Capitulo 4 - EMULSIONES

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Emulsiones de gas

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    4. EMULSIONES

    Casi siempre el fluido producido por un pozo es una mezcla de gas, petrleo y agua.

    Normalmente el agua y el aceite son dos fases inmiscibles y al estar en contacto se separan

    por gravedad (segregacin). En el caso de un pozo el agua y el aceite producidos pueden

    estar efectivamente con dos fases inmiscibles y en este caso separarlas es bastante sencillo

    pues se pueden hacer muchas veces de una manera directa en el separador trifsico o si se

    tienen separadores bifsicos, la fase lquida que sale de ste se pueda llevar a un tanque

    donde se deja en reposo durante un tiempo, relativamente corto, para permitir que se

    presente la segregacin; pero otras veces el agua y el petrleo producidos por el pozo

    pueden estar mezclados ntimamente haciendo muchas veces imposible la separacin por

    gravedad, en este caso se dice que se presentan emulsiones bien sea de agua en aceite o, lo

    contrario, de aceite en agua.

    La presencia de emulsiones es un problema bastante comn en campos de petrleo y

    romperlas, o sea separar las fases componentes, es a veces tan costoso que puede

    representar un porcentaje alto del costo de produccin de un barril de crudo.

    Una emulsin es una mezcla ntima de dos fases inmiscibles en la cual una fase est

    dispersa, en forma de pequeas gotitas, en la otra fase que permanece continua; la fase

    dispersa se conoce como fase interna y la continua como fase externa. Pueden existir

    muchas clases de emulsiones, dependiendo del tipo de fases que las forman, pero en este

    caso nos interesan las emulsiones entre aceite y agua y de ellas se seguir hablando de aqu

    en adelante.

    4.1. Clasificacin de las emulsiones

    Las emulsiones se pueden clasificar de diferentes maneras dependiendo del aspecto que se

    tenga en cuenta para hacerlo:

    De acuerdo a la estabilidad 1. Estables 2. Inestables

    Una emulsin es estable cuando luego de formada, la nica forma de conseguir que las

    fases se separen es aplicando un tratamiento especial; una emulsin es inestable cuando

    luego de formada si se deja en reposo durante un tiempo las fases se separan por gravedad,

    aunque el tiempo requerido para que se presente segregacin es bastante mayor que cuando

    las fases no estn emulsionadas. Un ejemplo de emulsin inestable es la que se tiene

    cuando se toma una muestra de crudo liviano, parafnico, y agua pura; despus de una

    agitacin fuerte se puede observar el agua dispersa en el petrleo, pero si se deja un tiempo

    en reposo el agua se vuelve a segregar y se va al fondo. Cundo se toma una muestra de

    crudo naftnico, pesado y agua salada tambin se forma una emulsin luego de agitar

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    fuertemente ambas fases en contacto; pero una vez obtenida la emulsin si sta se deja en

    reposo se observa que al pasar el tiempo las fases no se separan. A pesar de que en ambos

    casos las fases son de la misma naturaleza, son inmiscibles y hubo agitacin, en el primer

    caso se obtuvo una emulsin inestable y en el segundo caso una emulsin estable;

    posiblemente en el crudo pesado o en el agua salada haya algn elemento que ayude a que

    la emulsin no se rompa.

    De acuerdo a la facilidad para romperlas 1. Flojas 2. Duras

    Una emulsin estable es floja cuando se puede romper con un tratamiento sencillo y es dura

    cuando requiere de un proceso ms complicado para romperla.

    De acuerdo a su naturaleza 1. Normales 2. Inversas 3. Duales

    Una emulsin normal es aquella en la cual la fase contnua es el aceite y la dispersa es el

    agua; la fraccin de agua en la emulsin puede estar entre 10 y 35%. Se llama emulsin

    normal porque es la de mayor ocurrencia; aproximadamente el 99% de las emulsiones

    presentes en los campos de petrleo son normales (6)

    . Una emulsin es inversa cuando la

    fase dispersa es el petrleo y la continua es el agua; se le llama invertida porque son raras.

    Una emulsin dual normalmente es aquella en la cual fase dispersa es una emulsin de

    petrleo en agua y la continua es petrleo.

    Las emulsiones duales e inversas son las ms difciles de romper y generalmente para ellos

    requieren tratamientos especiales (6)

    .

    4.2. Teoras sobre la formacin de emulsiones (6)

    .

    Con varias teoras diferentes se ha tratado de explicar la formacin de emulsiones estables,

    es decir, el hecho de que dos lquidos inmiscibles y de diferente gravedad especfica se

    dispersen o formen una mezcla ntima estable. Sin embargo algunas de ellas no permiten

    explicar por s solas la gran estabilidad de ciertas emulsiones.

    4.2.1. Teora Coloidal.

    Explica el proceso de emulsificacin relacionndolo con la qumica coloidal. Los coloides

    son sustancias que permanecen en suspensin en los lquidos siguiendo aparentemente

    leyes fsicas peculiares que le dan caractersticas muy diferentes a las sustancias no

    coloidales. Por ejemplo, ciertas arcillas, sustancias coloidales, permanecen suspendidas en

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    el agua por mucho tiempo despus de un periodo de agitacin que asegure suficiente

    dispersin de las partculas de arcilla. Se cree que las pequeas gotas de agua suspendidas

    en una emulsin agua en aceite estn influenciadas por las mismas leyes fsicas que

    controlan la suspensin de arcilla en agua.

    4.2.2. Teora de la Tensin Interfacial.

    Explica las propiedades peculiares de las emulsiones por su relacin con los fenmenos de

    la tensin interfacial. Las relaciones de tensin interfacial permiten explicar la oclusin de

    un glbulo de lquido dentro de otro, debido a que el lquido de tensin superficial mayor

    (agua) asume una forma convexa, originando glbulos esfricos o esferoidales, y tiende a

    presentar la menor superficial al segundo lquido (aceite). Sin embargo, si la tensin

    interfacial es alta, por ejemplo entre aceite y agua pura, la emulsificacin se dificulta

    porque el aceite tiende a extenderse sobre la superficie del agua formando una capa

    delgada. En este caso la tensin interfacial se puede reducir lo suficiente para facilitar la

    formacin de emulsiones agregando el agua ciertas sales solubles (carbonato de sodio,

    sulfato de aluminio, etc.); por el contrario, si la tensin interfacial se aumenta agregando el

    agua cloruros solubles, la emulsificacin se dificulta mucho ms.

    4.2.3. Teora del Agente Emulsificante. Las teoras anteriores permiten explicar la formacin de emulsiones pero no explican

    porqu las gotas dispersas no se unen al ponerse en contacto, ni la persistencia de algunas

    emulsiones. La teora del agente emulsificante es la ms aceptada universalmente, y explica

    la repulsin de las gotas dispersas a unirse debida a que estn recubiertas por una sustancia

    denominada agente emulsificante, concentrado y retenido en la interfase por el proceso

    fsico denominado adsorcin. El tipo de emulsin que se forme, normal o invertida,

    depende de las caractersticas del agente emulsificante y su relacin con los dos lquidos de

    acuerdo con las siguientes normas sencillas:

    El lquido que humecta preferencialmente al agente emulsificante ser la fase continua de la emulsin, y

    Para agentes emulsificantes solubles, el lquido experimentalmente, puede ser de tres maneras:

    La accin del emulsificante, se ha encontrado experimentalmente, puede ser de tres

    maneras:

    Creando cargas repulsivas sobre la superficie de las gotas de la fase dispersa.

    Formando una pelcula delgada que rodea las gotas de la fase dispersa y evita que las gotas se unan.

    Depositndose como polvo fino sobre las gotas de la fase dispersa.

    De acuerdo con la teora del agente emulsificante, para que se presente una emulsin

    estable se requiere lo siguiente:

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    Presencia de dos fases inmiscibles

    Agitacin fuerte

    Presencia de un agente surfactante (emulsificante) el cual el responsable de la estabilizacin de la emulsin.

    En el caso de un yacimiento cuando la saturacin de agua es mayor que la crtica, se

    presenta flujo simultneo de agua y aceite, o sea que se tiene la presencia de las dos fases

    inmiscibles; la agitacin tambin se tiene debido al flujo a travs de la formacin pero

    principalmente al salir al fondo del pozo donde se presenta una zona de alta turbulencia y al

    fluir a travs del pozo y la lnea de superficie donde va encontrar una serie de restricciones;

    la presencia del agente emulsificante se puede explicar por la presencia de algunos

    contaminantes en el petrleo o en le agua que pueden actuar como surfactantes. Parece que

    es ms comn encontrar surfactantes en los crudos naftnicos y pesados que en los

    parafnicos, y esto podra explicar el por qu la formacin que se forma al agitar una

    mezcla de agua y crudo parafnico no es estable mientras que si lo es la de salmuera y crudo

    naftnico.

    La interaccin entre el agente emulsificante y las fases lquidas componentes de la

    emulsin determina, en alto grado el tipo de emulsin que se va a formar, especialmente en

    si la emulsin es normal invertida; de acuerdo a la teora del agente emulsificante si ste es

    soluble en el petrleo la emulsin ser normal y si es soluble en el agua, ser invertida.

    Emulsificantes solubles en aceite son sustancias asflticas. Y sustancias resinosas, cidos

    orgnicos solubles en aceite, arcilla saturada de aceite y otros; emulsificantes solubles en

    agua son arcilla, slice, jabones de sodio y sales metlicas (sulfatos de hierro, aluminio