativamente alta ="ro"orcionadama oritariamente "or la "resencia de 4etero8tomos metales>. Son insolu5les enlos maltenos del "ro"io crudo cuando se "rovoca su desesta5ilizaci&n. A nivel de

la5oratorio se de inen como la racci&n or%8nica del crudo ue es insolu5le en "ara inas ="or e em"lon N 4 e "tano> solu5les en com"uestos arom8ticos ="or e em"lo to l u e noo 5 e n c e no >.

2. .3. !"i#ación a *lta Tem&eratura '+T!)

a reacci&n entre el o:$%eno en el aire in ectado el co ue a tem"eraturasu"eriores a 660


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?l calor %enerado a "artir de estas reacciones "ro"orciona la ener%$a t-rmicanecesaria "ara sostener "ro"a%ar el rente de com5usti&n. os estudios indican, sem5ar%o, ;#' es "redominantemente una reacci&n de lu o 4etero%-neo el "roceso

de uema im"lica una serie de en&menos de trans"orte.

Com5usti&n =o:idaci&n> es una reacci&n de su"er icie controlada se "uedividir en los si%uientes "asos =Scar5orou%4 Cad , 1 @2>+

1. !i usi&n de o:$%eno desde la corriente de la masa %aseosa a la su"er icie dcom5usti5le.

2. a a5sorci&n del o:$%eno en la su"er icie del com5usti5le.

3. a reacci&n u$mica con el com5usti5le.

. a desorci&n =en un s&lido, en&meno ue consiste en a5andonar "or encimacierta tem"eratura los %ases ue 4a a5sor5ido o adsor5ido> de los "roductos de lcom5usti&n.

6. a di usi&n de los "roductos uera de la su"er icie dentro de la corriente de

masa %aseosa.Si al%uno de estos "asos es in4erentemente m8s lento ue los "asos restantes,

el "roceso de com5usti&n en con unto ser8 controlado "or ese "aso. as reaccioneu$micas %enerales ="aso 3> "roceden en una tasa muc4o m8s r8"ida ue los "roces

de di usi&n.

?l tema de si la velocidad de reacci&n u$mica o la tasa de di usi&n do:$%eno controlan el "roceso de com5usti&n es controversial. Al%unos investi%adosostienen ue la tasa de com5usti&n en %eneral de"ende de la concentraci&n do:$%eno ="resi&n "arcial> en o cerca del rente de com5usti&n =Scar5orou%4 C1 @2>.


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2. . . Cin tica #e Reacciones #e Combustión

a cin-tica de la reacci&n determinar8 si una reacci&n es lenta o r8"ida alestudiar los actores ue determinan la velocidad el mecanismo, es decir, la eta"a oserie de eta"as en las ue ocurre el cam5io. a velocidad de la reacci&n corres"onder8a la ra"idez con ue tiene lu%ar una reacci&n durante el cam5io, la concentraci&nlos reactantes disminuir8, mientras ue la concentraci&n de los "roductos aumentar8

a velocidad media, entonces, se medir8 a trav-s del cam5io de concentraci&n en un "eriodo determinado de tiem"o. ?l estudio de la cin-tica de la reacci&n "ara el "roceso de Com5usti&n $n Situ es necesario "or ue "ermite o5tener la si%uientein ormaci&n+

1. Caracterizar la reactividad del "etr&leo.

2. !eterminar las condiciones necesarias "ara conse%uir la i%nici&n o "ardeterminar si el autoencendido se llevar8 a ca5o en el acimiento 5a o la in ecci&n aire.

3. Com"render me or la naturaleza del com5usti5le ormado su im"acto en lacom5usti&n.

. ?sta5lecer los valores de los "ar8metros de los modelos cin-ticos =velocidad dereacci&n> utilizados en la simulaci&n num-rica de los "rocesos de ISC.

2. .-. Factores ue */ectan las Reacciones #e !"i#ación

!os de los actores m8s im"ortantes en el "roceso de com5usti&nin situ son laormaci&n de com5usti5le la com5usti&n. os "rocesos $sicos u$micos

%o5iernan la ca"acidad de un crudo "ara de"ositar com5usti5le su "osterior com5usti&n =o:idaci&n>, in lu en uertemente en la econom$a de un "ro ectocom5usti&n. #am5i-n la de"osici&n de "oco com5usti5le "uede limitar la ormaci&de un rente de com5usti&n sostenido esta5le. !el mismo modo, una de"osici&nim"ortante de com5usti5le resultar8 en un alto re uerimiento de %as o:idante.


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a velocidad de "ro"a%aci&n del rente de com5usti&n el re uerimiento aire de"ende de la e:tensi&n de las reacciones de o:idaci&n e:ot-rmica, ue soncontroladas "or la cin-tica de estos "rocesos. as investi%aciones indican ue la

naturaleza la com"osici&n de la roca del acimiento las caracter$sticas de "etr&leo in lu en en las caracter$sticas termoNo:idativas de los crudos de lo

acimientos. a arcilla el contenido met8lico de la roca, as$ como su 8reasu"er icial, tienen una "ro unda in luencia so5re la tasa de de"osici&n de com5usti5

su o:idaci&n.

as arcillas arenas inas, tienen un 8rea su"er icial es"ec$ ica mu alt?studios indican ue la "resencia de arcillas arenas inas en la matriz avorecen l

ormaci&n de co ue. as arcillas son catalizadores 8cidos s&lidos sus actividadcatal$ticas est8n relacionadas con la densidad de sitios 8cidos la uerza del 8cido, lcuales aumentan al incrementarse el contenido de arcilla. ?l -:ito de la com5usti&nin

situ es atri5uido a la in luencia de la mineralo%$a de la roca =%eneralmente m8s 10 de limo de arcilla> en la reacci&n de ormaci&n de com5usti5le.

Se sa5e ue los metales aditivos met8licos tam5i-n a ectan la naturaleza lacantidad de com5usti5le ormado. os metales se utilizan como catalizadores en lasindustrias de "rocesos de re inaci&n de "etr&leo u$micos, "ara acelerar lo:idaci&n de 4idrocar5uros reacciones de cra ueo. ?n estudios realizados "arainvesti%ar el e ecto de contaminaci&n "or metales en reacciones de cra ueo d4idrocar5uros, se encontr& ue varios metales "romueven la ormaci&n de co ue e ecto catal$tico, los cuales son+ Cu, V, Cr, Ln /i =Sarat4i, 1 >.

@9H9 P!+"*as a %i."' " 'a*o!a o!io "% +*os " 2om*+s i3%9

os tu5os de com5usti&n son simuladores $sicos re"resentan una "e ue7 "arte del acimiento simulado a escala de la5oratorio, con la restricci&n de luunidimensional =Prasad Slater, 1 @F>. as "rue5as en dic4o dis"ositivo "ermiten simulaci&n de la "ro"a%aci&n del rente de com5usti&n la naturaleza de reacciones u$micas din8micas resultantes en condiciones de acimiento.


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!e5ido a ue la naturaleza de "ro"a%aci&n del rente de com5usti&n escontrolada "or las reacciones u$micas la "ermea5ilidad relativa caracter$stica de

acimiento, los resultados de las "rue5as en tu5os de com5usti&n "ueden

"ro"orcionar un sentido cualitativo "ara la a"licaci&n en cam"o. Por lo tanto, las "rue5as en tu5os de com5usti&n se 4an ace"tado como m-todo "ara "roducir datoscon ia5les ue descri5an el "roceso de Com5usti&n $n Situ =Sarat4i, 1 >.

a "rinci"al desventa a de las "rue5as en tu5os de com5usti&n es ue sondatos no escalados. Por lo cual, los datos o5tenidos de ellos no "ueden ser escalados "or lo tanto realizar correlaciones directas de los resultados del tu5o de com5usti&n a

acimiento no %enera 5uenos resultados. Sin em5ar%o la e:"eriencia 4a mostrado

ue a ue las "rue5as se 4acen con el crudo la arena "roveniente del acimiento 5a o condiciones de o"eraci&n a"ro"iadas, las reacciones u$micas laeste uiometr$a de la reacci&n en el tu5o ser8 mu "arecida a la ue ocurre en e

acimiento, esto de5ido a ue la este uiometr$a de las reacciones son controladas "ola tem"eratura, la "resi&n las caracter$sticas u$micas del crudo. ?l com"ortamientde la com5usti&n en el tu5o, sin em5ar%o, no ser8 i%ual a como ocurre en e

acimiento a ue es a ectado "or la tasa de lu o las saturaciones de los luid

=9onz8lez, 200G>.

Aun ue las "-rdidas de calor en el tu5o de com5usti&n se consideran distintasa las ue ocurren en el acimiento, una analo%$a directa e:iste entre los dos sistemas?l acimiento esta naturalmente aislado "or los estratos tanto in erior como su"erior

las "-rdidas de calor son relativamente 5a as con res"ecto al calor %enerado. ?l tu5ode la5oratorio tiene altas "erdidas de calor de5ido a su construcci&n de acero a lalimitada cantidad de calor %enerado. Para disminuir estas "-rdidas sostener el rent

de com5usti&n, se colocan resistencias el-ctricas alrededor del tu5o. ?stas resistenciasmantienen el "roceso con las menores "-rdidas de calor "osi5le, es decir, lasresistencias aumentan la tem"eratura de la "ared del tu5o manteniendo unatem"eratura menor sin inter erir con el mecanismo del "roceso, "or lo tanto el calor a


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trav-s del tu5o em"acado re"resenta lo ue "udiera ocurrir en el acimiento salvoal%unas e:ce"ciones.

Como se mencion&, las "rue5as en tu5os de com5usti&n re"resentane:actamente los mecanismos de reacciones. Por lo tanto, los resultados a escala dela5oratorio "redicen satis actoriamente el com"ortamiento de la zona de com5usti&nlo ue "ermite determinar los "ar8metros ue ri%en el "roceso, a sa5er+

a> R"'a2i3% a 3mi2a =i !3 "%o Ca!*o%o "' 2!+ o 7+"ma o+ ue no es m8sue la relaci&n entre el 4idr&%eno el car5ono del crudo consumido.

5> R"'a2i3% O; "%o Com*+s i*'"+ es el m$nimo volumen de o:$%eno necesario "ara uemar una unidad de masa de com5usti5le.

c> R"'a2i3% Ai!" Com*+s i*'"+ es el volumen de aire re uerido "ara uemar una unidad de com5usti5le es unci&n de la cantidad de 4idr&%eno car5oen el com5usti5le de la relaci&n nitr&%eno o:$%eno del aire.

d> R"7+"!imi"% o " 2om*+s i*'"+ es la masa de co ue o residuo rico encar5ono ue resulta del cra ueo t-rmico de la destilaci&n del crudo residual

"r&:imo al rente com5usti&n. !e"ende de una variedad de actoresrelacionados a las "ro"iedades de los luidos =viscosidad del "etr&leo,%ravedad es"ec$ ica, caracter$sticas de destilaci&n, saturaci&n de a%ua %as>, las "ro"iedades de la roca ="ermea5ilidad, "orosidad contenido demineral>, la tasa de in ecci&n de aire, la concentraci&n de o:$%eno, ltem"eratura la "resi&n.

e> R"7+"!imi"% o " ai!"+ es la cantidad de aire ue se re uiere in ectar "arauemar un determinado volumen de roca. ?s un actor im"ortante a ue

determina la relaci&n aire in ectado "etr&leo des"lazado =.

> C!+ o 7+"ma o+ se re iere a la cantidad de crudo utilizado "ara mantener elrente de com5usti&n.


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%>E;2"so " Ai!"+ no es m8s ue la cantidad de aire u o:$%eno ue no reaccion&con el com5usti5le.

3. CA# ISIS K SU US' ?/ A C'*BUS#IE/ $N S$%& .

Cat8lisis es el en&meno de alteraci&n de la velocidad de una reacci&u$mica, "roducida "or la "resencia de una sustancia adicional, llamada catalizador.

Un catalizador es una sustancia ue sin estar "ermanentemente involucrada en lareacci&n altera u$micamente el mecanismo "or el ue transcurre la mismamodi icando la velocidad con la ue la trans ormaci&n u$mica se a"ro:ima a sestado de e uili5rio.

9 9 I%1'+"%2ia " a i i.os 2a a' i2os "% "' p!o2"so " Com*+s i3% In Situ

?n ausencia de "-rdidas de calor, se 4a conse%uido ue los aditivos met8licossolu5les en a%ua dentro de los sistemas "etr&leo roca me oran la autosustenta5iliddel rente de com5usti&n las cualidades del crudo "roducido. ?n %eneral, esto satri5u e a cam5ios en la mor olo%$a "ro"iedades su"er iciales del medio "orosdelante de la re%i&n de com5usti&n. os e ectos del catalizador so5re la com5ustise 4an inter"retado en t-rminos de la llamada naturaleza dual +

i. *odi icaci&n de la cin-tica de las reacciones de o:idaci&n dentro del rente dcom5usti&n a sa5er, cam5ios en la su"er icie es"ec$ ica del com5usti5le,

actor de recuencia la ener%$a de activaci&n.

ii. Aumento de la de"osici&n de 4idrocar5uros de5ido a un incremento de lasu"er icie es"ec$ ica del medio "oroso.

?stos e ectos ser8n discutidos con 5ase en el modelo de AWWutlu Kortsos drente de com5usti&n, "u5licado en 200 .


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9 9 9 0/ecto catal tico en la Combustión in situ

?ste e ecto a%ru"a los cam5ios en la ener%$a de activaci&n, actor drecuencia su"er icie es"ec$ ica del com5usti5le+

1. Energía de activaci(n . Un incremento de la ener%$a de activaci&n im"lica ue lasinteracciones ue ori%inan las trans ormaciones u$micas de los reactantes, de5su"erar una ma or 5arrera ener%-tica asociada a la ortaleza de los enlaces, ue 4sido modi icados "or la "resencia del catalizador. A di erencia de la "redicci&n "aun sistema est8tico, la elevaci&n de la ener%$a de activaci&n "roduce ue "ro"a%aci&n din8mica unidimensional de las re%iones de reacci&n sea tem"eraturas m8s altas. ?sto es estrictamente cierto "ara la relaci&n ener%$atem"eratura en las zonas o re%iones donde e:ista ;#'.

2. E"ecto del "actor de "recuencia . Un aumento del actor de recuencia im"lica unincremento "ro"orcional en la velocidad de reacci&n "or tanto se es"era ue la "ro"a%aci&n de las re%iones de reacci&n sus tem"eraturas, aumenten. Adem8so5serva ue los cam5ios en las tem"eraturas de la re%i&n ;#' son muc4o menoresa los causados "or la variaci&n en la ener%$a de activaci&n.

3. Super"icie especí"ica del combustible . a in luencia de la su"er icie es"ec$ ica delcom5usti5le de5e ser id-ntica a la del actor de recuencia.

. E"ecto combinado de la energía de activaci(n y "actor de "recuencia . A menudo,s&lo se considera ue la variaci&n en la ener%$a de activaci&n es un indicadoactividad catal$tica. Sin em5ar%o !rici Vassou%4i =citados "or AWWutlu, Kort

Ada%uluN!ermidal, 2010> mostraron la alsedad de esta "ro"osici&n indicandoe:istencia de un e ecto de com"ensaci&n entre el actor de recuencia la enerde activaci&n en las reacciones ;#' #', se% n la ecuaci&n+ lo% =W> [ m\? ] cdonde W es el actor de recuencia, ? la ener%$a de activaci&n, m constantes dadas "or !rici Vossou%4i =1 @6> validas "ara varios &:idos metal.


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6. E"ecto de la deposici(n de combustible en la combusti(n in situ. a su"er iciees"eci ica del com5usti5le el com5usti5le %enerado no es lo mismo ue el 8rsu"er icial del medio "oroso, aun ue e:iste una correlaci&n entre -sta la cantida

de com5usti5le %enerado. Se 4a ar%umentado ue los a%entes catal$ticos "uecam5iar el 8rea su"er icial del medio "oroso , consecuentemente, variar lade"osici&n de 4idrocar5uros, a ectando la tem"eratura en el acimiento. As$, es"era ue e:ista una in luencia en la din8mica de las re%iones de reacci&n.

Con el uso de catalizadores en el "roceso de Com5usti&n $n Situ se es"era uese %eneren una serie de venta as con res"ecto a la Com5usti&n $n Situ ori%inal, entrelas cuales se encuentran =(am$rez otros, 200@>+

• Incremento en la "roducci&n de "etr&leo.•


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constituidas al menos "or dos com"onentes inmisci5les entre s$, como a%ua aceitestando uno de ellos dis"erso dentro del otro = ue es la ase continua> en orma %otas esta5ilizadas "or un sur actante o tensoactivo.

as emulsiones son sistemas uera de e uili5rio ue re uieren a%itaci&n "a%enerarse sus "ro"iedades de"enden de la $sicoN u$mica del sistema, es decir, denaturaleza de los com"onentes =salinidad, ti"o de tensoactivo, com"onente oleoso,tem"eratura "resi&n del sistema>, del m-todo de "re"araci&n del orden de adici&de los com"onentes.

Pueden ser clasi icadas de acuerdo a la naturaleza de la ase dis"ersa como

sim"les es decir, si se trata de una emulsi&n aceite en a%ua =' Y "or sus si%las ein%les+ Tater and oil> o a%ua en aceite =Y '>, a veces son m lti"les si la acontinua tam5i-n se dis"ersa en %otas.


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3.2.1. acroemulsiones

as macroemulsiones son dis"ersiones l$ uidoNl$ uido, con tama7os de %o

t$"icos entre 1N100µ

m = ue "uede e:tenderse en casos es"eciales "or de5a o de 0,6

µm o "or encima de 600µm>. ?n este ran%o, las %otas son "or lo %eneralsu icientemente %randes como "ara asentarse "or e ecto de la %ravedad. ?staemulsiones tienen un as"ecto tur5io "resentan 5a a esta5ilidad cin-tica.

3.2.2. Nanoemulsiones

Son a uellas emulsiones ue "oseen tama7o de %otas entre 60 600 nm, 5a a "olidis"ersidad, ue %eneralmente, les con iere una alta esta5ilidad cin-tica. Sode a"ariencia transl cida o trans"arente, "ero no necesariamente, el color de"ende delti"o de aceite utilizado. /o re uieren concentraciones de sur actante tan elevadas "ara su ormaci&n =de 1 a 3 >. Al%unos estudios 4an mostrado ue son m8s esta5cuando est8 "resente una ase de cristal l$ uido =*art$nez Se%ovia, 2011>.

as nanoemulsiones "oseen tama7os com"rendidos entre las microemulsiones las macroemulsiones. ?l t-rmino nanoemulsi&n 4a sido ado"tado en los ltimos

a7os de5ido a ue, adem8s de ser m8s conciso, se7ala la dimensi&n del tama7o de%ota de la emulsi&n en el orden de nan&metros evitando malinter"retaciones con t-rmino de microemulsi&n, ue son sistemas termodin8micamente esta5les necesitan una ma or cantidad de sur actante, entre 16 30 =*art$nez Se%ovia2011>.

!e5ido a ue las nanoemulsiones son sistemas termodin8micamenteinesta5les, no "ueden ormarse es"ont8neamente "or lo tanto re uieren de la

a"licaci&n de ener%$a "ara su ormaci&n, ue "uede ser alta o 5a a.

A ra$z de ue los "recursores catal$ticos ue se em"lear8n en este tra5a o est8 5asados en nanoemulsiones se "roceder8 a e:"licar detalladamente la "re"araci&n deeste ti"o de sistemas.


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3.2.2.1. *-todos de Pre"araci&n de /anoemulsiones

a> *-todos de !is"ersi&n Alta ?ner%$a

?n estos m-todos, el tama7o la "olidis"ersidad de las %otas de lasnanoemulsiones de"enden de los "ar8metros de ormulaci&n tales como la ener%a"licada el tiem"o durante el "roceso de emulsionaci&n, la cantidad de sur actante la naturaleza de los com"onentes.

?ntre los e ui"os de dis"ersi&n m8s e icaces "ara "roducir nanoemulsionesest8n los 4omo%eneizadores de alta "resi&n los %eneradores de ultrasonido, ener%$a ue suministran estos e ui"os "roduce su iciente cizalla "ara rom"er las %ode la emulsi&n en otras m8s "e ue7as =.

5> *-todos


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'tro mecanismo relaciona la emulsionaci&n es"ont8nea con la condensaci&n el crecimiento de %otas ormadas en un sistema su"ersaturado esta5ilizadas "osur actantes, o con la ormaci&n de ases de cristal l$ uido lamelar al entrar

contacto mezclas de a%ua, sur actante aceite =.

a emulsionaci&n es"ont8nea ocurre cuando la emulsi&n se orma al entrar econtacto con los com"onentes del sistema, en ausencia =o con "oca> a%itaci&n!e5ido a ue las emulsiones son inesta5les, es im"osi5le ue -stas se ormenes"ont8neamente. Si las ases l$ uidas no se encuentran inicialmente en e uili5rio, sconsidera ue cierto "roceso din8mico tal como+ di usi&n, luctuaciones t-rmicas,una tensi&n inter acial ultra5a a, conduce a la emulsionaci&n cuando las ases se

"uesto en contacto sin a%itaci&n =.

3.2.2

(750393591) tesis de jesus armaro nanoparticulas por medio de combustion insitu en la fpo

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