Hidratos De Gas Natural....docx

2012

HIDRATOS DE GAS NATURAL RESERVORIOS I

TRABAJO FINAL DE RESERVORIOS SOBRE LOS HIDRATOS DE GAS NATURAL.

MARCOS JALDIN MAMANI ING. PETRÓLEO GAS Y ENERGÍAS UNIVALLE

HP UNIVALLE 29/06/2012

HIDRATOS DE GAS NATURAL Los hidratos de gas, son combinaciones de hidrocarburos gaseosos y agua líquida que forman sólidos, parecidos al hielo, a temperaturas que sobrepasan un poco a la temperatura de congelación del agua. Lo importante de estos sólidos para la industria del gas es que pueden encontrarse a presiones y temperaturas que generan en los procesos de

producción

y

transporte

del

gas

natural.

Los hidratos de gas pueden estar compuestos por dos o más componentes donde siempre uno de ellos es el agua. Estos hidratos existen ya que el agua tiene la capacidad de formar una estructura por medio de la unión del hidrogeno y estabilizada por las moléculas pequeñas.

no-polares.

Los hidratos más importantes para la industria del hidrocarburo están compuestos por agua y por las siguientes moléculas: Metano (I), Etano (I), Propano (II), Iso-Butano (II), normal-Butano (II), Dióxido de Carbono (I), Nitrógeno (II) y Sulfuro de Hidrógeno (I). ESTRUCTURA DE LOS HIDRATOS DE GAS.

Las diferentes cavidades que pueden formar los Hidratos de Gas en cada una de las estructuras se muestran en la figura siguiente

Los hidratos normalmente forman una pequeña estructura de cristal, la estructura de hidrato I se forma con gases naturales que contienen moléculas más pequeñas que el propano. Con 46 moléculas de agua por 8 moléculas de gas, la estructura I tiene una composición teórica de 8X·46H2O dónde X es la molécula del gas, es decir, está formado por dos cavidades pequeñas y seis cavidades grandes. En la Figura 3, se muestra la cavidad más pequeña de la estructura I, es una estructura cúbica de cuerpo-centrado formado por un dodecaedro pentagonal, es decir, un sólido de 12 caras pentagonales.

La estructura de hidrato II se forma cuando gases naturales contienen moléculas más grandes que el etano pero más pequeñas que el pentano, con 136 moléculas de agua por 24 moléculas de gas, tienen una composición teórica de 24X·136H2O, de las 24 moléculas de gas 16 entran en las cavidades pequeñas de la estructura y 8 entran en las cavidades más grandes de la estructura II, como se puede ver en la Figura 2. Si sólo las cavidades grandes están ocupadas lo cual es típico, entonces la composición teórica es 8X·136H2O. La Figura 4, muestra la cavidad más grande de la estructura II, es un enrejado de diamante dentro de un armazón cúbico, formada por 12 pentágonos y 4 hexágonos.

Los hidratos del tipo H

son únicos ya que

ellos

típicamente

se

forman

en

presencia de un gas liviano como el metano y moléculas más pesadas tales como el metilciclo-pentano, metil-ciclo-hexano, ciclo-octano. Constan de 34 moléculas de agua por 6 moléculas de gas, tienen una composición teórica de S3S’2L.34 H2O dónde S es la cavidad formada por 12 pentágonos y de las cuales se forman 3, S’ es la cavidad más pequeña formada por 3 cuadrados con 6 pentágonos y 3 hexágonos para formar un dodecaedro, de éstas se forman 2 cavidades y por último L es la cavidad más grande formada por 12 pentágonos con 8 hexágonos de la cual se forma una cavidad por unidad. En cada una de estas cavidades sólo una molécula de gas adecuada va a entrar y estabilizar a la misma.

La Figura 5, muestra la cavidad más grande de la estructura H que se ha encontrado recientemente,

formada

por

12

pentágonos

y

8

hexágonos.

PROPIEDADES DE LOS HIDRATOS DE GAS.

Estas propiedades son determinadas por su composición y estructura cristalina, actualmente existen más de 100 tipos de moléculas son conocidas como formadoras de hidratos de varias estructuras.

A partir de 1950, el análisis estructural por medio de los Rayos X reveló las estructuras de los hidratos de gas (Estructura I y II) y una aplicación adicional de este método permitió la expansión de las clases de estructuras de los hidratos. El espectroscopio infrarrojo permitió determinar el nivel de las interacciones moleculares en los hidratos. Estas interacciones, están relacionadas a la vibración, rotación y movimientos de traslación de las moléculas en los hidratos de gas.

DENSIDAD DE LOS HIDRATOS DE GAS.

Los métodos para el cálculo de la densidad, fueron desarrollados después del estudio de sus estructuras usando resonancia magnética.

Conociendo los parámetros de la estructura de los hidratos (a), la relación de llenado de las cavidades en la estructura I y II (α1 y α2) respectivamente, y la densidad del hidrato del gas formador con peso molecular M, podemos encontrar su densidad.

ELASTICIDAD DE LOS HIDRATOS DE GAS. Esta propiedad depende de las condiciones de formación, composición y estructura, grado de sub-enfriamiento y tiempo de estabilización, además es necesario conocer la compresibilidad y los esfuerzos de los hidratos durante el diseño de los métodos para la eliminación completa

de los tapones de hidratos en pozos y gaseoductos, durante la perforación de rocas sedimentarias en zonas de formación de hidratos y durante la construcción y operación de instalaciones en zonas de formación de hidratos de gas.

CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DE GAS. La formación de depósitos de hidratos se divide en dos grupos: 

Formación de hidratos de gas disuelto.



Formación de hidratos de gas libre contenido en los poros.

ZONA DE FORMACION DE HIDRATO. Generalmente una roca de buen espesor, permeable y cuyo régimen de Presión-Temperatura corresponda a las condiciones de una existencia estable de hidratos de gas puede ser descrita como una zona de formación de hidratos. Los métodos propuestos para la recuperación de gas de los hidratos, usualmente comprenden la disociación de la molécula de metano del hidrato de gas, in situ mediante: 

Estimulación térmica por calentamiento del yacimiento a una temperatura superior a la de formación de los hidratos, mediante la inyección de agua caliente o vapor de agua.



Disminución de la presión del yacimiento a una presión menor a la de equilibrio de los hidratos.



Inyección de un inhibidor en el yacimiento como el glicol o metanol para disminuir la estabilidad de los hidratos.



Extracción mediante sistemas de minería.

¿PORQUÉ LOS CIENTIFICOS SE OCUPAN DE LOS HIDRATOS DE METANO? Los hidratos de metano se consideran:     

Curiosidad científica Potencial fuente de energía Reserva de metano que puede soltarse en la atmosfera (efecto sobre el clima global) Causa de deslizamientos submarinos Posibles responsables de la misteriosa desaparición de buques y aviones en la zona del Triángulo de las Bermudas.

EL METANO El metano es el GAS hidrocarburo alcano más sencillo: CH4 Otros alcanos conocidos son: Etano (C2 H6), propano (C3 H8) y el butano (C4 H10) A partir de cinco carbonos, los nombres se derivan de numerales griegos: pentano, hexano, heptano. La fórmula general es: CnH2n+2

LOS ORÍGENES PRINCIPALES DE METANO SON: •

Descomposición de los residuos orgánicos

• • • • •

Fuentes naturales (pantanos) Los procesos en la digestión y defecación de animales (especialmente del ganado) Las bacterias en plantaciones de arroz Combustión anaeróbica de la biomasa Termitas

• Extracción de combustibles fósiles (el metano tradicionalmente se quemaba y emitía directamente. Hoy día se intenta almacenar en lo posible para reaprovecharlo formando el llamado gas natural).

HERRAMIENTA USADOS PARA EL RECONOCIMIENTO DE LOS HIDRATOS DE GAS SUBMARINOS • • • • •

ESTUDIOS GEOFÍSICOS PERFORACIÓN (muestras, logging) GEOCHEMIA (inorgánica - orgánica) MODELACIÓN ANALISES DE CUENCAS SEDIMENTARIAS

¨Para hacer todo eso se necesitan medios de investigación muy costosos.¨

LOS PELIGROS DE UN TESORO ENERGÉTICO SEPULTADO Los hidratos de metano podrían incrementar de manera espectacular las reservas mundiales de energía, pero deben extraerse con sumo cuidado. Los hidratos de metano son tan abundantes que el Servicio Estadounidense de Prospección Geológica cree que contienen más carbono orgánico que las reservas mundiales de carbón, petróleo y gas natural de otra naturaleza juntos. Es más, los hidratos son una fuente de energía repartida por el mundo de manera más equitativa que el carbón, el petróleo y el gas natural, ya que los hidratos de metano son omnipresentes y están distribuidos de modo uniforme en los sedimentos bajo el fondo de mares y océanos, y se encuentran incluso bajo la tundra ártica de Alaska y Siberia. Pero deben superarse importantes desafíos medioambientales y económicos, antes de que los hidratos de metano puedan hacer realidad su potencial como nueva fuente de energía,

advierte Tae Sup Yun, un ingeniero geotécnico que ha investigado en varios estudios y expediciones los sedimentos que contienen hidrato de metano. "Cuando se extraen hidratos de metano, el gas metano empieza a disociarse del sedimento en que se encuentra, atrapado en hielo y bajo gran presión. Esta disociación puede causar que el sedimento se colapse". El sedimento al desplazarse puede dañar la vida marina, causar deslizamientos de tierra marinos e incluso provocar tsunamis. También puede minar los soportes en que se sostienen las plataformas petrolíferas. Si no se hace cuidadosamente, la extracción de hidratos de metano también podría acentuar el calentamiento global. La disociación puede provocar la liberación de metano, que es un gas de efecto invernadero, a la atmósfera. Éste es un problema potencialmente serio, ya que el metano en el gas de hidratos está muy concentrado. El metano liberado al aire atrapa 20 veces más calor que el dióxido de carbono. Sin embargo, el metano que se quema libera un 25 por ciento menos CO2 que la misma masa de carbón. A diferencia del carbón, el metano no emite en la combustión los dañinos compuestos que son el óxido de nitrógeno (NOx) y el óxido de azufre. Un conocimiento completo de las conductas del hidrato y las mezclas de sedimentos, bajo las condiciones que predominan en su ambiente natural, es imprescindible antes de que el metano pueda ser extraído con eficacia y con la debida seguridad a partir de los hidratos. Como el hidrato sólo es estable sometido a altas presiones y a bajas temperaturas, apenas se retira el hidrato del sedimento comienza la disociación y el hielo empieza a fundirse. La tecnología actual permite extraer el material bajo presión hidrostática para conservar el ambiente original de los sedimentos portadores de hidratos. La contribución de Yun a este esfuerzo es una cámara de comprobación de presión instrumentada que permite caracterizar el sedimento portador de hidratos bajo presión. ANEXOS

BIBLIOGRAFÍA La comunidad petrolera, (2012), Hidratos de gas, Recuperado el 26 de junio de 2012, http://yacimientos-de-gas.lacomunidadpetrolera.com/2009/01/hidratos-de-gas.html Amazing, (2008), Los peligros de un Tesoro energético sepultado, Recuperado el 24 de Junio de 2012, http://www.amazings.com/ciencia/noticias/070508a.html