El petróleo crudo pesado (o petróleo crudo extra pesado ) es un petróleo altamente viscoso que no puede fluir fácilmente desde los pozos de producción en condiciones normales de yacimiento. [1]
Se le denomina "pesado" porque su densidad o gravedad específica es mayor que la del crudo ligero . El crudo pesado se ha definido como cualquier petróleo líquido con una gravedad API menor a 20°. [2] Las propiedades físicas que difieren entre los crudos pesados y los grados más ligeros incluyen una mayor viscosidad y gravedad específica, así como una composición de hidrocarburos de mayor peso molecular. En 2010, el Consejo Mundial de Energía (WEC) definió el petróleo extra pesado como petróleo crudo que tiene una gravedad menor a 10° y una viscosidad de yacimiento de más de 10,000 centipoises. [3] Cuando las mediciones de viscosidad de yacimiento no están disponibles, el WEC considera que el petróleo extra pesado tiene un límite inferior de 4° API. [4] En otras palabras, petróleo con una densidad mayor a 1000 kg/m 3 (o una gravedad específica mayor a 1) y una viscosidad de yacimiento de más de 10,000 centipoises . [3] [5] Los aceites pesados y el asfalto son líquidos densos en fase no acuosa (DNAPL, por sus siglas en inglés). Tienen una baja solubilidad y una viscosidad y una densidad mayores que las del agua. [6] Los derrames grandes de DNAPL penetrarán rápidamente en toda la profundidad del acuífero y se acumularán en el fondo. [7]
El petróleo crudo pesado está estrechamente relacionado con el betún natural de las arenas petrolíferas . Los geólogos petroleros clasifican el betún de las arenas petrolíferas como "petróleo extrapesado" debido a su densidad de menos de 10° API. [8] El betún es la forma más pesada y espesa de petróleo. [9] Según el Servicio Geológico de Estados Unidos, el betún se distingue además como petróleo extrapesado con una mayor viscosidad (es decir, resistencia al flujo): "El betún natural, también llamado arenas bituminosas o arenas petrolíferas, comparte los atributos del petróleo pesado pero es aún más denso y viscoso. El betún natural es petróleo que tiene una viscosidad superior a 10.000 cP". [8] "El betún natural (a menudo llamado arenas bituminosas o arenas petrolíferas) y el petróleo pesado se diferencian de los petróleos ligeros por su alta viscosidad (resistencia al flujo) a temperaturas de yacimiento, alta densidad (baja gravedad API) y contenidos significativos de compuestos de nitrógeno, oxígeno y azufre y contaminantes de metales pesados. Se parecen al residuo de la refinación del petróleo ligero. La mayor parte del petróleo pesado se encuentra en los márgenes de las cuencas geológicas y se cree que es el residuo de petróleo anteriormente ligero que ha perdido sus componentes de peso molecular ligero a través de la degradación por bacterias, lavado con agua y evaporación. El petróleo pesado convencional y los betunes difieren en el grado en que han sido degradados del petróleo crudo original por bacterias y erosión. (Meyer & Atanasi 2003, p. 1) A menudo, el betún es más viscoso que la melaza fría y no fluye en condiciones ambientales . [9]
Según el Instituto de Recursos Mundiales , en Canadá y Venezuela se encuentran concentraciones de cantidades notables de petróleo pesado y arenas petrolíferas . [2] [10] La Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA) informó en 2001 que las mayores reservas de petróleo crudo pesado del mundo se encontraban al norte del río Orinoco , en la Faja del Orinoco de 270 millas de largo por 40 millas de ancho , en el este de Venezuela . En ese momento Venezuela comenzó a autorizar "empresas mixtas para mejorar los recursos de crudo extrapesado". [11] Petróleos de Venezuela, SA (PDVSA) estimó en ese momento que había 270 mil millones de barriles de reservas recuperables en el área, [11] la misma cantidad que las reservas de petróleo convencionales de Arabia Saudita . [12] La Faja del Orinoco en Venezuela a veces se describe como arenas petrolíferas, pero estos depósitos no son bituminosos, cayendo en cambio en la categoría de petróleo pesado o extrapesado debido a su menor viscosidad. [13] El betún natural y el petróleo extrapesado difieren en el grado en que han sido degradados de los petróleos convencionales originales por las bacterias . Se sabe que treinta o más países tienen reservas.
La producción, el transporte y la refinación de petróleo crudo pesado presentan desafíos especiales en comparación con el petróleo crudo ligero. Generalmente, se agrega un diluyente a distancias regulares en un oleoducto que transporta crudo pesado para facilitar su flujo. Dilbit ( betún diluido ) es un medio para transportar hidrocarburos altamente viscosos. Según la Metodología de valoración del betún de las arenas petrolíferas de Alberta, "mezclas de Dilbit" significa "mezclas hechas de crudos pesados y/o betunes y un diluyente, generalmente condensado , con el propósito de cumplir con las especificaciones de viscosidad y densidad del oleoducto, donde la densidad del diluyente incluido en la mezcla es menor a 800 kg/m3 " . [14] [15]
Los crudos pesados ofrecen una situación interesante para la economía de la explotación petrolera. Los recursos de crudo pesado en el mundo son más del doble de los de crudo ligero convencional. En octubre de 2009, el Servicio Geológico de los Estados Unidos actualizó el valor recuperable de los yacimientos del Orinoco (Venezuela) a 513 mil millones de barriles (8,16 × 10 10 m 3 ), [16] convirtiendo a esta zona en uno de los mayores yacimientos de petróleo recuperables del mundo. Sin embargo, las tasas de recuperación de petróleo pesado suelen estar limitadas al 5-30% del petróleo existente. La composición química es a menudo la variable que define las tasas de recuperación. La nueva tecnología utilizada para la recuperación de petróleo pesado aumenta constantemente las tasas de recuperación. [17]
Por un lado, debido al aumento de los costos de refinación y al alto contenido de azufre de algunas fuentes, los crudos pesados a menudo tienen un precio más bajo que los más livianos. La mayor viscosidad y densidad también dificulta la producción (ver ingeniería de yacimientos ). Por otro lado, se han descubierto grandes cantidades de crudos pesados en las Américas, incluidos Canadá , Venezuela y California . La profundidad relativamente baja de los yacimientos de petróleo pesado [18] (a menudo menos de 3000 pies (910 m)) puede contribuir a reducir los costos de producción; sin embargo, estos se compensan con las dificultades de producción y transporte que hacen que los métodos de producción convencionales sean ineficaces. [18] Se están desarrollando técnicas especializadas para la exploración y producción de petróleo pesado.
La producción de petróleo pesado se está volviendo más común en muchos países, con la producción de 2008 liderada por Canadá y Venezuela. [18] Los métodos de extracción incluyen la producción de petróleo pesado en frío con arena , drenaje gravitacional asistido por vapor , inyección de vapor , extracción de vapor, inyección de aire de punta a talón (THAI) y minería a cielo abierto para depósitos extremadamente arenosos y ricos en petróleo.
Con los métodos actuales de producción y transporte, los crudos pesados tienen un impacto ambiental más severo que los livianos. Con una producción más difícil viene el empleo de una variedad de técnicas mejoradas de recuperación de petróleo , incluyendo la inundación con vapor y un espaciamiento más estrecho entre pozos, a menudo tan cerca como un pozo por acre. Los crudos pesados también transportan contaminantes. Por ejemplo, el petróleo extra pesado del Orinoco contiene 4,5% de azufre , así como vanadio y níquel . [19] Sin embargo, debido a que el petróleo crudo se refina antes de su uso, generando alcanos específicos a través del craqueo y la destilación fraccionada , esta comparación no es válida en un sentido práctico. Sin embargo, las técnicas de refinación de crudo pesado pueden requerir un mayor aporte de energía [ cita requerida ] , por lo que su impacto ambiental es actualmente más significativo que el del crudo más liviano si los productos finales previstos son hidrocarburos livianos (combustibles de motor de gasolina). Por otro lado, el crudo pesado es una mejor fuente para mezclas de asfalto para carreteras que el crudo liviano. [ cita requerida ]
Con la tecnología actual, la extracción y refinación de petróleos pesados y arenas petrolíferas genera hasta tres veces más emisiones totales de CO2 en comparación con el petróleo convencional, [20] debido principalmente al consumo adicional de energía del proceso de extracción (que puede incluir la quema de gas natural para calentar y presurizar el yacimiento para estimular el flujo). Las investigaciones actuales sobre mejores métodos de producción buscan reducir este impacto ambiental. [ cita requerida ]
En un informe de 2009, la Red Nacional de Tóxicos, citando datos proporcionados por el Centro de Análisis de Información de Dióxido de Carbono del gobierno de los Estados Unidos y la Asociación Canadiense de Productores de Petróleo (CAPP), afirmó que las emisiones de CO2 por unidad de energía producida eran aproximadamente el 84% de las del carbón (0,078/0,093), superiores a las emisiones de CO2 del petróleo convencional. [21]
Environmental Research Web ha informado que "debido a la energía necesaria para la extracción y el procesamiento, el petróleo de las arenas petrolíferas canadienses tiene mayores emisiones durante su ciclo de vida" en comparación con los combustibles fósiles convencionales; "hasta un 25% más". [22]
La mayoría de los geólogos [ cuantificadores ] [ palabras engañosas ] [¿ quiénes? ] están de acuerdo [ ¿dónde? ] en que el crudo se vuelve "pesado" como resultado de la biodegradación , en la que los petróleos más livianos son consumidos preferentemente por la actividad bacteriana en el yacimiento, dejando atrás los hidrocarburos más pesados. [ cita requerida ] Esta hipótesis se apoya en gran medida en las técnicas de la geoquímica del petróleo . Un sellado geológico deficiente del yacimiento expone los hidrocarburos a contaminantes de la superficie, incluida la vida orgánica (como las bacterias) y contribuye a este proceso. [ cita requerida ]
El petróleo pesado se puede encontrar en yacimientos jóvenes y poco profundos, con rocas del Pleistoceno , Plioceno y Mioceno [18] (menores de 25 millones de años). En algunos casos, también se puede encontrar en yacimientos más antiguos del Cretácico , el Misisipiense y el Devónico . Estos yacimientos tienden a estar mal sellados, lo que da como resultado petróleo pesado y arenas petrolíferas. [ cita requerida ]
El petróleo pesado es asfáltico y contiene asfaltenos y resinas . Es "pesado" (denso y viscoso) debido a la alta proporción de aromáticos y naftenos con respecto a los alcanos lineales y los altos niveles de NSO ( nitrógeno , azufre , oxígeno y metales pesados ). El petróleo pesado tiene un mayor porcentaje de compuestos con más de 60 átomos de carbono y, por lo tanto, un alto punto de ebullición y peso molecular. Por ejemplo, la viscosidad del crudo extrapesado del Orinoco de Venezuela se encuentra en el rango de 1000-5000 cP (1-5 Pa·s ), mientras que el crudo extrapesado canadiense tiene una viscosidad en el rango de 5000-10 000 cP (5-10 Pa·s), aproximadamente la misma que la melaza, y más alta (hasta 100 000 cP o 100 Pa·s para los depósitos comercialmente explotables más viscosos). [2] Una definición de la empresa Chevron Phillips Chemical es la siguiente:
La "pesadez" del petróleo pesado es principalmente el resultado de una proporción relativamente alta de una mezcla de compuestos complejos, de alto peso molecular y no parafínicos y una proporción baja de compuestos volátiles de bajo peso molecular. Los petróleos pesados suelen contener muy poca parafina y pueden o no contener altos niveles de asfaltenos. [23]
El petróleo crudo pesado generalmente se clasifica de dos maneras [ cita requerida ] :