Evaluación fisicoquímica del sistema asfaltenos/resinas en la formación de emulsiones en procesos de inyección de vapor

Abstract

One of the main disadvantages suffered by thermal recovery processes is the formation of emulsions due to the presence and physicochemical changes suffered by the natural emulsifiers of crude oil such as asphaltenes and resins. The main focus of the present study is to determine the influence of asphaltenes and resins in the emulsions generated in thermal recovery processes by studying their physicochemical changes and the behavior of the heavy components of crude oil in the formation of emulsions and interaction with the interfacial film. Asphaltenes and resins were extracted from heavy crude oil and were subjected to oxidation, steam injection and pyrolysis processes at 100 °C and 200 °C. These were characterized by qualitative structural indexes of infrared Fourier transform spectroscopy, carbon content, elemental analysis, XPS and NMR. The model emulsions were made at 15000 rpm with the mixture of deionized water, xylene and different proportions of the heavy components considering the sole asphaltenes and resins and the presence of both. The amount of free water, droplet size, phase volume, viscosity, and interfacial tension are evaluated for the emulsions generated to determine the influence of resins and asphaltenes on these properties. Through the oxidative processes carried out for the evaluated emulsions, it could be concluded from spectroscopy analysisa decrease of aliphatic chains and an increase in the aromatic carbon and aromatic hydrogen ratio (Car/Har) which causes greater aromaticity and lower solubility due to structural changes. In the emulsions generated with the thermally treated asphaltenes in an air atmosphere, 48% at 1000 mg/L of the phase of a W/O emulsion and 3% of a W/O emulsion with the presence of deposited asphaltenes are formed which increase 11% the viscosity of the phase.On the other hand, the emulsions generated with the resins thermally treated in an atmosphere of air mainly presents the formation of a W/O emulsion with an increase in the viscosity of 6000% and a non-emulsified oil phase.In the emulsions with the presence of asphaltenes and resins the generation of highly viscous phases is solvated. For the steam atmosphere in the emulsions generated only with asphaltenes do not occur deposited although the W/O emulsion has an increase in the viscosity of 15%, in contrast to 4% of the W/O emulsion generated with the oxidized asphaltenes. Emulsions with resins subjected to a steam atmosphere also have an O/W phase with an increase in viscosity of 3400%. Again the presence of both components in the emulsion inhibits the formation of the highly viscous phase. The behavior of the interfacial tension decreases in all the emulsions, presenting lower values in the emulsions with asphaltenes and resins subjected to a water vapor atmosphere. This work focuses on analyzing the effect of temperature on the structural changes suffered by asphaltenes and resins in atmospheres of air, steam and nitrogen and its effect on the formation of emulsions in the presence and absence of salts and with changes in alkalinity in the aqueous phase.

Una de las principales desventajas que presentan los procesos de recobro térmico es la formación de emulsiones debido a la presencia y cambios fisicoquímicos que padecen los emulsificantes naturales del crudo como los asfaltenos y las resinas. El objetivo principal de esta investigación es determinar la influencia de los asfaltenos y las resinas en la formación de emulsiones a través de los cambios en su estructura molecular y en la interacción entre ellos y con la película interfacial cuando son sometidos a procesos de recobro térmico. Los componentes pesados del crudo fueron extraídos a partir de un crudo pesado colombiano y sometidos a procesos de oxidación, pirólisis e inyección de vapor a 100°C y 200°C. Estos fueron caracterizados a través de sus índices estructurales determinados a partir de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, análisis elemental y NMR. Las soluciones modelo fueron realizadas a 15000 rpm con la mezcla de agua desionizada, xileno y diferentes proporciones de los componentes del crudo considerando solo asfaltenos, solo resinas y la presencia de ambos. Además, también se evaluó el efecto de las sales y el pH en la formación de emulsiones. La cantidad de agua libre, tamaño de gota, volumen de las fases, viscosidad y tensión interfacial son evaluadas para las emulsiones generadas con el fin de determinar la influencia de las resinas y los asfaltenos en estas propiedades. A través de los procesos oxidativos llevados a cabo para las emulsiones evaluadas, se pudo concluir a partir del FTIR la disminución de las cadenas alifáticas y un aumento en la proporción de carbonos aromáticos e hidrógenos aromáticos (Car/Har) que causa una mayor aromaticidad y menor solubilidad. En las emulsiones generadas con los asfaltenos tratados térmicamente en una atmósfera de aire, se forma un 48% a 1000 mg/L de la fase de la emulsión de W/O y un 3% de una emulsión W/O con la presencia de asfaltenos depositados que aumentan un 11% la viscosidad de la fase. Por otro lado, las emulsiones generadas con las resinas tratadas térmicamente en una atmósfera de aire presentan principalmente la formación de una emulsión W/O con un aumento en la viscosidad del 6000% y una fase de aceite no emulsionado. En las emulsiones con presencia de asfaltenos y resinas, la generación de fases altamente viscosas es solvatada. Para la atmósfera de vapor de agua, las emulsiones generadas solo con asfaltenos no presentan precipitadosn, aunque la emulsión W/O tiene un aumento en la viscosidad del 15%, en contraste con el 4% de la emulsión W/O generada con los asfaltenos oxidados. Las emulsiones con resinas sometidas a una atmósfera de vapor también tienen una fase O/W con un aumento de viscosidad del 3400%. Una vez más la presencia de ambos componentes en la emulsión inhibe la formación de la fase altamente viscosa. El comportamiento de la tensión interfacial disminuye en todas las emulsiones, presentando valores más bajos en las emulsiones con asfaltenos y resinas sometidas a una atmósfera de vapor de agua. Este trabajo se centra en analizar el efecto de la temperatura en los cambios estructurales que padecen los asfaltenos y las resinas en atmósferas de aire, vapor de agua y nitrógeno y su efecto en la formación de emulsiones en presencia y ausencia de sales y con cambios de alcalinidad en la fase acuosa