Expositor : Ing. Juan Luna

CALIDAD DEL AGUA DE

INYECCIÓN

ALCANCE

Profesionales de la industria del petróleo, estudiante del pre grado y personal relacionado con el manejo de

plantas de inyección de agua producida en campos petroleros.

OBJETIVOS

Revisar los conocimientos teóricos-prácticos sobre técnicas usadas en la industria del petróleo para mejorar la calidad del agua que se inyecta para recuperación secundaria y disposal.

Contar con las herramientas requeridas para el adecuado control de la calidad del agua por medio de la comprensión cabal de las operaciones de tratamiento del agua.

.

Circuito del Agua de Producción

FREE WATER KNOCK OUT (FWKO)

• Separa el agua que decanta en un periodo de reposo

aprox. de 5 min. (agua libre)

• Previene el exceso de carga al tratador térmico (reduce

consumo de combustible).

• Pueden ser de dos fases (emulsión - agua libre) o de

tres fases (gas – emulsión – agua libre)

TRATADOR TÉRMICO (HEATER TREATER)

• Usado para reducir la viscosidad de la emulsión y facilitar la

separación del agua y el petróleo.

• Facilita separación en crudos parafinosos por efecto de

fusión de cristales de parafinas.

• El incremento de la temperatura puede:

• Afectar la gravedad específica del crudo

• Incrementar los costos por consumo de combustible.

TANQUE PULMÓN (SURGE TANK)

• Recibe los aportes de los drenajes de agua no

presurizados de toda la planta.

• Compensa las variaciones de flujo permitiendo una

operación estable.

• Se recupera hidrocarburo sobrenadante y el agua se

retira por el fondo y se envía al Skim Tank.

TANQUE DESNATADOR (SKIM TANK)

• Separa el hidrocarburo del agua por un proceso

continuo de skimming.

• El agua contaminada asciende a través de la columna

central por orificios radiales entre dos platos dentados

quedando el hidrocarburo en la superficie y el agua

desciende.

• Opera completamente lleno y a caudal constante

• Drena el agua separada hacia la unidad de flotación.

UNIDAD DE FLOTACIÓN DE GAS (GFU)

• Se usa en combinación con químicos para proveer la

formación de flocs.

• Formación de microburbujas de gas en el agua las

cuales al elevarse arrastran las partículas dispersas de

aceite y sólidos.

• Los flocs son recolectados de la superficie por unas

paletas y enviados por un sistema de drenajes a su

disposición final.

• El agua pasa de esta etapa a la de filtración.

FILTROS

• Pueden ser de varios tipos siendo los más comunes:

• Filtro de arena

• Filtro de cáscara de nuez

• Filtro de cartucho

Filtro de Arena

Filtro de Cáscara de Nuez

Filtros Cartucho

CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN

SUSPENSIÓN

• Parámetro de Calidad:

• Sólidos Totales Suspendidos (STS)

• Índice Relativo de Taponamiento de Amoco (RPI)

• Valores Recomendados:

• STS ≤ 10 mg/L (buena calidad de agua)

• RPI < 3 Excelente

• 3-10 Buena

• 10-15 Regular

• > 15 Mala

Sólidos Totales Suspendidos

• Partículas de óxidos metálicos de la tubería del pozo o

hierro oxidado originalmente en el agua, sedimentos,

arena, arcillas o cuerpos bacterianos, microcristales de

sales minerales.

• En una prueba estándar el agua se filtra a través de una

membrana de celulosa de 0.45 µm. Por gravimetría se

determina la masa de sólidos retenidos por volumen de

agua filtrado.

•

Indicadores de Calidad del Agua

• Millipore Test Slope Number (MTSN).- Pendiente de la

recta del flujo a través del filtro con relación al volumen

filtrado acumulado de agua.

• Mientras más cercana a la horizontal la recta, mejor

calidad del agua filtrada.

• Relative Pluggin Index (RPI).- Método desarrollado por

la cía Amoco para evaluar la calidad del agua.

• RPI = STS - MTSN

Oxígeno Disuelto

• Rara vez se encuentra presente en los fluidos producidos

que salen del yacimiento.

• Es el agente corrosivo más agresivo que se encuentra en

las plantas de inyección de agua salada.

• Combinado con otros gases disueltos (CO2, H2S)

incrementa severamente su corrosividad.

• Genera agentes taponantes por la oxidación del hierro

ferroso y del sulfuro de hidrógeno.

• Generalmente se filtra en los sistemas de inyección a

través de uniones no selladas herméticamente o por

tanques abiertos a la atmósfera.

Proceso de Corrosión

Reacciones de Oxidación

Fe Fe Fe

Corrosión Ácida

Fe Fe Fe

Corrosión Ácida

Polarización

Fe

Fe

Fe

H2 H2 H2

Efecto del Oxígeno – Depolarización

Fe

Fe

Fe

H2

REACCIÓN CATÓDICA

Efecto del Oxígeno – Oxidación

Fe

Fe

Fe

H2

REACCIÓN ANÓDICA

Parámetro de Calidad

• DIRECTO : Medición de Oxígeno Disuelto

• Colorimetría ampollas al vacío desarrollado por

CHEMetrics

• Método Rhodazina D™.

• Estándar ASTM D 5543-94 (2005)

• Concentración de oxígeno disuelto ≤ 20 ppb

• INDIRECTO : Medición de Residual de Sulfito

• Titulación de sulfito

• Estándar APHA

Contaminación Microbiológica

• Causa de dos grandes problemas en los sistemas de

inyección; corrosión y taponamiento.

• Ocasionada por bacterias, principalmente las sulfato

reductoras DESULFOVIBRIO DESULFURICANS (BSR),

son del tipo anaeróbico y por su naturaleza sésil se

reproducen en áreas de flujo estancado.

• Metaboliza a partir de los iones sulfato presentes en el

agua (SO4=) y genera como subproducto el sulfuro de

hidrógeno (H2S).

Desulfovibrio Desulfuricans

Parámetros de Calidad

• Conteo de colonias de bacterias.

• Concentración de BSR ≤ 1,000 colonias / mL

• Técnica de cultivos en viales por dilución:

• API RP 38

• 1 mL de muestra virgen

• Diluciones de 1:10

• Incubación por 28 días.

• Resultados en base a viales positivos (color negro)

API RP 38

Método de Dilución en Serie

API RP 38

CLARIFICACIÓN

• Química (Secundario)

• Polímeros y/o sales metálicas.

• Procesos de floculación y floculación

• Mecánica (Primario)

• Decantación (tiempo de residencia)

• Flotación con gas

• Filtración

Mejor Opción

• Tratamiento combinado (Mecánico Químico)

• Ejemplo.- Inyección de floculante LMW a la entrada del

GFU y refuerzo con coagulante a entrada de filtro de

cartucho.

• Ventajas:

• Reduce inversiones altas en equipos de gran tamaño

• Mejor calidad del agua de inyección.

• Requiere menos espacio de planta.

• Desventaja:

• La calidad del agua es altamente dependiente de la

eficiencia del sistema de inyección de los químicos

INERTIZACIÓN (Eliminación O2 Disuelto)

• Química (Primario)

• Secuestrante de oxígeno

• Mecánica (Secundario)

• Hermetización del sistema

• Aplicación de sistema Gas Blanketing

Mejor Opción

• Tratamiento combinado (Mecánico Químico)

• Ejemplo.- Inyección de secuestrante de oxígeno en la

descarga del Surge Tank. Refuerzo a menor dosis a la

salida del filtro.

• Ventaja:

• Reduce costos de tratamientos químicos al minimizar

dosis.

• Desventaja:

• Se debe monitorear el sistema con frecuencia para

detectar fallas en el sistema de Gas Blanketing.

CONTROL MICROBIOLOGICO

• Químico (Primario)

• Biocidas

• Mecánico (Secundario)

• Diseño para minimizar zonas estancadas.

• Sistemas de purgas de equipos adecuados

• Programas de limpieza de equipos (retiro de fondos)

• Programa de limpieza de líneas (raspatubos o

“chanchos”)

Mejor Opción

• Tratamiento combinado (Mecánico Químico)

• Ejemplo.- Aplicación de biocida iónico (surfactante) en

salida de Surge Tank en forma de bache dos veces por

semana.

• Ventaja:

• Reduce costos de tratamientos químicos al minimizar

dosis.

• Desventaja:

• Se debe monitorear el sistema con frecuencia para

detectar fallas en el sistema de Gas Blanketing.

• El control de los tratamientos para mejorar la calidad del

agua es vital para la conservación de pozo y las

instalaciones de inyección.

• Los principales parámetros a controlar en la planta son

los STS, el oxígeno disuelto y las BSR.

• Los sistemas diseñados para el tratamiento deben ser lo

más “independientes” de la presencia del operador para

su adecuado funcionamiento.

• Es recomendable realizar estudios más profundos para

conocer el grado de corrosión e incrustaciones

minerales que se presentan en la planta.