SIMULAÇÃO DA QUANTIDADE DE ASFALTENO PRECIPITADO EM FUNÇÃO DA INJEÇÃO DE CO2: EFEITO DO MÉTODO DE CARACTERIZAÇÃO DA FRAÇÃO RESIDUAL DO ÓLEO BRUTO

INFLUÊNCIA DA CARACTERIZAÇÃO NA QUANTIDADE DE ASFALTENO PRECIPITADO COM INJEÇÃO DE CO2 

Marcos Miranda Silva Souza1; Victor Bouzas Regueira1, Glória Meyberg Nunes Costa1; Sílvio Alexandre Beisl Vieira de Melo1,2

1Universidade Federal da Bahia, Escola Politécnica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Industrial; 2Universidade Federal da Bahia, CIENAM, Campus Universitário da Federação/Ondina; E-mail para contato: [e-mail]

Resumo: Um dos processos mais eficientes na recuperação avançada de petróleo (EOR) é o deslocamento miscível por múltiplos contatos, injetando um gás de baixo custo em reservatórios de petróleo. Dentre os gases utilizados, o CO2 é o destaque devido a sua ótima eficiência no deslocamento, além da redução da emissão desse gás para a atmosfera. Porém, a injeção do CO2 provoca o fenômeno da precipitação de asfaltenos o que gera grandes perdas econômicas para a indústria do petróleo. Devido à complexidade no entendimento desse fenômeno, vários modelos termodinâmicos são sugeridos na literatura. Um método comparativo entre diferentes caracterizações é proposto e validado para o cálculo da quantidade de asfalteno que se precipita à medida em que se injeta CO2. A fim de se conhecer com boa precisão quais e quantas frações são significativas para representar o asfalteno, uma boa caracterização é necessária. Essas diferentes caracterizações são incorporadas ao modelo desenvolvido por Hirschberg. Dados experimentais de composição de óleo e da quantidade de asfaltenos precipitados são utilizados para validar o modelo apresentado. Os resultados mostram uma boa concordância quando se utiliza um fator de correção e a caracterização exponencial.

Palavras-chave: Asfaltenos, CO2, Precipitação, Petróleo, caracterização.

INTRODUÇÃO

Uma das maiores preocupações na indústria do petróleo está relacionada à presença dos asfaltenos. Os asfaltenos são moléculas complexas que estão presentes no petróleo e a sua definição está relacionada com a classe de solubilidade, sendo insolúvel em n-hexano ou n-pentano. Uma única molécula pode ter até 7 anéis aromáticos (Pedersen et al., 2007), encontrando-se disperso em todo óleo bruto e a sua precipitação acontece principalmente por depleção ou injeção de gases (Subramanian et al., 2016). Então, um dos grandes desafios é compreender este fenômeno complexo para que perdas de produtividade ou paradas sejam evitadas, uma vez que como consequência ocorre um bloqueio nas linhas de produção, equipamentos de superficie, dentre outros. Uma alternativa seria a realização de uma série de experimentos, principalmente nas condições do reservatório (altas pressões e temperaturas), porém isso exigiria um grande investimento e demandaria muito tempo. Com este cenário, fica evidente a necessidade de se buscar modelos que possam descrever com boa precisão o fenômeno da precipitação, utilizando uma quantidade reduzida de dados experimentais. Há na literatura vários estudos sobre a modelagem da precipitação de asfaltenos. Recentemente, Ebrahimi et al. (2016) propuseram uma modelagem utilizando a equação de estado PC-SAFT. Já Lashkari et al. (2017) fizeram um estudo sobre a previsão da precipitação de asfaltenos durante a injeção do CO2 utilizando a equação de estado de Peng-Robinson (PR).

Neste trabalho, uma abordagem simples e eficiente para o cálculo da fração de asfalteno solúvel no óleo é proposta, utilizando o modelo desenvolvido por Hirschberg et al. (1984). É importante ressaltar que este modelo foi originalmente desenvolvido para o cálculo da precipitação por depleção. Este modelo pode fornecer uma descrição quantitativa dos asfaltenos precipitados devido à injeção de CO2 com boa precisão, fazendo uso de uma quantidade reduzida de dados experimentais. Além disso, três diferentes caracterizações (exponencial, gama e generalizada) foram incorporadas para avaliar o seu desempenho.  

 

METODOLOGIA

Este trabalho utiliza o modelo proposto por Hirschberg et al. (1984). Importantes propriedades como fator acêntrico, temperatura e pressão crítica precisam ser calculadas.

 O modelo de Hirschberg et al. (1984) é utilizado para o cálculo da fração volumétrica do asfalteno dissolvido no óleo de acordo com a Equação 1:

[pic 2]

(1)

 onde V é o volume molar,  é o parâmetro de solubilidade, T é a temperatura, R é a constante universal dos gases e os subscritos a e L indicam as fases asfalteno e líquida, respectivamente.[pic 3]

O parâmetro de solubilidade para cada componente que constitui o sistema pode ser expresso por:

[pic 4]

(2)

sendo a entalpia de vaporização ()  calculada  na temperatura do reservatório T para cada componente. Inicialmente, calcula-se a temperatura normal de ebulição , a partir do fator acêntrico. [pic 5][pic 6]

O próximo passo é o cálculo da entalpia de vaporização em seu ponto de ebulição:

[pic 7]

(3)

Utiliza-se a equação de Watson (1943) para a correção da entalpia de vaporização para uma temperatura diferente da temperatura normal de ebulição:

[pic 8]

(4)

O volume molar da mistura Vm é obtido da seguinte maneira:

[pic 9]

(5)

Onde Xi,  e  são a fração molar, o peso molecular e a densidade de cada componente, respectivamente.   [pic 10][pic 11]

Já o parâmetro de solubilidade da mistura pode ser calculado como se segue:

[pic 12]

(6)

Finalmente, chega-se a fração mássica de asfaltenos solúveis no óleo:

[pic 13]

(7)

Uma boa representação da fração mais pesada (plus fraction) é fundamental. Através de um procedimento denominado de splitting, algumas propriedades da fração mais pesada, tais como peso molecular e densidade serão calculadas. Este trabalho faz uso de três tipos de caracterizações. A primeira e a mais utilizada na literatura é a caracterização exponencial (Pedersen et al., 2007), onde se considera que há uma variação exponencial da fração molar com o respectivo número de carbonos. A sua simplicidade faz com que este tipo de caracterização seja a mais utilizada. A segunda caracterização é a distribuição gama (Whitson, 1983), onde calcula-se o peso molecular pela distribuição contínua por meio de uma função com os parâmetros  e η e da função matemática gama. Α curva de distribuição é capaz de estimar a massa e a fração molar para qualquer grupo de carbono. Já a última caracterização é uma distribuição generalizada (Riazi, 1997) que se aplica para a massa molecular, gravidade específica e ponto de ebulição normal que é uma simplificação da distribuição Weibull. [pic 14]