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EMULSIONES La emulsin es una mezcla de dos lquidos inmiscibles (es decir lquidos que no se mezclan bajo condiciones normales). Uno de los lquidos se dispersa completamente en el otro en la forma de diminutas gotitas.

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CONDICIONES PARA FORMAR EMULSIN 1. Lquidos inmiscibles: agua y petrleo. Uno se dispersa completamente en el otro en diminutas gotitas: fase dispersa o interna. 2. La agitacin y turbulencia: las emulsiones no se

forman espontneamente, algn trabajo debe ser puesto en el sistema. La agitacin debe ser suficiente para dispersar un lquido en diminutas gotitas dentro del otro 3. Agente Emulsificante: Tiene algn componente orgnico presente en el petrleo crudo que estabiliza la fase dispersada formando una dura y elstica pelcula sobre la superficie de los glbulos.2

CONDICIONES PARA FORMAR EMULSIN (continuacin) 3. Agente Emulsificante (continuacin): La pelcula es delgada y fcilmente visible bajo el microscopio. Su presencia dificulta la coalescencia de los glbulos; ayudando a que los glbulos salten o reboten alejndose unos de otros con un alto grado de elasticidad o frecuentemente rompindose en partculas ms pequeas. En cualquier sistema de tratamiento el objetivo es destruir la pelcula protectora para neutralizar el efecto emulsificante.3

TIPOS DE AGENTES EMULSIFICANTES1. Slidos (no solubles): Slica, negro de humo, arcilla, hierro, zinc. 2. Solubles: Jabones sdicos y de magnesio, carbonato de calcio, asfalto, bitmenes, sustancias resinosas,

etc. 3. Ciertas sustancias hidroflicas: tales como gomas o agar que no estn en el petrleo crudo pero que pueden ser captadas fcilmente en el equipo de superficie, podrn actuar como emulsificadores.4

TIPOS DE EMULSIONES Se conocen 4 diferentes tipos de emulsiones: Agua en petrleo. Petrleo en agua. Petrleo en agua, y esto en petrleo. Agua en petrleo, y esto en agua.

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TIPOS DE EMULSIONES (Cont.)Agua en petrleo: Comprende cerca del 99% de lasemulsiones de los campos de petrleo. El contenido de agua puede variar de 0% a 80%, pero usualmente se encuentra en el rango de 10% a 35%.

Petrleo en agua o emulsin inversa: Est compuesta deglbulos de petrleo dispersos en una fase continua de agua. Ocurre aproximadamente en el 1% de las emulsiones producidas, estando el petrleo muy diluido, conteniendo menos del 1% de petrleo.

Petrleo en agua, y esto en petrleo: Raramente encontrado. Agua en petrleo, y esto en agua: Todava no ha sido encontrado en la produccin de campo.6

ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONESEs la resistencia a fracturarse y depende de: Tipo de petrleo. Temperatura. Edad de la emulsin. Porcentaje de agua. Agente emulsificante. Carga elctrica. Exposicin al aire. Tamao de la partcula. La viscosidad. Gravedad especfica.7

ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONES (Continuacin)1. Tipo de petrleo: Petrleos de base naftnica o asfltica emulsifican ms pronto y permanente que los parafnicos, porque los asfaltos son agentes. 2. Temperatura: Son ms estables a bajas temperaturas ya que aumenta la viscosidad, mayor resistencia al movimiento de los glbulos a travs de la fase continua y menos tendencia a sedimentarse.8

ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONES (Continuacin)3. Edad de las emulsiones: estabilidad de emulsin petrleo-agua aumenta con la edad porque la adsorcin del agente emulsificante sobre las paredes de los glbulos contina a ritmo ms lento y pelculas protectoras son reforzadas. 4. Porcentaje de agua: Tiene efecto indirecto sobre su estabilidad. Porcentajes ms grandes de agua tienden a formar emulsiones menos estables porque tendran mayor nmero de gotitas de agua por unidad de volumen.9

ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONES (Continuacin)5. Agente Emulsificante: Es el factor determinante en la estabilidad de las emulsiones 6. Carga elctrica en las partculas: Aumenta cuando aumenta la carga en las partculas. 7. Exposicin al aire: Estn ms estables en la exposicin al aire, porque el oxgeno con componentes de petrleo crudo forman agentes emulsificantes. Es una reaccin muy rpida.10

ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONES (Continuacin)8. Tamao de la partcula: Influencia su estabilidad solamente si dilatan su tamao porque tienden a sedimentarse rpidamente. 9. Gravedad especfica: Mayor diferencia origina un asentamiento ms rpido.

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TRATAMIENTO DE LAS EMULSIONES Las materias extraas que contienen el petrleo pueden incluir agua, arena, sedimentos, y otras impurezas. El tratamiento es cualquier procedimiento diseado para separar las materias extraas del petrleo crudo. La operacin del tratamiento puede incluir uno o ms de los procedimientos que se indican a continuacin: 1. Dar tiempo para el asentamiento y drenar el agua que se separa. 2. Aplicacin de calor. 3. Aplicacin de compuestos qumicos. 4. Adicin de diluyentes para reducir la viscosidad. 5. Uso de equipos: tanques de asentamiento o tanques de lavado, separadores y deshidratadores elctricos.

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TRATAMIENTO DEL EMULSIFICADORFactores que influyen en el tratamiento-efecto sobre el emulsificador.

El objetivo primario de un tratamiento de emulsin es impedir el efecto emulsificante cualquier atraccin elctrica, que mantiene los glbulos en suspensin, para que ellos puedan coagular y sedimentarse. El tratamiento de emulsiones de petrleo crudo incluyen rompimiento de las pelculas que rodean las pequeas partculas de agua, fusin de las pequeas gotitas en gotas ms grandes; y asentamiento de las gotas de agua ya sea durante o despus de la fusin.

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TRATAMIENTO DEL EMULSIFICADOR (Continuacin)Factores que influyen en el tratamiento-efecto sobre el emulsificador (continuacin).

Mientras ms alta sea la viscosidad del crudo, ms lento ser el asentamiento del agua. Cuanto ms baja sea la temperatura del agua ms alta ser la viscosidad y ms lenta la separacin. Mientras ms pequeas sean las gotas de agua, ms lenta ser su separacin, por eso los diferentes procedimientos de tratamiento tienen como propsito aumentar el tamao de las gotitas de agua, y, si es necesario, la diferencia de gravedad entre el agua y el petrleo, o disminuir la viscosidad del petrleo para que el periodo de asentamiento del agua llegue a un valor aceptable.14

TRATAMIENTO DEL EMULSIFICADOR (Continuacin)Factores que influyen en el tratamiento-efecto sobre el emulsificador (continuacin).

El calor reduce la viscosidad y aumenta la gravedad diferencial. Los compuestos qumicos promueven un aumento en el tamao de las partculas de agua. Los diluyentes, que generalmente se usan con petrleos crudos ms pesados, reducen la viscosidad y aumentan la gravedad diferencial.15

TRATAMIENTO DEL EMULSIFICADOR (Continuacin)Factores que influyen en el tratamiento-efecto sobre el emulsificador (continuacin).

La accin centrfuga es una forma acelerada de asentamiento; puede producir una separacin completa del agua pero, por lo general arrojar la emulsin concentrada. La separacin del agua por destilacin implica altos costos de combustibles y otras dificultades, y no resulta econmico.16

MTODOS DE TRATAMIENTO Mtodos o sistemas de tratamiento: Se puede hacer una clasificacin general de los mtodos o sistemas de tratamiento: Sistema mecnico. Sistema Elctrico. Sistema qumico.

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MTODOS DE TRATAMIENTO MECNICOClasificacin de los mtodos mecnicos:1. Separacin gravitacional. 2. Empleo del calor. 3. Filtracin. 4. Centrifugacin.

Estos diseos mecnicos generalmente, son usados junto con los sistemas elctrico y qumico. En los casos de emulsiones no muy estables la aplicacin de calor y filtracin solos podrn producir limpieza y rpida ruptura, pero en la mayora de los casos la inyeccin de qumica o el tratamiento elctrico es requerido a menos que se usen temperaturas prximas al punto de ebullicin del agua. Los mtodos de tratamiento usados varan con el rea y la emulsin.18

SEPARACIN POR GRAVEDADEl asentamiento gravitacional solamente ser efectivo, despus que la emulsin ha sido rota por algn otro tipo de tratamiento. Si las pelculas protectoras y las cargas elctricas que estabilizan los glbulos no son primeramente neutralizadas, cualquier asentamiento ser muy lento para ser econmicamente factible. El ritmo de asentamiento es mayormente influenciado por la viscosidad del petrleo; por esta razn la emulsin debe ser calentada, antes de colocarla en el tanque de asentamiento.

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SEPARACIN POR GRAVEDAD (continuacin)Para que ocurra un rpido asentamiento es importante que la emulsin, en el tanque de asentamiento o tanque de lavado, est libre de agitacin. Por consiguiente para que no haya liberacin de gas en este tanque, el crudo es pasado a travs de una serie de discos de agitacin para liberar el gas antes de meterlo al tanque. Para evitar la turbulencia la emulsin es pasada por el fondo del tanque a travs de una capa de agua; la capa de agua ayuda a coagular a los glbulos de agua y sirve para igualar el calor. Una desigual distribucin de calor podra causar corrientes de remanso que dar agitacin a la mezcla impidiendo la separacin. El volumen del tanque de asentamiento debe ser tal que el ritmo de movimiento ascendente de la emulsin entrante sea menor que el ritmo de asentamiento de los glbulos de agua que descienden.20

SEPARACIN POR GRAVEDAD (continuacin) El ritmo de asentamiento se calcula por la ley de stokes: d 2 Dgv 18

Donde: v = ritmo de asentamiento; d = dimetro de los glbulos. D = diferencia de las densidades entre los glbulos y la fase continua. g = aceleracin de la gravedad. = viscosidad de la fase continua.21

SEPARACIN POR GRAVEDAD (continuacin)Con valores razonables para las variables. Las partculas de agua de 1.3x10-6 cm. de dimetro tendrn un ritmo de asentamiento de 10cm/s. o alrededor de 6 pies, en 500 horas (0.3 pies por da). El tiempo de asentamiento de la emulsin depender de variables como: viscosidad del petrleo, densidades del petrleo y agua, cantidad de turbulencia, ritmo de movimiento ascendente del fluido y el tamao de los glbulos de agua.22

SEPARACIN POR GRAVEDAD (continuacin)No ocurrir un total asentamiento hasta que, por coalescencia los glbulos de agua hayan alcanzado un cierto tamao crtico. Por tanto el tiempo de asentamiento est indirectamente influenciado por el ritmo de coalescencia, lo cual esta determinado por la probabilidad de coalescencia de los glbulos en contacto, y el ritmo de contacto de los glbulos dispersados.

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SEPARACIN POR GRAVEDAD (continuacin)La accin de agregar un desemulsificador qumico o de imponer un potencial elctrico a travs de la emulsin para destruir las influencias de estabilizacin sirve para producir coalescencia a una unidad cercana. La segunda condicin, un alto ritmo de contacto. Es obtenida ms o menos por una mezcla completa de la emulsin despus del tratamiento, y antes de ser pasada al tanque de asentamiento24

APLICACIN DE CALOR Varias teoras se han desarrollado para explicar el efecto del calor en el tratamiento de emulsiones. Una teora supone que unas gotitas diminutas tales como las formadas en las emulsiones, estn en un movimiento continuo debido al fenmeno del movimiento browniano. Este movimiento se aumenta por el calor, que hace chocar las gotitas con ms frecuencia y mayor fuerza. En cuanto a la fuerza de coalicin es suficientemente grande, la pelcula circundante se rompe y las gotas se juntan. Tambin el propsito del calentamiento es reducir la viscosidad del petrleo y hacer ms fcil la sedimentacin de los glbulos de agua. La aplicacin de calor tambin afecta las tensiones interfaciales existentes entre el petrleo y el agua.

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APLICACIN DE CALOR (Continuacin) Cualquier emulsin podr ser rota por la aplicacin del calor a una temperatura igual al punto de ebullicin del agua; cuando esa temperatura es alcanzada, los glbulos de agua se gasifican y rompen sus pelculas protectoras. Sin embargo la aplicacin de calor en tal extremo tiene varias desventajas importantes: un excesivo calentamiento causa prdidas de los productos o partes ms ligeras de hidrocarburos (ms voltiles). Esto resulta en prdida, tanto en volumen como en gravedad, para el productor.26

TRATADORES TERMICOSEl tratador tipo presurizado incorpora tres unidades de separacin: 1. El separador de petrleo y gas. 2. Calentador tipo volumen con caja de fuego interno desmontable y 3. El tanque decantador (gun-barrel) o tanque de asentamiento. Fue el primer sistema automtico de tratamiento, el cual provee espacio para el agua fuera del aceite .27

TRATADORES TERMICOS (Continuacin) En el tratador presentado en la figura siguiente, el flujo del pozo entra a la seccin de separacin, de donde fluye el gas a travs del extractor de niebla y el lquido va a travs del tubo descendente (downcomer) a la seccin de deshidratador de agua libre (free water knockout). El agua libre se asentar fuera del aceite dentro de 5 minutos. La remocin del agua libre previene otras emulsificaciones y disminuyen las cargas de calentamiento.28

TRATADORES TERMICOS

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TRATADORES TERMICOS (Continuacin) El aceite y la emulsin fluyen a travs del plato deflector en la seccin de calentamiento (lavador de agua). La aplicacin de calor tiene varios efectos sobre las emulsiones: (1) disminuye la viscosidad del aceite y la viscosidad (stickiness) del agente emulsificante. (2) baja la tensin superficial del agua; (3) aumenta la diferencia entre la gravedad especifica del aceite y el agua.30

SECCION DE FILTRACIN La seccin de heno provee la filtracin y la fusin. La emulsin es filtrada y la pelcula del agente emulsificante es rota. Tambin acta como barrera de calor entre secciones de calentamiento y asentamiento. Tambin quita alguna humedad que proviene de la seccin de asentamiento.31

SECCION DE ASENTAMIENTO Despus de sacar el gas, el agua libre y el calor adicional, la emulsin fluye de la seccin de heno a la seccin de asentamiento. Esta seccin debe ser tan grande y tan libre de agitacin como sea posible.

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DISEO DEL TRATADOR Pasos bsicos: 1. Determinar tipo de emulsin. Suelta: 500 Bls/da. Apretada: 150 Bls/da. 2. Saber si el pozo est produciendo agua. 3. Determinar cantidad y caractersticas fsicas del petrleo, agua y gas. 4. Determinar tiempo de estada por laboratorio. Rango de 15 minutos a 12 horas. 5. Saber uso final del aceite, agua y gas, para slo usar un tratador a presin atmosfrica.33

DISEO DEL TRATADOR (Continuacin)6. Determinar la temperatura de tratamiento Rango: entre 120F a 160F. 7. Determinar la capacidad de la caja de fuego. La caja de fuego debe ser suficientemente grande para calentar el fluido desde la temperatura de flujo a la de tratamiento.34

Factores de la caja de fuego El agua libre ser retirado despus de calentar el fluido. Todo el aceite es calentado al fluir a travs del bao de agua caliente. El agua emulsificada tambin es calentada. Si no se conoce asumir 20%. La caja de fuego no debe ser dimensionada para operacin continua; para alargar su vida. Considerar suficiente capacidad para tomar en cuenta las prdidas de calor.35

Capacidad de calentamiento Se basa en el balance de calor. Q = w.Cp.T Q = Calor requerido Btu/hr w = Peso del lquido calentado lb/hr Cp = Calor especfico del lquido. Btu/lbF T = Rango de temperatura en F. La altura del tratador es determinada por el tamao de la seccin de asentamiento y por la carga requerida para que el aceite pueda fluir, a travs del tratador a los tanques de almacenamiento.36

OIL SKIMMERS (Despojador) Esta diseado para remover gotas de petrleo remanente en el agua, de un tratador de petrleo o un tanque de asentamiento. La seccin de distribucin del flujo evita la turbulencia en la seccin de asentamiento. Permite a las partculas de petrleo alcanzar la interfase petrleo/agua. La interfase est controlado por flotador de peso.37

OIL SKIMMERS (Despojador)

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OIL SKIMMERS (Despojador) Manteniendo la presin con gas sobre el despojador es posible pasar el agua a trasvs de un filtro. La capacidad del aceite en el despojador depende de varias variables, principalmente de las densidades del petrleo y el agua.

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