Modelamiento termodinámico de los inhibidores de hidratos de gas (metanol) como formadores de depositaciones inorgánicas en sistemas de hidrocarburos1
Carlos ¡van Castillo Benavides" Jhon AJexander Chirni Tenjo"'
El presente estudio modela el efecto causado al adicionar un Inhibidor de hidratos de gas termodinámico como el metanol, en la formación de depositaciones Inorgánicas de barita, calcita, hallta, yesoy celestita. Paraello se utilizaroncomo fuentes bibliográficas diversos artículos publicados por la Sociedad de Ingenieros de Petróleos - SPE-y artículos publicados por investigadores de la Universidad de Rice en la SPE.
Para modelar este efecto, se realizó una herramienta de cómputo en lenguaje de programación visual basic 6.0 denominada “OilScalelnhibidor", que fue adicionada al programa “OUScale” desarrollado por el grupo de investigación de comportamiento de fases de la Universidad Surcolomblana COFA. La función de esta herramienta de cómputo, es predecir las depositaciones inorgánicas de barita, calcita, hallta, yeso y celestita ocasionadas al adicionar metanol en sistemas gas/metanol/agua/sal.
¡ Ingeniería ¿íRe g i ó n %
La herramienta de cómputo OilScalelnhibidor, posee una exactitud aceptable en la predicción de las depositaciones Inorgánicas ocasionadas por el efecto de adicionar inhibidor de hidratos de gas. Los valores obtenidos de Indice de saturación mediante las diferentes fuentes analizadas generaron errores promedio absolutos de 8 5 %.
Palabras Clave: OilScalelnhibidor, hidratosdegas.fuentedeenergia, industria petrolera, producción de poso
The present studled modeled the effed caused to add an Lnhibitor of gas hydrates thermodynamlc as methanol, ln the formation of inorganlc deposlts barite, caldte, hallta, gypsum and celesttte.
Thls was used as a blbllographlcal so urces severa! art leles publtshed by the Sodety of Petroleum Englneers SPE and artldes publtshed by researchers at Rice Untverstty tn the SPE.
To model thls effect was made a computatlonal tool In programmlng language Visual baslc 6.0 called “OUScalelnhlbldor", whlch was added to the program “OltScale" developed by the research groupbehavlor ph ases of the Unlverslty Surcolomblana COFA. The functlon of thls computatlonal tool ispredlct deposltaclones Inorganlc barlte, caldte, hallta, gypsum and celestite caused systems to add methanol In gas/ methanol / water / sah
The computlng tool QUScaleJnhibidor has an acceptable accuracy In the predictlon of Inorganlc deposltaclones caused by the effed of addlng Inhibltor of gas hydrates; Index valúes obtalned from sat uration analyzed by the dlfferent sources generated average absolute error of 8.5%.
Keys Words OUScaleinhlbldor, hydrates of gas, energy source, olí Industry, well productlon.
En la actualidad es muy común hablar de hidratos de gas, debido a que se han convertido en una fuente de energía por su capacidad para almacenar compuestos como el metano, pero también son un problema en la Industria petrolera porque taponan las lineas de flujo, válvulas, choques y demás accesorios que son utilizados en las facilidades de producción. Es Importante, inhibir los hidratos de gas pes las pérdidas que ocasionan en la producción y transporte de gas.
Para que los hidratos se formen, se deben presentar regímenes de altas presiones y bajas temperaturas. Una vez formado el hidrato de gas es necesario Inhibirlo, pero al utilizar un Inhibidor de hidratos de gas termodlnámlco éste produce un efecto adverso que es el de la formación de deposltaclones de Inorgánicos.
A partir de los problemas anteriormente mencionados, los Investigadores han encaminado sus esfuerzos a estudiar el fenómeno de la deposltadón de compuestos Inorgánicos originados por uso de Inhibidores de hidratos de gas en sistemas gay'metanol/ agua/sal, con el objetivo de entender el comportamiento y el mecanismo de formación de estos compuestos; además de generar modelos que permitan predecir las condiciones bajo las cuales se presentarla esta deposltadón, pudlendo Implementar operaciones de tipo preventivo, antes que de tipo correctivo.
La herramienta de computo OU ScakInhibidor diseñado por los autores de este trabajo, ofrece grandes ventajas, ya que permite anticiparse al problema de deposltadón Inorgánica formada por la adldón de inhibidores de hidratos de gas durante la producción del poso, ahorrando tiempo y dinero en operaciones de reacondidonamlentode posos.
Descripción del proyecto Hidratos de gas
Los hidratos de gas, son compuestos conocidos desde lflll, cuando H. Davy descubrió la existencia de hidratos de cloro y posteriormente se comprobó que otros gases también formaban este tipo de compuestos; se encuentran en diferentes partes del mundo, como se observa en la figura 1:
Rgur» 1. Ubicación délos hidratos de gas a nlud mundial
Figura 4. Datos de entrada del programa.
El segundo comando corresponde a los Resudado* del programa, donde aparecen los diferentes resultados obtenidos al ejecutar el programa. Este menú muestra cuatro opciones las cuales son predicción, inhibición en los que se pueden observar los resultados de los Índices de saturación para las diferentes depositaciones que maneja el programa (barita, calcita, halita, yeso y celestita), además de una serie de gráficos que facilitan el análisis de los resultados obtenidos. La tercera opción es guardar resultados y la cuarta opción es Imprimir los resultados. Una vez activado el botón Calcular. el programa realiza los cálculos pertinentes al modelo termodlnámlco descrito para la predicción de depositaciones inorgánicas y los cálculos del efecto causado al adicionar Inhibidor de hidratos de gas (metanol) en la formación de depositaciones Inorgánicas.
En este mismo formulario aparecen la densidad calculada, los sólidos totales disueltos y la suma de aniones y cationes, (figura 18). En este gráfico se puede hacer un control de los datos de entrada como lo son sólidos totales disueltos (TDS) calculados y experimentales, la suma de aniones y cationes con sus respectivas diferencias en fracción, tanto para TDS como para los iones presentes.
En la opción de Indice de saturación se pueden apreciar las diferentes depositaciones que evalúa el programa tales como Caldta. Halita y Sdfetw (Bjurtta. Yeso y CdaUtal
A1 hacer dlc en cualquiera de las opciones (depositaciones a predecir), aparece una tabla de resultados que muestra, las temperaturas y presiones analizadas, el Indice de saturación (IS) y la masa depositada para cada una de las fracciones de metanol que fueron adicionadas para la inhibición de los hidratos de gas que fueron calculadas. Para el caso de la caldta aparece el pH para las presiones y temperaturas evaluadas, (figura 5).
Figura 5. Tabla de resultados para la deportación de calcita
Como se puede observar en la figura 5, aparecen los botones de copiar datos, graficar y salir. La opción Copiar Dato» tiene como función copiar los datos calculados en la tabla de resultados y poder trabajar estos resultados en otro formato, por ejemplo una hoja electrónica (Excel), para ello se debe seleccionar la columna o columnas que se desean copiar y luego se da cHc en copiar datos.
I_a opció i Graficar. lien e como función realiza r u na gráfica de índice de Saturación co ntra Temperat ura de la cual se realiza el modelamiento de las posibles depositaciones inorgánicas, paraeste caso Calcita. iMemás posee cuadros de texto en los cuales se tienen los iones presentes y botones de comando en donde se puede modificar la concentración de cada uno de los iones presentes. Al igual que para la calcita, los resultados generados para las demás depositaciones inorgánicas muestran la tabla de resultados y la grafica del Índice de saturación contra temperatura.
En la opción de Cambio índice de Saturación (figura 6) se pueden apreciar la gráfica del DIS de las diferentes depositaciones que evalúa el programa contra la fracción de metanol (%V/V) adicionado para la inhibición de los hidratos de gas. (figura 7).
de guardar los íes utado s o i mp ri mi ríos [f ig ura 12}; si los resultados sí quiere n guardar estos quedan en un formato de texto como es mostrado en la figura 13.
ñgurt 1!, Opddn guaidai seaihadús
Figura 13- Rujiados guardados en formato .txt
De acuerdo con la figura 4, el último comando de este formularlo y por ende del programa, es el del menú "Atsem de.-.". donde se muestra la deserción del programa, los disecadores del mismo y la Información básica del sistema (figura 14)
figura 14. Mtrii ‘Aíiíki (íl.."
Validación Con Artículos Técnicos (SPE) E proceso de validación de la herramienta de cómputo mediante la información obtenida de artículos técnicos, se llevó a cabo revisando artículos publicados pe? el grupo de Investigación de la Universidad de Rice en los cuales se estudia el efecto de adicionar Inhibidor de hidratos (metano!) que generan la formación de depositaciones Inorgánicas. Se seleccionaron 2 de los 9 artículos encontrados en la base de datos SPE, ya que estos contenían toda la Información necesaria para validar la herramienta de cómputo. Los artículos técnicos seleccionados fueron: SPE 80255 y SPE 1W522.
B articulo técnico SPE 80255 trata sobre el estudio del efecto que se genera al adicionar Inhibidores de hidratos de gas causando la formación de depositaciones Inorgánicas en un yacimiento petrolífero. En el articulo se enuncia el desarrollo de un modelo de act Ivldad presentado para modelar el efecto de metano! en el equilibrio del solubilidad de calcita, barita, yeso, celesttta y balita en una solución gas/ mdancí/agua/sal.
E modelo utiliza la teoría de Pltser para moddar el efecto de la sal y la ecuación de Born para modelar el efecto de metano! Estos modelamtentos se han adicionado a la herramienta de cómputo "CHlScalelnhlbldor” desarrollado por el grupo de Investigación de comportamiento de tases COFA de la Universidad Surcolomblana, en cuyas predicciones se observa que los problemas de depositaciones Inorgánicas puede n empeorarse con porcentajes de adición tan pequemos como 39É (V/V) de metan ol, en sistemas característicos de producción de aceite y de gas.
Con los datos recopilados del articulo técnico 80255 se procede a Incorporarlos en la herramienta de cómputo OiIScaleinhibidor con la cual se obtuvo el valor de los coeficientes de actividad debidos ál efecto que se produce ál adicionar metand para la Inhibición de hidratos de gas.
Una vez analiíadoi estos datos, se procedió a ingresarlos a la herramienta de cómputo OUScaleJnhibidor para de este modo comparar resultados y conocer la eficacia en la predicción de deportaciones inorgánicas y lo referente a la adición de metanol del programa de cómputo diseñado Desarrollados los cálculos, el programa predijo los mismos depósitos inorgánicos de los que hablaba el articulo técnico.
• Se aplicó lí teoría electrolítica de Pltzer para el modelamiento del efecto de la sal y la ecuación de Born para el modelamiento del efecto del alcohol (metanol) para la programación de la herramienta decómputo ‘OUScsleliihlbidor".
• La teoría electrolítica de Pltzer, es la teoría que más se aproxima a datos reales en los cálculos de loscoeñdentesde act Mdad. Esto se debe a que dicha teoría tiene en cuenta fuerzas de interacción iónica que otros modelos exduyen, tales como, las fuerzas de interacción iónica de cesto y largo alcance.
• La herramienta de computo OUScaleinhlbldor. posee una variada interfaz gráfica que facilita el análisis de los resultados, posibilitando al usuario controlar de una forma más versátil, el efecto causado al adidonar Inhibidor de hidratos en la formación de deposltaclones inorgánicas.
• Realizada la validación de la herramienta de computo OÜScaldnhlbidaT, se observó que cuenta con una buena precisión en los resultados obtenidos. De acuerdo con lo anterior se llegó a las siguiente conclusión:
<asJ
"Se logró una buena aproximación en el proceso de validación mediante otros programas, a pesar de no tener datos completos. El programa OilScale y el programa ScaleSoftPitzer, son los dos únicos programas de modelamiento termodlnámico para la predicción de deposltaclones inorgánicas y el efecto causado por el metanol en la formadón de deposltaclones inorgánicas que se utilizaron
para realizar la validación del programa. Como era de esperarse bs valores de Indice de saturación obtenidos con Otenle, son mi^r similares a bs valores del ScaleSoftPitzer (con un error promedio absoluto de 8.5 %) *.
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Carmen Pinzón. Directora Proyecto de Grado. Esp. Sistemas Dinámicos. Mesora Titular. Facultad de Ingeniería. Universidad Surcolombiana. carpimoni&ufco.edu.co