El gas de acompañamiento se produce principalmente en el proceso de extracción de petróleo, y las causas son las siguientes:
1. Evolución de la materia orgánica de la roca madre de hidrocarburos
Principio de formación: el petróleo y el gas natural se derivan de la materia orgánica (como el plancton, las algas, etc.) de las rocas sedimentarias subterráneas, que se transforman gradualmente en petróleo y gas natural tras un largo periodo geológico, a través del enterramiento profundo, el calentamiento, la presurización y otros efectos geológicos. Durante este proceso, las sustancias orgánicas se descomponen mediante complejas reacciones químicas a temperaturas y presiones adecuadas (generalmente consideradas en torno a 60~150°C) en moléculas de hidrocarburos más pequeñas, que incluyen el petróleo líquido y el gas natural gaseoso, principalmente metano. Dado que el petróleo y el gas natural son producidos por el mismo tipo de materia orgánica primitiva en el mismo proceso geológico, los yacimientos de petróleo suelen ir acompañados de gas natural, también conocido como gas asociado.
Influencia de las condiciones geológicas: Las diferentes condiciones geológicas afectarán a la generación y composición del gas asociado, como en las cuencas sedimentarias de alta temperatura, alta presión y ricas en materia orgánica, pueden generar más gas asociado. Algunas grandes cuencas sedimentarias de Oriente Próximo tienen unas condiciones superiores de temperatura y presión subterráneas y una materia orgánica rica, por lo que no sólo cuentan con enormes reservas de petróleo, sino también con una producción considerable de gas asociado.
2. Características físicas de los yacimientos de petróleo
El papel de la estructura de los poros: el petróleo se almacena en los poros de las rocas subterráneas, que son como recipientes diminutos. Las moléculas de gas natural son más pequeñas que las de petróleo y más móviles, por lo que pueden coexistir con el petróleo en los poros de las rocas. Cuando se extrae petróleo, el gas natural que estaba presente en los poros de la roca sale a la superficie con el petróleo para formar gas asociado. Por ejemplo, los yacimientos de arenisca tienen buena porosidad y permeabilidad, y pueden contener grandes cantidades de petróleo y gas natural, y el gas asociado puede producirse fácilmente al mismo tiempo que el petróleo.
Efectos de los cambios de presión: En las profundidades del subsuelo, el petróleo y el gas se encuentran en un entorno de alta presión. Cuando se perfora un pozo petrolífero, la presión en la boca del pozo disminuye, y este cambio de presión provoca la salida del gas disuelto en el petróleo. Es como abrir una botella de bebida carbonatada; cuando baja la presión, el gas de dióxido de carbono disuelto en la bebida se escapa. En un pozo petrolífero, a medida que el petróleo se extrae hacia la superficie, la presión disminuye gradualmente y el gas natural que estaba disuelto en el petróleo se libera en forma de gas asociado.
El gas asociado es un gas natural que se produce junto con el petróleo. Además del metano, son comunes los siguientes gases:
1. Etano (C₂H₆)
Rango de contenido y propiedades: la fracción de volumen de etano en el gas asociado es generalmente de unos pocos puntos porcentuales, es una especie de gas incoloro, inodoro y ligeramente más pesado que el aire, como en algunos gases asociados ricos, el contenido de etano puede ser de hasta 10%~20%.
Usos: El etano se utiliza principalmente para producir etileno, que es una materia prima importante para la industria petroquímica. Mediante el craqueo del etano se puede obtener etileno, que es la materia prima básica para la fabricación de plásticos (como el polietileno), fibras sintéticas, caucho sintético y muchos otros productos químicos.
2. Propano (C∝H₈)
Rango de contenido y naturaleza: el contenido de propano en el gas asociado también es considerable, normalmente de unos pocos por ciento a una docena. Es un alcano gaseoso, incoloro e inodoro a temperatura y presión ambiente, pero puede licuarse a cierta presión. En el gas licuado de petróleo (GLP), por ejemplo, el propano es uno de los componentes principales.
Usos: El propano tiene una amplia gama de usos, principalmente como combustible civil y combustible industrial. En el ámbito familiar, el propano se utiliza a menudo como gas licuado de petróleo, empleado para cocinar, calentar, etc.; en el ámbito industrial, se puede utilizar como gas combustible para cortar metal, con una alta temperatura de llama para satisfacer los requisitos de calor del corte de metal.
3、Butano(C₄H₁₀)
Rango de contenido y propiedades: la fracción volumétrica de butano en el gas asociado es generalmente inferior a la de metano, etano y propano, pero también representa una cierta proporción. El butano tiene dos isómeros: n-butano e isobutano. Es un gas incoloro a temperatura y presión ambiente, y puede comprimirse hasta convertirse en líquido.
Usos: El butano, al igual que el propano, es un componente importante del gas licuado de petróleo y se utiliza como combustible civil. Además, el butano también se puede utilizar para fabricar caucho, plásticos y otros productos químicos, en la industria química ocupa un cierto lugar.
4. Dióxido de carbono (CO₂)
Rango de contenido y naturaleza: El contenido de dióxido de carbono en el gas asociado varía de una cantidad traza a una alta proporción según los diferentes yacimientos de petróleo. Es un gas incoloro e inodoro con mayor densidad que el aire. En algunos gases asociados, el contenido de dióxido de carbono puede alcanzar el 5%, el 10% o incluso más.
Función y uso: Los altos niveles de dióxido de carbono pueden reducir el valor calorífico del gas asociado, pero también tiene ciertos usos. Por ejemplo, el dióxido de carbono puede utilizarse para impulsar el petróleo, y su inyección en el yacimiento puede mejorar la tasa de recuperación de petróleo. Al mismo tiempo, en algunas ocasiones exigentes desde el punto de vista medioambiental, el dióxido de carbono del gas asociado debe separarse y procesarse para reducir la emisión de gases de efecto invernadero.
5. Sulfuro de hidrógeno (H₂S)
Rango y naturaleza del contenido: El contenido de sulfuro de hidrógeno en el gas asociado varía mucho, algunos gases asociados tienen un contenido muy bajo de sulfuro de hidrógeno, mientras que en algunos yacimientos especiales, el contenido de sulfuro de hidrógeno puede ser mayor. El sulfuro de hidrógeno es un gas altamente tóxico con un olor fétido a huevo, y su presencia puede causar graves daños a la salud humana y a los equipos.
Medidas de tratamiento y usos: Debido a la toxicidad y corrosividad del sulfuro de hidrógeno, suele ser necesaria la desulfuración en el tratamiento de los gases asociados, y tras el tratamiento el sulfuro de hidrógeno puede convertirse en productos como el azufre, que es una importante materia prima química utilizada en procesos industriales como el ácido sulfúrico y la vulcanización del caucho.
6、Pentano (C₅H₁₂) e hidrocarburos más pesados.
Contenido y propiedades: el contenido de pentano e hidrocarburos más pesados (como hexano, heptano, etc.) en el gas asociado es bajo, su punto de ebullición es superior al de los gases anteriores, y el pentano se encuentra en parte en estado líquido a temperatura y presión normales, y la existencia de estos hidrocarburos más pesados dará lugar a cierta cantidad de componentes oleosos en el gas asociado.
Usos: Estos hidrocarburos más pesados son excelentes materias primas químicas y pueden utilizarse para producir disolventes y lubricantes. Por ejemplo, el pentano puede utilizarse como disolvente en las industrias del petróleo, el caucho, la pintura y otras; en el proceso de refinado del petróleo, también pueden utilizarse como componente de la gasolina mezclada para mejorar la calidad de la gasolina.
7、Nitrógeno (N₂)
Contenido y naturaleza: el contenido de nitrógeno en el gas asociado es incierto, en algunos yacimientos de petróleo, puede haber una pequeña cantidad o incluso una alta proporción de nitrógeno en el gas asociado. El nitrógeno es un gas incoloro, inodoro y químicamente estable. Cuando el contenido de nitrógeno es elevado, reducirá el poder calorífico del gas asociado y afectará a su rendimiento como combustible.
Procesamiento y aplicación: Durante el procesamiento del gas asociado, si el contenido de nitrógeno es demasiado alto, puede ser necesario un tratamiento de separación. Sin embargo, en algunos casos, como durante la producción por inyección de gas, puede utilizarse una cantidad moderada de nitrógeno para mantener la presión del yacimiento y mejorar la recuperación de petróleo.
