HIDRATOS DE GAS.

Los hidratos de gas, son combinaciones de hidrocarburos gaseosos y agua liquida 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 mas 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: (Fig. 2).

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 se forman típicamente en presencia de un gas liviano como el metano y moléculas más pesadas tales como el metil-ciclo-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 mas 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:

Densidad del Hidrato de Estructura I:
Ec. (1)
Densidad del Hidrato de Estructura II:
Ec. (2)
Donde:
δ: densidad del hidrato en lb. /pie3;
M: Es el peso molecular del formador de hidratos en lb. / lbmol;
α1, α2: son las relaciones de llenado de las cavidades en las estructuras I y II, respectivamente;
N: es el número de Avogadro (2,733 x 1026 moléculas / lbmol);
a: es la constante de estructura de la unidad de hidratos.

ELASTICIDAD DE LOS HIDRATOS DE GAS.

Esta propiedad depende de las condiciones de formación, composición y estructura, grado de subenfriamiento 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.

TOMADO DE: http://www.petroleum.com.ve/revista/articulos.php?id=465