DETALLES DEL PROYECTO

RESPONSABLE(S):

CédulaNombreCorreo ElectrónicoTeléfonos
V015529951VEGA MENDEZ DAVID Edvega@uc.edu.ve0241-8678805

TITULO DEL PROYECTO

Modelaje a nivel nanométrico y mesoscópico de las interacciones involucradas en el sistema roca-petróleo-fase acuosa como herramientas, para asistir a la recuperación  y transporte de los crudos pesados.

FACULTAD A LA QUE PERTENECE

Ciencias y Tecnología

ACTIVIDAD DEL ARTICULO 42 DE LA LOCTI CON LA CUAL SE RELACIONA EL PROYECTO

Ordinal 8, Aparte a

PROBLEMA DEL PROYECTO

De acuerdo a la Agencia Internacional de Energía (IEA) la demanda mundial de energía incrementará un 20% hasta el 2010 y 66 % para el 2030, con un incremento promedio de 1.7% anual 1-3. Para cubrir este incremento se deberán movilizar todos los recursos de energía y los hidrocarburos continuaran jugando un papel prominente en este escenario. En especial, los crudos pesados jugaran un papel cada vez más y más importante. Hoy día, ellos representan una cantidad enorme de fuentes de hidrocarburos pero sólo una pequeña proporción de la producción mundial de petróleo 2. Se estima que existen cerca de 4800 Gbbl (giga barriles) de petróleo pesado, extrapesado y bitumen; y esto es más que todo el resto de petróleo convencional descubierto hasta la fecha. Cerca del 90% de estos recursos se encuentran en Venezuela, Canadá y Rusia. Se estima que hay cerca de 1200 Gbbl de extrapesados en la faja del Orinoco (este tipo de crudo fluye en las condiciones naturales del yacimiento, sin embargo, a la temperatura y presión ambiental se vuelve muy pastoso como un bitumen), 1700 Gbbl de bitumen en Canadá y 1300 Gbbl de pesado y bitumen en Rusia. El 90% del crudo extrapesado del mundo se encuentra en la faja del Orinoco. Para comprender la importancia estratégica de estos crudos se debe recordar que su presencia puede duplicar las actuales reservas probadas de crudo (Ver Figura 1). Se estima que pueden recuperarse con las técnicas disponibles 297 Gbl de esta faja 1. No obstante estos crudos tienen mucha mayor viscosidad, mayor contenido de metales pesados, de sulfuro y de nitrógeno que los convencionales 4-7. Se necesitan técnicas avanzadas para su producción, transporte y refinación. En los últimos diez años se han hecho una gran cantidad de innovaciones tecnológicas, permitiendo que los costos bajen más y más, aunque aun son sensiblemente mayores que los correspondientes a los crudos convencionales. Todavía existen retos tecnológicos en la explotación de los crudos pesados que van desde incrementar el porcentaje de recuperación hasta las técnicas de transporte y mejoramiento. El petróleo es un sistema complejo pero delicadamente balanceado, cuya estabilidad depende de las relaciones entre los componentes que lo conforman 5-7 y estas relaciones son gobernadas a su vez por las interacciones entre las moléculas contenidas en las diferentes fracciones del sistema 8,10. Por lo tanto, el conocimiento profundo de la naturaleza de estas interacciones debe ayudar a comprender los aspectos fundamentales de la recuperación y transporte de estos crudos y a su vez a mejorar las tecnologías existentes. La formación y consolidación de grupos que se dediquen a investigar con detalle dichas interacciones es fundamental para nuestro País.Este proyecto además de fortalecer el grupo de Modelaje de Materiales del IVIC, ayudará a establecer el Laboratorio de Química Computacional de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Carabobo, donde un grupo de jóvenes investigadores se dedicaran a estudiar un tópico tan importante como lo es la simulación de los crudos pesado.

OBJETIVOS DEL PROYECTO

Objetivos Generales 1. Estudiar la energía de la interacción entre los componentes del sistema fase acuosa(A), crudo(C) y roca(S). Cuantificar la energía de adsorción de las moléculas en las diferentes interfaces formadas (A-C, A-S, C-S), su relación con la adhesión y humectabilidad sobre las superficies expuestas por la roca, utilizando los métodos de la química y la física computacional. 2. Estudiar la relación optima entre composición (naturaleza y cantidad de surfactantes, resinas, dispersantes, etc.), presión y temperatura para obtener crudos estables (evitando la precipitación de los asfaltenos) y menos viscosos que los crudos pesados. 3. Desarrollar métodos computacionales aplicados a la mejora de la producción y transporte de los crudos pesados. Específicos 1. Estudiar la validez de los diversos campos de fuerza existentes en el estudio de las interacciones entre las moléculas y las superficies involucradas en el sistema crudo pesado (SARA)-roca, donde: S: n-parafinas, iso-parafinas, parafinas cíclicas, A: Alquinaftalenos, alquitetralinas, alquibifenilos, alquifluorenos, alquilfenatrenos, tiofenos, metil benzotionfenos, dimetil dibenzotiofenos, R: nonilfenol, naftenos, acido nafténico, A: Modelos de asfaltenos como los reportados por Carbognani [INTEVEP S.A. Tech. Rept., 1992], Altamirano [IMP Bulletin, 1986] y otros que serán consultados con PDVSA y expertos como Iván Machin y Socrates Acevedo. Roca: silicatos como montmorillonita, caolinita, pirofilita, Solventes: alcoholes (como butanol, pentanol, octanol), metilterbutileter, taramilmetileter, tolueno, acetato de etilo. También se consideraran diferentes surfactantes y porfirinas para tomar en cuenta la presencia de metales pesados. 2. Determinar los parámetros del campo de fuerza en los casos donde no estén reportados, utilizando los métodos de la química cuántica a nivel DFT (teoría del funcional densidad). 3. Definir las cuentas (beads) de cada componente, apropiadas para la simulación mesoscópica. Estudiar la validez de la metodología del programa Mesodyn a los crudos pesados y hacer los cambios apropiados. 4. Hacer la simulación del crudo pesado (asfalteno en malteno) variando la composición, presión y temperatura. Determinar morfología en el equilibrio, diagramas de fase, formación de micelas, energía libre, etc. 5. Estudiar el efecto de solventes y surfactantes estudiados en el punto 1 sobre el sistema estudiado.

ACTIVIDADES DEL PROYECTO

1. Resumen del plan de trabajo Las teorías mesoscópicas de la materia condensada forman un puente muy importante entre las descripciones basadas en partículas microscópicas y las descripciones continuas macroscópicas. El método a ser utilizado para modelar la evolución en el tiempo del sistema mesoscópico será el modelo de Ginzburg Landau dependiente del tiempo. Este modelo generalmente consiste de un desarrollo fenomenológico de la energía libre en la densidad (la cual es usada para modelar las fuerzas termodinámicas) y un conjunto de ecuaciones de difusión estocásticas para predecir la evolución en el tiempo. El método del funcional de densidad dinámica se basa en una expresión de la energía libre la cual combina un comportamiento intramolecular de cadena gausiana ideal (representación de las moléculas con cadenas gausianas) con interacciones intermoleculares de campo medio. Representaciones con cadenas más complejas exigen términos de desarrollo adicionales en el modelo de Ginzburg Landau. El punto clave en esta metodología es la parametrización del Hamiltoniano intracadena. Este punto es muy importante, pues esto puede hacer posible capturar el comportamiento complejo de un sistema específico. Uno de los aspectos más importantes de esta parametrización es encontrar una cadena Gausiana que tenga un comportamiento similar al de las moléculas del sistema que se investiga. Precisamente, este será nuestro primer objetivo: Encontrar una descripción apropiada para las moléculas de asfalteno. Simultáneamente, utilizando dinámica molecular, se calcularan los parámetros necesarios en la ec.6 para cada par de componentes de los crudos pesados a ser modelados. Validaremos la metodología de Mesodyn tratando de reproducir los resultados experimentales de las referencias 5 y 7. De ser necesario, se harán los cambios pertinentes a las ecuaciones 6 y a la representación de las cadenas de las moléculas involucradas. Una vez que se tenga el programa de computación apropiado, se precederá al modelaje propuesto en los objetivos específicos. 2. Validación Para comprobar la validez de la metodología programada, se estudiaran los resultados experimentales del IFP (Instituto Francés del Petróleo) reportados en las referencias 5 y 7. En la referencia 5, se realizaron experimentos reológicos y medidas de SAXs (Small angle X-ray scattering) de muestras de asfaltenos extraídos de crudos venezolanos con pentano y nonano. Soluciones de estos asfaltenos en xyleno puro mostraron la existencia de dos dominios de concentración: un régimen diluido y uno concentrado. La viscosidad incrementa dramáticamente después de un punto crítico (10 % en peso) que separa ambos dominios. En el régimen diluido el peso promedio de los agregados es 123000,0 gr/mol y el radio de giro es 60,0 Å. Este radio de giro es constante en todo el régimen diluido, lo cual sugiere que los asfaltenos son partículas independientes. En el régimen concentrado, las interacciones entre los asfaltenos son fuertes, tal que ellos se asocian y la viscosidad incrementa mientras que el radio de giro disminuye. Estudios similares son reportados para la viscosidad de este asfalteno en malteno, en mezclas de tolueno y hexanol (para ver el efecto de solventes polares) y en soluciones de xyleno con cantidades de nonilfenol (para ver el efecto de las resinas). En todos estos casos, nuestro programa de simulación debe mostrar el cambio de fases en el punto crítico correspondiente. En la referencia 7, se realizaron estudios similares, pero disolviendo directamente los crudos en diferentes tipos de solventes.

PRODUCTOS DEL PROYECTO

1.Publicaciones en revistas científicas. 2. Presentación en congresos nacionales e internacionales. 3. Tesis de pregrado. 4. Trabajos de ascenso.

DEPENDENCIA RESPONSABLE DEL PROYECTO:

Facultad Experimental de Ciencia y Tecnología

FECHA INICIO

01/03/2007

FECHA FIN

01/03/2008

MONTO DEL PROYECTO

Bs. 10.328.500,00, Bs.F. 10.328,50

FINANCIADO POR

  • HOLANDA VENEZUELA,C.A., por un monto de: Bs. 10.328.500,00, Bs.F. 10.328,50, en el 2005.

TOTAL APORTE:

Bs. 10.328.500,00, Bs.F. 10.328,50

DEFICIT:

Bs. , Bs.F. 0,00

SUPERAVIT:

Bs. 0,00, Bs.F. 0,00
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