Modelado mesoscópico de un crudo pesado para predecir tensión InterfacialHeavy crude oil mesoscopic modeling to predict interfacial tension

Resumen

DOI: https://doi.org/10.53766/CEI/2022.43.03.07

Los crudos pesados representan un porcentaje significativo de las reservas de petróleo disponibles en el mundo, parte de las cuales están localizadas en Venezuela. Estos crudos tienen un alto nivel de complejidad debido a su alto contenido de asfáltenos, presencia de metales pesados y heteroátomo, que los convierten en fluidos altamente visco-sos; propiedades que dificultan su estudio a nivel teórico y experimental. A pesar del poder computacional actual, aun no es factible estudiar estos sistemas, expresados en sus constituyentes principales, a un nivel atomístico. Con-siderando este hecho, se realizó la representación y estudio a escala mesoscópica, de un crudo pesado venezolano, con base en datos teóricos y experimentales, modelado aplicando Dinámica de Partículas Disipativas (DPD) y la técnica de grano grueso. Las partículas DPD se corresponden con las fracciones principales del crudo pesado, para lo cual se realizó un super-graneado de cada fracción, lo que implica un nuevo enfoque en la representación de un sistema de crudo pesado. La validación de los modelos se realizó estudiando su comportamiento en la interface, evaluando la evolución de la tensión interfacial, perfiles de densidad e imágenes obtenidas de las dinámicas reali-zadas, de acuerdo a las variaciones de las concentraciones del crudo, sus fracciones y solventes utilizados. Los re-sultados obtenidos, reprodujeron exitosamente el comportamiento y las tendencias reportadas, bajo condiciones si-milares y apoyan la validez y ventaja del enfoque del presente estudio, como una alternativa para el análisis, pre-dicción y comprensión del comportamiento en la interface de este tipo de sistemas.

Heavy crude oils represent a significant percentage of oil reserve available in the world, part of which are located in Venezuela. Nevertheless, they have a high level of complexity due to the asphaltenes, heavy metals, and heteroa-toms presence which converts these crudes into highly viscous fluids. These properties make difficult its theoretical and experimental study. Despite the computational power today, it is not feasible to represent and study these sys-tems, expressing their principal constituents at the atomistic level. Considering this fact, the study of a heavy crude from Venezuela was carried out, at a mesoscopic scale, based on theoretical and experimental data, modeled by ap-plying Dissipative Particle Dynamics (DPD), and the coarse-graining technique. DPD beads correspond to the heavy crude oil main fractions, for which a super- grain of each fraction was made, implying a new approach in a heavy crude oil system representation. The models' validation was done by studying the behavior of the systems at the interface, evaluating the interfacial tension evolution, density profiles, and images obtained from the dynamic performed, according to the variations of the concentrations of the heavy crude oil, their fractions, and solvents used. The results successfully reproduced the behavior and trends reported for these systems, under similar condi-tions, and support the validity and advantage of the approach of the present study, as an alternative for the analysis, prediction and understanding of the behavior in the interface of this type of systems.