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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS Tesis de Grado Previa a la obtención del título de Tecnólogo en Petróleos TEMA: “SEPARACIÓN TRIFÁSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES” DIRECTOR DE TESIS: ING. FAUSTO H. JARA PONENTE: OSWALDO RODRÍGUEZ QUITO – ECUADOR 2008

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  • UNIVERSIDAD TECNOLGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

    CARRERA DE INGENIERA DE PETRLEOS

    Tesis de Grado Previa a la obtencin del ttulo de

    Tecnlogo en Petrleos

    TEMA:

    SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    DIRECTOR DE TESIS: ING. FAUSTO H. JARA

    PONENTE: OSWALDO RODRGUEZ

    QUITO ECUADOR

    2008

  • DEDICATORIA

    A Dios por estar conmigo en cada momento, especialmente en los difciles

    momentos.

    A Sirle y Oswaldito, mis dos grandes amores, quienes siempre fueron fuente de

    motivacin y alegra para seguir adelante en todos mis proyectos y me

    impulsaron a no desistir hasta alcanzar la meta.

    II

  • AGRADECIMIENTOS

    A mis padres Laura y Francisco, a quienes les debo todo y es gracias a ellos

    que estoy aqu. Se que esto es muy poco para todos sus sacrificios, pero

    espero que este trabajo les devuelva en parte todo lo que me han dado.

    A los profesores que me ensearon tantas cosas en todos estos aos de

    estudio.

    Al Ing. Martn Morales, Ing. Byron Torres por guiarme en el crecimiento de esta

    tesis.

    A ambos, gracias por la confianza depositada en m desde el inicio de este

    trabajo, por los consejos constantes y por la dedicacin, tanto personal como

    profesional, para que este trabajo saliera adelante.

    III

  • TEMARIO

    DEDICATORIA................................................................................................... II

    AGRADECIMIENTOS ....................................................................................... III

    TEMARIO.......................................................................................................... IV

    CAPTULO I....................................................................................................... 1 INTRODUCCIN ............................................................................................... 1 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................... 1

    1.2. JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN............................................. 1

    1.3. OBJETIVOS ............................................................................................ 2

    1.3.1. OBJETIVO GENERAL......................................................................... 2

    1.3.2. OBJETIVOS CIENTFICOS-TECNOLGICOS ................................... 2

    1.3.3. OBJETIVOS ESPECFICOS................................................................ 2

    1.4. METODOLOGA DE INVESTIGACIN................................................... 3

    1.4.1. DISEO DE INVESTIGACIN ............................................................ 3

    1.4.2. MTODOS DE INVESTIGACIN........................................................ 3

    1.4.3. TCNICAS DE INVESTIGACIN........................................................ 3

    CAPTULO II...................................................................................................... 5 2. MARCO REFERENCIAL............................................................................ 5 2.1. INTRODUCCIN .................................................................................... 5

    2.2. TRATAMIENTO DE CAMPO DE CRUDO............................................... 5

    2.2.1. Conceptos Fundamentales. ................................................................. 6

    2.2.2. La Formacin de las emulsiones. ........................................................ 7

    2.2.3. Toma de la muestra de emulsin....................................................... 10

    2.3. Fundamentos de la Separacin del Agua y del Aceite .......................... 11

    2.3.1. Gravedad ........................................................................................... 11

    2.3.2. Agentes qumicos demulsificantes..................................................... 13

    2.3.3. Adicin de calor ................................................................................. 14

    2.3.4. Campo Elctrico ................................................................................ 20

    2.4. Seleccin del proceso y equipo............................................................. 22

    2.4.1. Deshidratacin. .................................................................................. 22

    2.4.2. Desalado............................................................................................ 23

    IV

  • 2.5. Problemas de operacin en plantas de deshidratacin y desalado de

    crudos. ............................................................................................................. 30

    2.5.1. EQUIPO DE DESHIDRATACIN Y DESALADO DE CRUDOS........ 32

    2.5.2. SEPARADORES DE AGUA LIBRE (FREE WATER KNOCKOUT). .. 33

    2.5.3. CALENTADORES - TRATADORES (HEATER TREATER) .............. 34

    2.5.4. TRATADORES ELECTROSTTICOS............................................... 35

    2.6. Fundamentos de la deshidratacin por campo elctrico ....................... 36

    2.6.1. Mtodos electrostticos de la resolucin ........................................... 38

    2.7. PROCESO DE SEPARACIN DE FASES EN UN SEPARADOR........ 43

    2.7.1. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA SEPARACIN.................. 43

    2.7.2. TIEMPO DE RESIDENCIA ................................................................ 43

    2.7.3. TEMPERATURA................................................................................ 44

    2.7.4. PRESIN........................................................................................... 44

    2.7.5. CONDICIONES EXTERNAS ............................................................. 45

    2.8. CONTROL DE POZOS PRODUCTORES CON ALTO CONTENIDO DE

    AGUA 46

    2.8.1. Sistemas de Control Convencionales ................................................ 46

    2.8.2. Separador Trifsico............................................................................ 46

    2.8.3. Sistemas de Colectores Mltiples...................................................... 47

    2.8.4. Limitaciones de los Sistemas Convencionales .................................. 48

    2.9. PORCENTAJE BSICO DE SEDIMENTOS Y AGUA (BS&W) DE

    POZOS PRODUCTORES................................................................................ 49

    2.10. CLASIFICACIN DE EMULSIONES................................................. 49

    2.10.1. PORCENTAJE BSICO DE SEDIMENTOS Y AGUA (BS&W) DE

    LAS LLEGADAS DE LAS ESTACIONES......................................................... 50

    2.10.2. MONITOREO DE BS&W DE LOS SEPARADORES, FWKOS,

    TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE CRUDO Y DE LA TRANSFERENCIA

    50

    2.10.3. ANLISIS DE SLIDOS ORGNICOS INORGNICOS ............. 50

    2.10.4. ANLISIS DE DISTRIBUCIN DE FLUIDOS ................................ 50

    2.10.5. CLCULOS DE TIEMPO DE RESIDENCIA .................................. 51

    2.10.6. ANLISIS DE ACEITE EN AGUA .................................................. 51

    2.11. ALTERNATIVAS PARA EL TRATAMIENTO QUMICO DE

    DESHIDRATACIN DE CRUDO..................................................................... 51

    V

  • 2.11.1. ALTERNATIVAS PARA LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

    MECNICO-FSICO Y TRMICO.................................................................... 56

    2.12. EMULSIONES ................................................................................... 57

    2.12.1. LA FORMACIN DE LA EMULSIN............................................. 57

    2.12.2. EMULSIONES DE AGUA EN PETRLEO CRUDO ...................... 58

    2.12.3. CAUSAS DE EMULSIONES ESTABLES....................................... 59

    2.12.4. ESTABILIDAD Y ROMPIMIENTO DE LA EMULSIN................... 63

    2.12.5. PRINCIPIOS PARA LOS TRATAMIENTOS................................... 64

    2.12.6. ANLISIS DE LA PRODUCCIN(ESTUDIO DEL SISTEMA) ....... 65

    2.12.7. PROBLEMAS ACTUALES DE TRATAMIENTO............................. 66

    2.12.8. VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO ............................................... 68

    2.12.9. PREVENCIN DE LA EMULSIN................................................. 69

    2.12.10. LOS TIEMPOS DE RETENCIN PARA LA RESOLUCIN .......... 70

    2.13. ESPUMAS ......................................................................................... 71

    2.13.1. ESPUMAS EN SISTEMAS DE HIDROCARBUROS: ORIGEN,

    CONSECUENCIAS Y SOLUCIONES .............................................................. 71

    2.13.2. ESPUMAS DE HIDROCARBUROS: REMOCIN DE GAS EN

    SEPARADORES.............................................................................................. 73

    2.13.3. FORMACIN DE LA ESPUMA...................................................... 74

    2.14. DOSIFICACIN DE QUMICO DEMULSIFICANTE A LA ENTRADA

    DE LOS SEPARADORES DE PRODUCCIN DE LA ESTACIN DORINE

    BATTERY......................................................................................................... 75

    2.14.1. PROCESO QUMICO EN LA SEPARACIN DE

    HIDROCARBUROS ......................................................................................... 75

    2.14.2. SUSTENTO DE LA DOSIFICACIN DE UN DEMULSIFICANTE . 78

    2.14.2.1. RESULTADO QUE SE PREV...................................................... 78

    2.14.3. ACCIN QUMICA DESEADA....................................................... 79

    2.14.4. TIEMPO DE RESIDENCIA............................................................. 80

    2.14.5. EXPECTATIVAS ............................................................................ 80

    CAPTULO III................................................................................................... 81 3. PROPUESTA DEL TRATAMIENTO PREVIO PTIMO DEL CRUDO PROVENIENTE DE LAS ESTACIONES DE POZOS PRODUCTORES (WELL-PADS).............................................................................................................. 81 3.1. SITUACIN ACTUAL DEL CAMPO DORINE....................................... 81

    VI

  • 3.2. DESCRIPCIN GEOLGICA Y GEOFSICA ....................................... 81

    3.3. SITUACIN ACTUAL DEL CAMPO ALICE .......................................... 82

    3.4. OBJETIVO............................................................................................. 84

    3.5. DESCRIPCIN GEOLGICA Y GEOFSICA ....................................... 84

    3.6. PROCESO DE SEPARACIN Y DESHIDRATACIN DE

    HIDROCARBUROS ......................................................................................... 85

    3.7. CONTROL DE PRODUCCIN ............................................................. 87

    3.7.1. ESTACIONES DE POZOS PRODUCTORES (ESTACIONES

    SATLITE) ....................................................................................................... 88

    3.8. DESCRIPCIN DE LAS ESTACIONES DE POZOS PRODUCTIVOS . 90

    3.9. REPORTE DE PRODUCCIN DE CAMPO DORINE........................... 90

    3.10. DISPOSICIN Y TRATAMIENTO DE LAS EMULSIONES ............... 94

    3.10.1. SOLUCIN DE PROBLEMAS ....................................................... 94

    3.10.2. CONTROL DE INTERFASE........................................................... 95

    3.10.2.1. Causas de la Placa de Interfase .................................................... 95

    3.10.2.2. Qu es un Qumico de Control de Interfase?............................... 96

    3.11. DESCRIPCIN DE EQUIPOS DE SEPARACIN DE EMULSIN... 97

    3.12. PROBLEMA TCNICO QUE SE PRETENDE RESOLVER .............. 99

    3.12.1. MONITOREO DE BS&W.............................................................. 100

    3.12.2. BS&W DE POZOS PRODUCTORES .......................................... 100

    3.12.3. MONITOREO DE BS&W DE LAS LLEGADAS DE LAS

    ESTACIONES................................................................................................ 105

    3.12.4. MONITOREO DE BS&W DE LOS SEPARADORES, FWKOS,

    TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE OIL Y DE LA TRANSFERENCIA... 105

    3.13. CLASIFICACIN DE EMULSIONES............................................... 106

    3.14. ANLISIS DE SLIDOS ORGNICOS INORGNICOS............... 107

    3.15. ANLISIS DE DISTRIBUCIN DE FLUIDOS.................................. 107

    3.16. CLCULOS DE TIEMPO DE RESIDENCIA .................................... 107

    3.17. ANLISIS DE ACEITE EN AGUA.................................................... 108

    3.18. MTODOS DE SEPARACIN DE FASES EN ESTACIONES

    CONVENCIONALES...................................................................................... 109

    3.18.1. POR QU USAR UN SEPARADOR DE ENSAYOS TRIFSICO 110

    CAPTULO IV ................................................................................................ 112 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.......................................... 112

    VII

  • VIII

    4.1. CONCLUSIONES................................................................................ 112

    4.2. RECOMENDACIONES ....................................................................... 115

    BIBLIOGRAFA ............................................................................................. 117 ANEXOS........................................................................................................ 118

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    CAPTULO I INTRODUCCIN

    1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Con el presente trabajo se elaborar un plan de tratamiento ptimo del crudo

    proveniente de las Estaciones de Pozos Productores conocidos como (Well

    Pads) para minimizar las emulsiones y mejorar el desempeo de los

    Deshidratadores de Agua Libre, conocidos como (FWKOS) en las facilidades

    de produccin. Este tema surge como consecuencia de la presencia de

    emulsiones en el crudo, la misma que afecta directamente en la produccin del

    petrleo con un Porcentaje Bsico de Sedimentos y Agua (BS&W) dentro de

    los parmetros adecuados.

    1.2. JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN

    Con el presente trabajo se pondr un modelo de tratamiento previo del crudo

    proveniente de las Estaciones de Pozos Productores (Well Pads) con la

    finalidad de minimizar las emulsiones que se originan en el proceso y a la vez

    mejorar el desempeo de los Deshidratadores de Agua Libre (FWKOS) en

    produccin.

    Con los conocimientos adquiridos y el apoyo de la informacin que se obtiene

    navegando por Internet y libros en la que la tecnologa este actualizada se

    puede decidir la seleccin de equipos mas adecuados para la adquisicin de

    datos y control.

    Con este trabajo se pretende transmitir una explicacin mas adecuada para

    aquellas personas que van a trabajar en este tipo de instalaciones y que recin

    se estn relacionando con este tema.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 1

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    1.3. OBJETIVOS 1.3.1. OBJETIVO GENERAL El objetivo de la presente investigacin es de presentar un modelo que nos

    permita el procesamiento de emulsiones agua-petrleo de gran estabilidad, y

    que a partir de una rotura eficiente de las mismas se obtenga fracciones de:

    petrleo, agua residual, gas y slidos que puedan ser utilizados sin riesgo

    ambiental.

    1.3.2. OBJETIVOS CIENTFICOS-TECNOLGICOS

    Determinar las causas de formacin de emulsiones y principales agentes, presentes en el petrleo, que brindan gran estabilidad a las mismas.

    Encontrar el valor de los parmetros de tratamiento ms eficiente para conseguir la rotura de una dada emulsin.

    1.3.3. OBJETIVOS ESPECFICOS

    Analizar la informacin de separacin trifsica de hidrocarburos. Investigar sobre la teora de formacin y ruptura de la emulsin. Analizar las alternativas fsicas y qumicas para minimizar las emulsiones. Determinar una alternativa adecuada. Estudiar los fenmenos de a) coalescencia; b) floculacin,; c)

    concentracin de emulsiones y el proceso inverso de estabilizacin.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 2

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    1.4. METODOLOGA DE INVESTIGACIN

    1.4.1. DISEO DE INVESTIGACIN

    En este estudio se aplicar el tipo de investigacin descriptiva, puesto que lo

    que se pretende de alguna manera mediar o cuantificar las variables como se

    presentan en la prctica para obtener conclusiones que puedan aplicarse a la

    prctica.

    1.4.2. MTODOS DE INVESTIGACIN

    Mtodo deductivo. Este mtodo lo emplearemos en el inicio de la investigacin pues nos servir de punto de partida para analizar

    informacin general con el propsito de orientarla a nuestra

    investigacin, especficamente nos referimos a la informacin

    bibliogrfica.

    Mtodo de anlisis. Este mtodo ser empleado de manera especial para analizar la investigacin de campo y otros factores del ambiente

    externo que afectar el desarrollo del proyecto.

    Mtodo de sntesis. Este mtodo se aplicar para sintetizar la gran informacin que hemos recopilado anteriormente, esta reunin de

    informacin nos permite construir el cuerpo de la tesis.

    1.4.3. TCNICAS DE INVESTIGACIN

    Existen varias tcnicas, entre las principales y que se utilizarn en esta

    investigacin son:

    Tcnica de fichaje. Especficamente utilizaremos fichas nemotcnicas y las fichas de documentacin que sirve para pegar recortes de artculos

    de peridicos o revistas.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 3

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    Tcnica bibliogrfica. Utilizaremos la biblioteca, varios libros e enciclopedias.

    Tcnica de observacin. Esta tcnica arranca desde el inicio de la investigacin y se desarrollar con mayor nfasis al levantar la

    informacin documental.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 4

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    CAPTULO II

    2. MARCO REFERENCIAL 2.1. INTRODUCCIN

    El actual problema que se presenta en la separacin del petrleo producido

    que aqueja a la industria no ha permitido aumentar el recobro del petrleo y por

    el contrario lo ha llevado a una posicin perenne, conformndose como lo que

    el equipo actual puede aportar.

    En este trabajo se quiere tambin que se obtenga un aporte en la preservacin

    del medio ambiente, al lograr utilizar los separadores como trifsicos

    automatizados, es decir que se trate los slidos del mismo en forma similar a la

    captacin y reutilizacin del gas.

    Y el pertinente tratamiento del agua para la reutilizacin, contribuyendo de esta

    manera el mejor aprovechamiento de equipos y recursos del Campo Dorine.

    Para analizar tambin la optimizacin de la separacin mediante el tratamiento

    qumico con la dosificacin adecuada de demulsificante, para la inyeccin en

    las Estaciones de Produccin.

    2.2. TRATAMIENTO DE CAMPO DE CRUDO En la actualidad dos terceras partes de la produccin mundial de crudo se

    obtiene en forma de emulsin, que necesariamente debe ser tratada.

    El agua salada fluye con el aceite en forma de baches (ms o menos grandes)

    o como pequeas gotas dispersas en forma estable en la masa del aceite. En

    el primer caso se trata de una simple mezcla de aceite y agua. En el segundo

    de una emulsin.

    Los problemas de desemulsificacin de crudos son cada vez ms difciles de

    resolver, ya que el aceite producido bajo los modernos mtodos de

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 5

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    recuperacin adquiere un grado mayor de emulsificacin. Los mtodos de

    tratamiento de las emulsiones han evolucionado notablemente, desde el simple

    reposo en vasijas convencionales hasta la aplicacin de voltajes elctricos

    elevados, pasando por los diferentes mtodos mecnicos, trmicos y qumicos.

    Generalmente, el tratamiento de las emulsiones se efecta combinando los

    efectos gravitacionales, mecnicos, trmicos, qumicos y elctricos. Aunque el

    conocimiento de la naturaleza de las emulsiones de agua y aceite ha influido en

    el establecimiento de la tecnologa bsica para su tratamiento, los enfoques

    empricos para el desarrollo de procesos y productos, en estudios de

    laboratorio, plantas piloto e instalaciones de campo siguen siendo factores

    decisivos. El desarrollo de productos qumicos que ayudan a la

    desemulsificacin, no es la excepcin.

    Queda manifiesta la importancia de la deshidratacin y desalado al nivel ms

    alto posible, mediante la seleccin apropiada del proceso y equipo de campo.

    Si en algn punto del sistema no se obtiene el crudo bajo condiciones

    aceptables, debe modificarse o instalarse, la planta de deshidratacin para no

    deteriorar el trabajo ya realizado.

    2.2.1. Conceptos Fundamentales.

    a) EMULSIN: Una emulsin es una mezcla ntima y estable de agua y aceite. Ms rigurosamente, una emulsin en un sistema heterogneo constituido, por

    lo menos, por un lquido no miscible disperso ntimamente en otro en forma de

    gotas, cuyos dimetros son generalmente mayores de 0.10 micras. La

    estabilidad de dicho sistema puede alterarse por medio de agentes activos de

    superficie, slidos finamente divididos, etc.

    La fase formada por las gotas aisladas se llama fase dispersa o interna. La fase

    que forma la matriz en donde las gotas estn suspendidas, se llama fase

    continua o externa.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 6

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    b) TENSIN SUPERFICIAL: La tensin superficial es una propiedad de los lquidos que los distingue de los gases. En el seno de un lquido, las molculas

    se atraen entre s estas fuerzas de atraccin, que son una combinacin de

    fuerzas de Van Der Waals y de las fuerzas electrostticas que estn en

    equilibrio. En la superficie del lquido, estas fuerzas no estn balanceadas ya

    que no hay molculas de lquido en la parte superior. La resultante es una

    fuerza perpendicular a la superficie. Puede decirse que la superficie del lquido,

    por la accin de esta fuerza tiende a contraerse.

    c) TENSIN INTERFACIAL: Hasta ahora solamente se han considerado las propiedades entre un lquido y un gas, que puede ser el aire o el vapor del

    lquido. De mayor importancia en problemas de deshidratacin, es la existencia

    de cierta tensin entre dos lquidos, denominada tensin interfacial.

    Cuando dos lquidos no miscibles se ponen en contacto aparece una interfase.

    Las fuerzas de atraccin que actan en las molculas de la interfase de los dos

    lquidos no estn balanceadas, con el consiguiente desarrollo de una tensin

    interfacial.

    2.2.2. La Formacin de las emulsiones.

    Las emulsiones de aceite y agua son dispersiones de gotas de agua en el

    aceite, que se vuelven estables por la accin de algunos materiales presentes

    en el aceite. Este tipo de emulsin es el ms comn en la Industria Petrolera.

    Rara vez se encuentra la emulsin inversa, donde la fase dispersa es el aceite

    y la fase continua o dispersante es el agua.

    Para formar una emulsin es necesario, adems del agua y el aceite, la

    agitacin y la presencia de un agente emulsificante que estabilice la mezcla.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 7

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    Los agentes emulsificantes presentes en el aceite son:

    9 Asfaltenos. 9 Resinas. 9 Cresoles. 9 Fenoles. 9 cidos orgnicos. 9 Sales metlicas. 9 Sedimentos. 9 Arcillas. 9 Productos de la corrosin. 9 Slidos finamente divididos. Etc.

    Cada gota de agua es cubierta por una pelcula de agente emulsificante; las

    gotas quedan aisladas entre s tanto fsica como elctricamente. De la

    naturaleza de esta pelcula rgida o elstica, depende la estabilidad de la

    emulsin. Esta pelcula es el resultado de la adsorcin de los agentes qumicos

    emulsificantes polares de alto peso molecular (generalmente asfltenos).

    El aspecto microscpico de una emulsin de agua en aceite, se ilustra en la

    Fig. VII.l. Las esferas son gotas de agua dispersas en el aceite. El dimetro de

    las gotas vara de una micra hasta centenas de micras, aunque la mayora son

    de unas 10 micras.

    Los cambios en el pH de la fase acuosa afectan la naturaleza de la pelcula en

    forma considerable (Tabla VII.l); Siendo inestables a un pH de 10.5.

    Otros factores que afectan la estabilidad de una emulsin son:

    9 El grado de agitacin. 9 La viscosidad del aceite.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 8

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    La agitacin determina el tamao de las gotas dispersas; a mayor agitacin

    resulta un menor tamao de gotas y, por lo tanto, mayor estabilidad de la

    emulsin.

    Un aceite de alta viscosidad permite mantener gotas grandes en suspensin;

    por otro lado, a las gotas pequeas se opone una mayor resistencia al

    asentamiento.

    La naturaleza de las emulsiones cambia con el tiempo; la pelcula que rodea a

    la gota de agua se engruesa y se torna ms resistente y la emulsin resulta

    ms estable.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 9

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.2.3. Toma de la muestra de emulsin a) Es difcil fijar una tcnica o procedimiento definitivo para la obtencin de la muestra de emulsin, ya que los tipos de instalaciones de deshidratacin son

    variables. Sin embargo, pueden sealarse algunas generalidades y

    precauciones.

    b) La muestra debe ser representativa de la emulsin que se maneja en la instalacin.

    c) Cuando a la instalacin concurren emulsiones con reactivo y no sea posible suspender la inyeccin de ste, es conveniente investigar separadamente cada

    emulsin, obteniendo la muestra en el punto inmediato anterior a donde se

    inyecta el reactivo.

    d) En ocasiones hay necesidad de obtener muestras individuales limpias de todas las emulsiones que concurren a una instalacin y luego recombinarlas en

    las proporciones con que llegan a dicha instalacin.

    e) En cualquier caso la muestra debe ser tomada bajo las condiciones de turbulencia, temperatura y grado de emulsificacin iguales o semejantes a las

    que prevalecen, en donde se inicia el proceso de deshidratacin.

    f) Si la muestra contiene agua libre debe extrarsele perfectamente.

    TABLA VII.l EFECTO DEL pH SOBRE LOS TIPOS DE EMULSIN Y SU ESTABILIDAD

    PH TIPO DE EMULSIN ESTABILIDAD DE LA EMULSIN

    3.0 agua - aceite Alta

    6.0 agua - aceite Alta

    10.0 agua - aceite Baja

    10.5 ninguna Inestable

    11.0 aceite -agua Baja

    13.0 aceite -agua Baja

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 10

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.3. Fundamentos de la Separacin del Agua y del Aceite 2.3.1. Gravedad

    La deshidratacin de crudos es esencialmente un proceso de separacin por

    gravedad. La gravedad proporciona la fuerza natural requerida para remover el

    agua salada del aceite.

    Actualmente se dispone de varios diseos de equipo para ayudar a la

    separacin por gravedad, entre los cuales pueden mencionarse los tanques

    deshidratadores, los eliminadores de agua libre, los separadores de tres fases,

    los coalescedores mecnicos y los coalescedores elctricos.

    Ninguno de ellos separa el agua del aceite, simplemente juegan un

    determinado papel en el proceso. La aplicacin de estas unidades puede

    ayudar a dificultar la accin de las fuerzas gravitacionales.

    En estos dispositivos el tiempo de reposo de la emulsin, necesario para que el

    proceso de deshidratacin y desalado se lleve acabo, limita el volumen de

    aceite tratado en la unidad de tiempo; o ms simplemente, la capacidad de

    tratamiento depende del tiempo de reposo.

    El tiempo necesario para que las gotas de menor tamao se asienten es uno

    de los factores de diseo ms importantes. Esto puede ilustrarse mediante la

    Ley de Stokes:

    ( )0

    22: owgrV 7.1

    Donde:

    V: Velocidad de asentamiento de la gota

    g: Aceleracin de la gravedad

    r: Radio de la partcula

    w: Densidad relativa del agua (agua: 1.000)

    o: Densidad relativa del aceite (aceite: 1.000)

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 11

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    o: Viscosidad del aceite.

    La ley de Stokes se refiere a la fuerza de friccin experimentada por objetos esfricos movindose en el seno de un fluido viscoso en un rgimen laminar de bajos nmeros de Reynolds.

    En general la ley de Stokes es vlida en el movimiento de partculas esfricas

    pequeas movindose a velocidades bajas.

    La ley de Stokes puede escribirse como:

    Fr=6R,

    Donde:

    R= es el radio de la esfera,

    = su velocidad y

    = la viscosidad del fluido.

    La ley de Stokes se ha comprobado experimentalmente en multitud de fluidos y

    condiciones.

    Si las partculas estn cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su

    propio peso puede calcularse su velocidad de cada o sedimentacin igualando

    la fuerza de friccin con la fuerza de gravedad.

    Donde:

    Vs es la velocidad de cada de las partculas (velocidad lmite)

    g es la aceleracin de la gravedad,

    p es la densidad de las partculas y

    f es la densidad del fluido.

    Al examinar esta ecuacin se destaca el papel que juega la viscosidad y el

    tamao de la partcula. La influencia de la accin qumica de los

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 12

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    demulsificantes, el calor y el campo elctrico, se revisan brevemente a

    continuacin

    2.3.2. Agentes qumicos demulsificantes

    Comnmente el primer paso en el tratamiento de una emulsin es la adicin de

    compuestos demulsificantes. Son compuestos formulados con varios productos

    qumicos, tales como glicoles y resinas polioxialquilnicas.

    El mecanismo de accin de los demulsificantes consiste en romper y desplazar

    la pelcula de agente emulsificante que rodea a la gota de agua (floculacin) y

    aumentar su tensin superficial y la atraccin molecular propiciando la

    coalescencia.

    Rara vez un solo compuesto acta como agente floculante y coalescente; son

    generalmente dos o ms compuestos los que intervienen en la formulacin de

    un demulsificante.

    Floculante: Agente o sustancia que provoca la floculacin. Su funcin es neutralizar las cargas negativas que dotan a ciertas partculas de un carcter coloidal mantenindolas en suspensin. Debido al efecto del floculante estas partculas se unen formando flculos de mayor tamao que son fcilmente eliminables mediante procesos de filtracin.

    Coalescente: Separador que divide una mezcla o una emulsin de dos lquidos inmiscibles usando la tensin interfacial entre los dos lquidos y la diferencia en la adherencia de los dos lquidos en un medio poroso particular.

    Otra propiedad deseable en un demulsificante es la capacidad para humectar

    los slidos presentes en la emulsin, para que sean incorporados en el agua

    separada.

    La adicin del reactivo debe hacerse en un punto desde el cual la difusin

    garantice un contacto ntimo entre el reactivo y las gotas de agua en dispersin.

    Puede inyectarse en el fondo del pozo, en el cabezal del pozo, en la batera de

    recoleccin o en la planta de deshidratacin y desalado.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 13

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    La dosificacin de reactivo vara ampliamente segn la estabilidad de la

    emulsin con las condiciones de temperatura, etc.

    Las dosificaciones ms comunes en nuestro pas son de 1 a 5 galones de

    reactivo por cada 1000 barriles de emulsin (GMB)

    Otras aplicaciones de los demulsificantes son para mejorar la eficiencia del

    bombeo neumtico en pozos productores de aceite y en la transportacin de

    aceite pesado, donde el reactivo rompe la espuma y la emulsin haciendo el

    aceite ms fluido.

    Finalmente, con la adicin de calor puede removerse hasta un 95% del agua

    presente en el aceite. La remocin del agua residual es mucho ms difcil y

    deben usarse medios, tales como el campo elctrico y otros.

    2.3.3. Adicin de calor

    La adicin de calor permite un asentamiento ms rpido de las partculas de

    agua, a travs de los siguientes efectos:

    1) Reduce la viscosidad del aceite.

    2) Por expansin del agua, la pelcula que rodea a las gotas se rompe o se

    reduce su resistencia.

    3) Aumenta el movimiento de las molculas.

    4) Permite acentuar la diferencia de densidades entre las partculas de agua y

    el aceite.

    Cuando sea posible debe aprovecharse cualquier fuente disponible de calor,

    incluyendo el calor que el aceite trae consigo, cuando procede de formaciones

    profundas y fluye a gastos altos.

    Por otro lado la adicin de calor est limitada por razones de economa como

    puede inferirse de la Tabla VII.2.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 14

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    Puede verse que la velocidad de asentamiento se duplica para un incremento

    de 22 C. Si el radio de la partcula se aumenta de 10 a 100 micras, la

    velocidad se hace 100 veces mayor para la misma temperatura (43 C) 47

    veces mayor para la temperatura de 65 C.

    Esto puede observarse en la propia ley de Stokes, ya que el radio de la

    partcula aparece elevado al cuadrado.

    Lo anterior sugiere que deben buscarse otros medios para aumentar el tamao

    de las partculas, sobre todo cuando son de radios menores que 10 micras. En

    la Fig. VII.2 se muestra la variacin de la viscosidad con respecto a la

    temperatura para diferentes densidades de crudo (Fig. VII.2a, VII.2b, VII.2c).

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 15

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    TABLA VII.2 EJEMPLO DE CLCULO DE LA VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO

    Datos:

    Temperatura C Dens. agua Dens. aceite Visc. aceite ( Cp )

    43 1.02 0.84 6.52

    65 1.01 0.83 3.15

    Ecuacin.

    ( )0

    2

    78.0: owrV

    Donde:

    v = Velocidad de asentamiento de la partcula, cm/hr r = Radio de la partcula, micras

    w = Densidad relativa de la partcula de agua (agua = 1.000)

    o = Densidad relativa del aceite (agua = 1.000)

    o =Viscosidad del aceite, cp.

    Calculo de v

    Temperatura (C) Radio, micras Velocidad, cm/hr

    6543

    1010

    213213

    53 100 213

    2.3.4. Campo Elctrico Todas las refineras que reciben aceite conteniendo sal, utilizan tratadores

    electrostticos. En el campo apenas comienza su empleo, incorporando una

    seccin elctrica en los tratados convencionales.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 20

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    La base para la unin o coalescencia electrosttica de las gotas la proporciona

    la propia molcula de agua; formada por una parte de oxigeno y dos de

    hidrgeno que al unirse configuran un campo elctrico (Fig. VIII.3a). El centro

    del componente positivo, el hidrgeno, esta en un extremo y el componente

    negativo, el oxigeno, esta en el otro. Esto es un dipolo y responde a la

    aplicacin de un campo elctrico.

    Bajo la influencia de un campo elctrico una gota de agua se deforma

    elipsoidalmente, como se muestra en la Fig. VII.3b. Con el alargamiento de la

    gota, la pelcula que la rodea puede romperse, facilitando la coalescencia de

    gotas adyacentes.

    De mayor importancia es el desplazamiento de las gotas bajo el efecto

    elctrico. Las gotas adyacentes se alinean con las lneas de fuerza del campo

    elctrico y con el voltaje de la corriente alterna, las gotas se afectarn 120

    veces/seg. Fig.VII.3c).

    Al mismo tiempo el electrodo positivo atrae a las cargas negativas y el

    electrodo negativo a las cargas positivas. La fuerza de atraccin para gotas del

    mismo tamao puede expresarse matemticamente por:

    4

    626:L

    rKEF 7.3

    Donde:

    K; es la constante dielctrica. E; es el gradiente elctrico. R; es el radio de la gota L; es la distancia entre los centros de las gotas.

    Si la distancia entre partculas disminuye, la fuerza de atraccin aumenta en

    forma notable. La respuesta a la coalescencia ocurre en centsimas de

    segundo.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 21

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    Un aumento en el gradiente elctrico podra acelerar el proceso, pero el voltaje

    flucta entre 12 000 y 30 000 volts y vara inversamente proporcional a la

    densidad del crudo y a la conductividad de la emulsin por tratar.

    2.4. Seleccin del proceso y equipo

    El tratamiento de las emulsiones se realiza en dos etapas bsicas: la

    deshidratacin, donde el contenido de agua a 1 o 2%; el desalado, donde se

    inyecta agua dulce o poco salada que disminuye la concentracin de sal del

    agua remanente.

    2.4.1. Deshidratacin.

    En esta etapa se remueve el agua libre y las gotas de mayor tamao. Los

    agentes qumicos desemulsificantes juegan un papel sumamente importante al

    promover la coalescencia y acelerar el asentamiento del agua dispersa.

    La temperatura de tratamiento debe seleccionarse considerando la estabilidad

    de la emulsin, la temperatura del aceite a la entrada del sistema, la volatilidad

    del aceite y el costo de calentamiento.

    Un diagrama del proceso de deshidratacin se presenta en la Fig. VII.4. Se

    incluyen:

    a) Eliminacin del agua libre para evitar el desperdicio de calor (para elevar l 0F

    se requiere 150 BTU para el agua y 280 para el aceite).

    b) Precalentamiento donde se aprovecha el calor del aceite tratado que lo cede

    para precalentar el crudo de entrada.

    c) Calentamiento para alcanzar la temperatura de proceso seleccionada.

    d) Unidad de deshidratacin donde el contenido de agua se reduce a 0.2-2%

    de agua.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 22

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    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 23

    2.4.2. Desalado

    En esta segunda etapa el agua residual (0.2-2%) y la salinidad asociada se

    reduce, mediante la adicin de agua de baja salinidad. De acuerdo con los

    resultados de campo, el volumen de agua de dilucin es aproximadamente 2

    3 veces el volumen de agua residual. Sin embargo, esta relacin podr variar

    considerando los siguientes factores:

    1) La salinidad del agua residual.

    2) El porcentaje de agua remanente despus de la etapa de deshidratacin.

    3) La salinidad del agua de dilucin.

    4) Eficiencia del mezclado del agua de dilucin con la emulsin

    5) Contenido de sal requerido al final del tratamiento.

    Conviene sealar la importancia de efectuar un mezclado lo ms eficiente

    posible entre el agua de dilucin y las gotas de agua residual. Puede decirse

    que la ineficiencia est dada por el volumen de gotas de agua de dilucin que

    no entran en contacto con las gotas remanentes.

    Esta mezcla es algo difcil de lograr y, en consecuencia, el proceso empleado

    para desalar debe ser muy eficaz, ya que generalmente se trata una emulsin

    ms difcil. En la Fig. VII.5 se muestra el diagrama de desalado de crudos.

    La deshidratacin y desalado de crudos deben combinarse, aunque no siempre

    en la misma planta, para mantener el agua y la sal dentro de especificaciones.

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    Al considerar el tratamiento de crudos de alta viscosidad, la ecuacin de Stokes

    permite resolver varios problemas. Como la diferencia de densidades entre el

    agua y el aceite es mnima y la viscosidad es alta, debe buscarse la aplicacin

    de mecanismos de coalescencia para aumentar el tamao de las gotas (ver

    Tabla VII.2) La aplicacin de voltajes elctricos proporciona los mejores

    resultados.

    La temperatura de tratamiento puede determinarse a partir de la Fig. VII.7 en

    funcin de la densidad del aceite.

    Si por algn motivo se decide emplear tanques deshidratadores, el agua y el

    aceite se estratificaran en forma alternada, dificultando la separacin efectiva

    de las fases. En otros casos pueden requerirse temperaturas de 100 C o

    mayores, lo cual resulta imprctico desde cualquier punto de vista.

    De cualquier manera el consumo de reactivo es demasiado alto para obtener al

    final de cuentos resultados poco satisfactorios. Hay ocasiones en que la

    aplicacin nica del proceso de deshidratacin es suficiente para producir

    crudo apenas dentro de especificaciones.

    Normalmente lo anterior se logra a costa de un alto consumo de reactivo y/o

    alta temperatura de operacin. Puede resultar interesante considerar un

    proceso adicional de desalado y evaluar las ventajas y desventajas,

    operacionales y econmicas.

    En general las pruebas de laboratorio son de gran ayuda para la seleccin del

    proceso y del equipo de deshidratacin y desalado de crudos, a pesar de que

    la informacin que proporcionan es estrictamente cualitativa.

    A continuacin se anotan algunas observaciones, que pueden ser de utilidad

    en la seleccin de las unidades de deshidratacin y desalado. Se comparan los

    tanques deshidratadores con los tratadores elctricos y stos ltimos con los

    tratadores convencionales.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 26

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    Los diferentes tipos de unidades de deshidratacin y desalado de crudos

    pueden compararse considerando los factores operacionales y econmicos,

    adems de su disponibilidad en el mercado.

    En la Tabla VII.3 se especifican los ms importantes y se aplican para los

    tanques deshidratadores y tratadores electrostticos.

    La aplicacin correcta de cualquiera de estas dos unidades bsicamente

    depende del contenido de agua y sal del crudo a tratamiento y de las

    especificaciones del aceite tratado. Por ejemplo, si un crudo con 1% de agua y

    800 LMB se desea tratar (desalar) para obtener 0.2% agua (mx.) y 25 LMB

    (mx.), debe usarse un tratador electrosttico dentro del proceso de desalado.

    Desalado: se trata de eliminar la mayor parte de sal posible y a su vez la mayor parte de contenido en

    H2O.

    Lo mismo puede deducirse de la tabla anterior, donde al referirse a la eficiencia

    de desalado se seala que el deshidratador es poco eficiente, ya que no

    cuenta con ningn tipo de accin, coalescente tal como fibras o campo

    elctrico.

    Esta es una de las mayores desventajas de este tipo de unidades, dejando que

    el reactivo y el calor aceleren la segregacin del agua, con prolongados e

    inconvenientes tiempos de reposo, por lo cual han cado en desuso en

    instalaciones relativamente recientes.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 27

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    A continuacin se comparan los tratadores convencionales (termoqumicos)

    con los tratadores elctricos.

    Las principales ventajas de los tratadores elctricos sobre los tratadores

    convencionales, son las siguientes.

    1) Temperaturas de operacin menores: esto produce ahorros en combustible, crudos poco densos (y por lo tanto de mayor valor monetario) por conservar las

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 28

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    fracciones ligeras de aceite, mayor volumen de aceite. Tambin resulta menor

    grado de incrustacin y corrosin.

    2) Menor tamao del recipiente; el recipiente se disea para una rpida coalescencia y permite el uso de recipientes lo ms pequeas posibles para un

    determinado volumen de crudo.

    3) No se utilizan fibras coalescentes las cuales se reemplazan por corriente elctrica; con esto se elimina la interrupcin en la operacin para reemplazar o

    lavar las fibras.

    4) Costos menores de demulsificantes; en algunos casos se logra reducir bastante el consumo de demulsificantes y, en ciertos casos, puede eliminarse.

    5) Mayor eficiencia al tratar emulsiones difciles.

    TABLA VII.3

    COMPARACIN DE TANQUES DESHIDRATADORES Y TRATADORES ELCTRICOS.

    ASPECTOS DESHIDRATADOR TRATADOR ELECTROESTTICO

    Eficiencia de deshidratador Eficiente Eficiente

    Eficiencia del desalado Poco eficiente Eficiente

    Tiempo de proceso 12 horas 1 hora

    Tiempo de operacin Sencilla Sencilla

    Control de corrosin Necesario Necesario

    Control de incrustacin No requiere Necesario

    Consumo de combustibles Variable Variable

    Consumo de reactivo Alto Bajo

    Sistemas contra incendios Complicado Sencillo

    Tamao de recipiente Muy grande Pequeo

    Tiempo de instalacin Largo Corto

    Capacitacin de operadores Mnima Regular

    Costo de la unidad * 1 millon ($) 2 millon ($) Mantenimiento Poco frecuente Frecuente

    Vida til 20 aos 15 aos

    Valor de rescate 10% 10%

    Tiempo de entrega 90 das 90 das + Para unidades de 60 000 bl/dia.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 29

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    2.5. Problemas de operacin en plantas de deshidratacin y desalado de crudos.

    Los problemas de operacin en las plantas de tratamiento de crudos son

    variados y se presentan con frecuencia.

    Para garantizar la eficiencia de una planta, es necesario que los diversos

    factores que intervienen (calor, demulsificante, agitacin, electricidad y tiempo

    de residencia) estn balanceados entre s. Si uno de estos se modifica, otro

    tendr que cambiar a fin de restablecer el equilibrio.

    Los cambios bruscos en la naturaleza de las emulsiones son poco frecuentes y

    pueden deberse a la introduccin de una nueva corriente en forma temporal o

    permanente. En algunos casos debe cambiarse de desemulsificantes.

    Los productos empleados en estimulaciones cidas a los pozos y los

    materiales producidos en la reaccin, ocasionan cambios temporales en las

    emulsiones, cuando se incorporan lentamente en el aceite producido. En

    algunos casos es necesario tratarlo por separado.

    Las variaciones repentinas en la carga que maneja la planta, son una de las

    causas ms comunes de aumento en los contenidos de agua y sal del crudo

    tratado. La forma ms prctica de compensarles, es empleando bombas

    dosificadoras de reactivo que, en forma automtica varen el numero de

    emboladas segn la seal de carga o presin en la lnea.

    La revisin peridica de algunos elementos ayuda a eliminar o identificar

    rpidamente las causas de una operacin deficiente.

    Los problemas operacionales ms frecuentes y sus posibles correcciones son

    las siguientes:

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 30

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    1) Si el tratador mantiene su temperatura y opera correctamente, ajustar la dosificacin de reactivo o cambiar el reactivo por otro ms eficaz.

    2) Si el tratador no conserva la temperatura adecuada, entonces:

    a) revisar termmetro y termostatos;

    b) verificar la operacin continua del horno;

    c) comparar el calor proporcionado y las temperaturas de entrada y salida del

    aceite, agua y sus volmenes respectivos, sabiendo que para elevar 10F el

    agua requiere 150 BTU y el aceite alrededor del doble.

    Si el calor requerido es mayor que el calculado, el tratador est sobrecargado.

    En este caso se puede aplicar un reactivo de separacin rpida y se instala un

    eliminador de agua libre. Si el horno no est sobrecargado, entonces puede

    haber depositacin de holln o incrustaciones externas.

    3) Si en un deshidratador disminuye la altura de la interfase agua-aceite, entonces:

    a) verificar la operacin de la vlvula de descarga de agua;

    b) comprobar que dicha vlvula y el sifn no presenten incrustaciones;

    c) verificar la presin de descarga del drene (cuando el agua se enva a una

    planta de tratamiento) para detectar contrapresin excesiva;

    d) observar si hay depsito en el fondo que pueda impedir el flujo al sifn;

    e) detectar un taponamiento en la lnea de salida del aceite;

    f) revisar la temperatura del aceite;

    g) indagar al deshidratador por la lnea igualadora de presiones y

    h) comprobar que en la seccin de separacin de gas no hay canalizacin de

    aceite.

    4) Cuando los intercambiadores de calor operan deficientemente, es muy probable que los tubos estn picados por la corrosin y hay que cambiarlos.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 31

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    5) Las fallas ms comunes en los tratados electrostticos ocurren cuando hay intermitencias en el suministro de corriente elctrica; al disminuir el voltaje la

    luz piloto se atena o desaparece. La acumulacin de materiales slidos en la

    interfase agua-aceite puede originar un corto circuito. En este caso hay que

    disminuir la altura de la interfase para normalizar la operacin de la unidad.

    Tambin es recomendable aumentar la temperatura o cambiar de reactivo. Si el

    mal funcionamiento del tratador no se corrige, habr que revisar todo el circuito

    elctrico.

    2.5.1. EQUIPO DE DESHIDRATACIN Y DESALADO DE CRUDOS

    Existen diversos mtodos para deshidratar crudos, los ms empleados son los

    dinmicos entre los que se encuentran:

    Tanques lavadores (wash tanks). Calentadores - tratadores (heaters - treaters). Separadores de agua libre (free water knockout). Separadores electrostticos (electric traters).

    Una instalacin de tratamiento comienza con la separacin de los fluidos

    provenientes del pozo en tres componentes, tpicamente llamadas "fases"

    (petrleo, gas y agua) y sigue con el procesamiento de las tres fases para

    ponerlas "en especificacin" de venta (gas y petrleo) o de re-uso (agua).

    La primera instalacin es el separador donde el gas es "flasheado" de los

    lquidos (crudo y agua) y separado de los lquidos dependiendo de la presin

    de los fluidos puede ser conveniente emplear "separacin en cascada" para

    lograr un petrleo estabilizado optimo (velocidad o presin de vapor en

    especificacin).

    Los separadores pueden ser verticales u horizontales y bifsicos o trifsico (en

    produccin usualmente son verticales y bifsicos). El gas separado sigue

    desde el separador a proceso (estabilizacin con ajuste de punto de roco,

    deshidratacin y/o remocin de gases cidos)

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 32

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    El petrleo y su emulsin (junto al agua libre - no emulsionada) pasa a una

    etapa de separacin de agua libre, para ello se emplea un separador bifsico

    (FWKO) donde el fluido llega con poco gas asociado o un tanque cortador

    (para cortar el agua libre).

    A partir de all, la funcin de la PTC es poner el crudo en especificacin de

    sales, agua y en algunos casos presin de vapor.

    Son valores contractuales usuales:

    - Agua y sedimentos (basic sediment and water BS&W): 0,5 - 3 %.

    - Sales: 10 - 20 lbs/1.000 bbl (20 - 60 mg/lt).

    - Presin de vapor Reid.: 15 psig.

    2.5.2. SEPARADORES DE AGUA LIBRE (FREE WATER KNOCKOUT).

    Es sencillamente un recipiente que proporciona un espacio para que el agua

    libre se separe de una emulsin. Muchas veces contiene un filtro o excelsior

    para quitar partculas de petrleo o emulsin que puedan estar atrapadas en el

    agua a medida que pasan por el filtro.

    El agua libre se retira automticamente del fondo de la unidad, y la emulsin o

    petrleo sale por arriba y pasa al sistema de tratamiento. De esta manera, se

    elimina el agua en estado libre; y slo la emulsin se trata por el sistema de

    calefaccin o tratamiento.

    El agua libre es el agua asociada con el aceite que se precipita en cinco

    minutos cuando los fluidos del pozo se dejan decantar en un tanque de

    sedimentacin. El agua libre no forma parte de la emulsin y puede ser

    separada fcilmente por la sola fuerza de gravedad.

    Un separador de agua libre es un recipiente usado para sacar excesivas

    cantidades de agua libre en las lneas de flujo antes de la planta de tratamiento.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 33

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.5.3. CALENTADORES - TRATADORES (HEATER TREATER)

    Un HT combina una seccin de calentamiento del crudo a tratar con otra de

    coalescencia en un mismo equipo.

    Suelen instalarse aguas debajo de separadores y FWKO, tienen tiempos de

    residencia de 3 a 5 minutos y son horizontales o verticales.

    En un HT, vertical por ejemplo, la emulsin ingresa por la parte superior y viaja

    en cada vertical por un tubo hasta el dispersor que se aloja debajo de la lnea

    del tubo de fuego.

    La seccin inferior obra de FWKO (de pequeo volumen), la emulsin asciende

    a travs de la seccin de coalescencia. Por la cabeza se elimina el gas liberado

    y se encuentra el rebalse de crudo tratado.

    En HsTs de diseo avanzado se incorpora una seccin coalescedora para

    acelerar el proceso. Un coalescedor es un medio mecnico (mallas o placas)

    que provoca la asociacin entre gotas y su crecimiento dentro de la fase

    continua.

    Todos los equipos de TC se disean, en base a las propiedades de los fluidos

    a tratar y a los para metros operativos que un tratamiento eficiente requiere.

    En general, durante el diseo no se considera la necesidad, el tipo y la

    concentracin de los qumicos que ser necesario incorporar para coadyuvar

    (asistir) a la eficiencia de los procesos.

    El mayor inconveniente con el que tropieza el operador de la PTC es la

    variacin temporal y espacial de la carga a la PTC. Generalmente, una vez

    puesta en marcha la PTC la variacin de los fluidos (otros horizontes y

    diferentes fluidos), de los sistemas de produccin / extraccin y la llegada de

    qumicos de tratamiento de pozos, atentan contra la normal operacin de la

    PTC.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 34

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    Una vez diseada, construida y montada no hay mucho margen para cambiar

    condiciones operativas, el primer gran inconveniente surge cuando se supera la

    capacidad de tratamiento de diseo (deben reducirse los tiempos de

    residencia). El segundo gran inconveniente es la irrupcin de agua con la

    necesidad de manejar grandes % de la misma.

    2.5.4. TRATADORES ELECTROSTTICOS.

    Los componentes principales de un campo elctrico, se ilustran en la Fig. VII.l2

    Los elementos primarios son:

    1) Fuente de poder o transformador, el cual convierte el voltaje de lnea

    (corriente alterna de una fase, 220 a 480 volts 50 o 60 ciclos) al voltaje de lnea

    requerido que alimenta a los electrodos de carga.

    2) Electrodos inferiores o de carga.

    3) Electrodos a tierra que permanecen suspendidos sobre los electrodos de

    carga.

    Se fabrican sistemas de electrodos de alta y baja velocidad, los primeros se

    utilizan en crudos ligeros de baja viscosidad y con emulsiones de alta

    conductividad elctrica; los electrodos de baja velocidad son recomendables

    para crudos de alta viscosidad y emulsiones de baja conductividad elctrica.

    La emulsin se reparte en la seccin elctrica mediante un distribuidor, que la

    obliga a pasar varias veces a travs del campo elctrico.

    La Fig. VII.13 muestra un esquema tpico de un tratador electrosttico. La

    temperatura de tratamiento adecuado para este tipo de tratadores, se

    determina con la grfica de la Fig.VII.7 en funcin de la densidad del crudo.

    Ventajas:

    Se requiere vasijas de menor tamao Se requiere menos reactivos qumicos (25 a 75 % de ahorro)

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 35

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 36

    Se requiere menos calor Se mantiene el volumen y API del aceite tratado (no hay evaporacin

    alta)

    Prcticamente no requiere mantenimiento Mejor control de contaminantes en el agua de deshecho. Menos sensibles a cambios de gastos o caractersticas de emulsin.

    2.6. Fundamentos de la deshidratacin por campo elctrico

    La separacin de las fases mediante campo elctrico utiliza varios mecanismos

    para promover la floculacin (contacto de las gotas de agua). Estos

    mecanismos proporcionan una separacin eficiente de las fases.

    En general, el mecanismo de coalescencia elctrica consiste en aplicar un

    campo elctrico al sistema emulsionado. Este campo provoca que dos gotas,

    por ejemplo, con carga elctrica y a una distancia considerable se influyan

    debido a la fuerza elctrica, como se ilustra en la Fig. 2.7; es decir las cargas

    positivas que rodean a la gota de agua se orientarn hacia el ctodo y las

    negativas del nodo.

    Esta influencia provocar que las gotas se fusionen en una ms grande,

    logrando ms rpidamente su precipitacin debido a la fuerza de gravedad.

    Figura 2.7

    Fig. 2

    Un campo elctrico incrementa la coalescencia de las gotas dispersas en el

    aceite, por dos mecanismos que actan simultneamente:

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    1. Sometidas a un campo electrosttico, las gotas de agua adquieren una carga

    elctrica neta.

    2. La distribucin al azar de las gotas de agua en el seno del aceite, al pasar

    por el campo electrosttico se alinean con su carga positiva orientada al

    electrodo cargado (negativo).

    Adems, una carga electrosttica (es decir 23.000 voltios) usada por tratadores

    (treaters) del petrleo crudo puede tambin reducir la tensin. El desequilibrio

    de la carga elctrica creado en la superficie de la gotita del agua crear

    inestabilidad adicional de la gotita, mientras que simultneamente proporciona

    una carga neta de la gotita (campo de la C.C.) o la polarizacin (campo de la

    CA) acelera la fusin de la gotita.

    En la figura 2.6 se observan los componentes elctricos principales de un

    tratador electrosttico de corriente alterna (CA). El transformador convierte el

    voltaje de lnea (440 V) al voltaje requerido (16,000 V).

    Este alto voltaje es alimentado a travs de un buje aislado al electrodo inferior,

    tambin llamado electrodo cargado.

    El electrodo a tierra est suspendido y aislado, arriba del electrodo cargado.

    Usualmente los dos electrodos horizontales estn paralelos a una distancia de

    6 a 8 pies.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 37

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    Figura 2.6

    Electrodos de corriente alterna

    2.6.1. Mtodos electrostticos de la resolucin

    La electrosttica no puede sustituir totalmente mtodos probados y verdaderos

    de la resolucin de la emulsin tales como tiempo, temperatura y producto

    qumico. Sin embargo, cuando estn aplicados correctamente, los mtodos

    electrostticos pueden reducir la confianza en ellos.

    Una variedad de tcnicas electrostticas del tratamiento disponibles para el

    diseador y el operador incluyen los campos de la CA, de la C.C., de AC/DC,

    modulada y pulsada. Se selecciona cualquier mtodo electrosttico, una

    comprensin del comportamiento de la gotita del agua dentro de un campo del

    voltaje ayudar al diseador para optimizar la tarifa del tratamiento, la

    temperatura, la dosificacin qumica y el voltaje aplicado

    Los tratadores electrostticos son usados generalmente cuando existen las

    siguientes circunstancias:

    9 Cuando el gas combustible para calentar la emulsin no est disponible o es muy costoso.

    9 Cuando la prdida de gravedad API es econmicamente importante.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 38

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 39

    9 Cuando grandes volmenes de crudo deben ser tratados en una planta a travs de un nmero mnimo de recipientes.

    Las ventajas del tratamiento electrostticos son:

    9 La emulsin puede ser rota a temperaturas muy por abajo que la que requieren los tratadores-calentadores.

    9 Debido a que sus recipientes son mucho ms pequeos que los tratadores calentadores, eliminadores de agua libre, son ideales para

    plataformas petroleras marinas.

    9 Pueden remover mayor cantidad de agua que otros tratadores. 9 Las bajas temperaturas de tratamiento provoca menores problemas de

    corrosin e incrustacin.

    La mayor desventaja de los tratadores electrostticos es el gasto adicional del

    sistema elctrico requerido, sistemas de control y de mantenimiento. En

    general se puede decir que el uso de un tratador electrosttico de

    determinadas dimensiones procesar el doble que un tratador de otro tipo que

    tenga las mismas dimensiones. Asimismo el uso de la electricidad permite la

    deshidratacin a bajas temperaturas.

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 40

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  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.7. PROCESO DE SEPARACIN DE FASES EN UN SEPARADOR

    2.7.1. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA SEPARACIN

    La separacin de las fases depende de diversos factores como:

    9 Tiempo de residencia en el equipo 9 Densidad y viscosidad de los fluidos, que a su vez dependen

    fuertemente de:

    Temperatura de operacin Distribucin de los tamaos de gotas de agua y petrleo en la

    entrada del equipo

    Velocidad del gas en el equipo Presin de operacin.

    2.7.2. TIEMPO DE RESIDENCIA

    Para garantizar un tiempo de residencia adecuado para cada una de las fases lquidas (petrleo y agua), se calcula el volumen necesario del separador,

    considerando los caudales de cada fase que se pretende separar. Quedan as

    determinados los niveles normales (NLL) de cada fase lquida dentro del

    recipiente. Estos niveles se controlan mediante vlvulas de control de nivel.

    En el caso del nivel de petrleo, este se encuentra a la altura del bafle, ya que

    rebalsa por encima del mismo hacia el recipiente de petrleo.

    En el caso del nivel de agua, por ser sta la fase ms pesada de las tres, se

    debe controlar la altura de la interfase petrleo-agua.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 43

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.7.3. TEMPERATURA

    Para garantizar la temperatura adecuada, la corriente proveniente del pozo debe calentarse hasta 50C como mnimo. De ser necesario, se debe realizar

    un calentamiento previo.

    2.7.4. PRESIN

    En muchos casos, para garantizar una presin de operacin adecuada, se establece un control de presin con una vlvula de control en la lnea de salida

    de gas.

    En los casos en que los pozos no posean gas, la presin se mantiene con un

    sistema de gas no explosivo que se deposita sobre la superficie de un lquido

    inflamable e impide el contacto con el oxgeno (gas de blanketing). Este

    sistema consta de una vlvula autorreguladora ajustada a la presin

    correspondiente.

    Reguladores de Gas para Blanketing

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 44

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.7.5. CONDICIONES EXTERNAS

    En ciertos casos, dependiendo de las condiciones y propiedades del fluido a

    separar, se deben considerar las siguientes condiciones:

    Inyeccin de demulsificante: Ayuda a la coalescencia (formacin y crecimiento) de las gotas, favoreciendo la separacin de las fases de

    petrleo y agua. Sin demulsionante, y para valores de caudal cercanos a

    los de diseo, el espesor de la interfase y la estabilidad de la emulsin

    petrleo-agua pueden interferir seriamente en el rendimiento

    (performance) deseado del separador.

    Calentamiento previo: La separacin de las fases depende, entre otras variables, de la temperatura. Si la temperatura es muy baja, la

    viscosidad del petrleo es muy alta y se dificulta notablemente la

    separacin de fases, es decir, el ascenso del petrleo desde el seno de

    la fase acuosa, as como la formacin y el descenso de las gotas de

    agua desde la fase de petrleo.

    El separador es adecuado para lograr la separacin cuando se encuentran

    operando a 50C (122F) o ms, y con la correspondiente inyeccin de

    demulsificante al fluido que se est ensayando.

    En estas condiciones, el fluido de los pozos se separan en 3 fases claramente

    diferenciadas gas / petrleo / agua, obtenindose las siguientes

    concentraciones:

    Fase Acuosa: menos de 500 ppm de hidrocarburo en agua. Emulsin Petrleo: menos del 50% de agua en petrleo

    La necesidad de minimizar errores en la medicin de la produccin de petrleo

    conduce al diseo trifsico del separador.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 45

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.8. CONTROL DE POZOS PRODUCTORES CON ALTO CONTENIDO DE AGUA

    El ensayo de pozos productores de petrleo afectados a proyectos de

    recuperacin secundaria ha generado un nuevo desafo en el control de la

    produccin, toda vez que los sistemas de control convencionales no resultan

    adecuados ya que, a diferencia de los pozos de recuperacin primaria, este

    tipo de pozos maneja producciones brutas muy superiores y con elevado

    contenido de agua, cuya media supera normalmente el 90%.

    2.8.1. Sistemas de Control Convencionales

    El control de pozos productores de petrleo estuvo histricamente acotado al

    ensayo de pozos de Recuperacin Primaria, en los que el corte de agua

    mantiene normalmente una proporcin inferior al 70%, y con caudales de

    extraccin moderados. Por lo tanto, el control de produccin de dichos pozos

    es posible realizarlo con instrumentacin adecuada, errores de medicin

    aceptables y pocas horas de ensayo, a travs de alguno de los sistemas de

    control convencionales.

    2.8.2. Separador Trifsico

    Utilizado para pozos de petrleo que producen gas, prescinde del tanque y

    requiere de un nico separador que, por medio de instrumentacin adecuada,

    separa y mide: desde el drenaje inferior, la fase que es mayoritariamente agua

    libre; a travs del drenaje intermedio, una emulsin petrleo + agua y por la

    parte superior del separador, la fase gaseosa, que es tratada y medida en otro

    sistema.

    Si bien la medicin es directa, sin requerirse de anlisis de laboratorio, la

    precisin de las mismas depende fundamentalmente del tipo de emulsin y de

    la eficiencia de separacin del equipo.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 46

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.8.3. Sistemas de Colectores Mltiples

    Normalmente, en el desarrollo de los Yacimientos, las bateras receptoras de la

    produccin bruta de los pozos que se encuentran en sus respectivas zonas de

    influencia, van siendo construidas en la medida que la cantidad de pozos y su

    produccin asociada justifica tal inversin, localizndola en ese caso, en el

    baricentro del desarrollo.

    De all en ms, dichos desarrollos suelen extenderse de tal forma que, si bien

    el nmero de bateras resulta insuficiente para mantener un programa

    adecuado de ensayo de la totalidad de los pozos que, en cantidad creciente,

    aportan su produccin a ella, la distancia de los nuevos pozos tampoco

    justifican la construccin de nuevas bateras, mas an cuando dichos

    desarrollos involucran un determinado grado de incertidumbre respecto de su

    extensin real, independientemente de que el tiempo requerido para construirla

    suele ser sensiblemente menor al disponible para hacerlo.

    En estas condiciones, el crecimiento es cubierto por medio de colectores

    mltiples. Como se muestra en la Figura 2.9, se trata de grupos de colectores

    que reportan a otros colectores intermedios los que, a su vez, envan la

    produccin a la batera, que de hecho requerir de la incorporacin de

    separadores y tanques, para poder procesar el mayor caudal y controlar el

    mayor nmero de pozos.

    De esta manera, los colectores de campo permiten cubrir el desarrollo,

    manteniendo la contrapresin de los pozos en valores razonables y

    optimizando la cantidad de lneas de conduccin a ser tendidas.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 47

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    Figura 2.9 Esquema Tpico de Colectores Mltiples

    Si bien este tipo de esquema resuelve el problema de desarrollo de los nuevos

    pozos de explotacin, complica ms an la tarea de poder contar con un

    programa de ensayo de pozos adecuado, tanto en frecuencia como en

    precisin.

    2.8.4. Limitaciones de los Sistemas Convencionales

    Sea cual fuere el sistema de medicin utilizado para el control de produccin de

    pozos con alto contenido de agua, todos ellos, en mayor o menor medida,

    presentan las siguientes desventajas:

    1.- Escasa precisin en la determinacin del contenido de agua y petrleo, y por ende, de la produccin neta del pozo, debido al bajo contenido de petrleo,

    respecto del importante caudal de extraccin.

    2.- Elevado costo de inversin toda vez que, por la necesidad de realizar ensayos de acumulada prolongados, normalmente de 24 horas, a los efectos

    de reducir el error en la determinacin de la variable minoritaria, es necesario

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 48

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    contar con una importante cantidad de separadores y tanques de ensayo, mas

    an teniendo en cuenta que cada nuevo ensayo requiere desplazar el volumen

    contenido en el separador y el vaciado del tanque, tiempo que se incrementa

    en trminos de desplazamiento de lneas, en el caso de tener que ensayar

    pozos afectados a colectores de campo.

    3.- Elevado costo de operacin, por requerirse de:

    Una importante infraestructura de laboratorio, productos demulsionantes y

    personal afectado al anlisis de las muestras tomadas en los tanques, para

    determinar el contenido de agua y de petrleo del pozo.

    Tiempo del personal de operaciones afectadas a las mltiples maniobras que

    requiere el control de cada uno de los pozos.

    2.9. PORCENTAJE BSICO DE SEDIMENTOS Y AGUA (BS&W) DE POZOS PRODUCTORES

    El monitoreo de los BS&W de los pozos productores es de suma importancia

    para la determinacin de lo siguiente:

    El avance del agua en el pozo. Determinacin de slidos orgnicos e inorgnicos. Determinacin del tipo de emulsin.

    2.10. CLASIFICACIN DE EMULSIONES

    Es necesario realizar un monitoreo de los pozos productores y poder as

    determinar el tipo de emulsin presente y definir la dosificacin y el tratamiento

    qumico ms adecuado, es decir se determinara si es necesario inyectar el

    qumico directamente al pozo a la lnea general o a la llegada de la estacin de

    bombeo. La frecuencia de este anlisis, depender de los problemas del l

    pozo o los pozos.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 49

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.10.1. PORCENTAJE BSICO DE SEDIMENTOS Y AGUA (BS&W) DE LAS LLEGADAS DE LAS ESTACIONES

    Se efectuar un seguimiento de los BS&W de las llegada de las lneas

    generales de cada estacin, con la finalidad de establecer si es necesario el

    aumento o la disminucin de la dosificacin de qumico establecida en los

    pozos o en la lnea general, con lo cual se podr optimizar el producto o tomar

    los correctivos necesarios a tiempo. La frecuencia de este anlisis, depender

    de los problemas.

    2.10.2. MONITOREO DE BS&W DE LOS SEPARADORES, FWKOS,

    TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE CRUDO Y DE LA TRANSFERENCIA

    Se realizar diariamente los BS&W de los separadores, deshidratadores de

    agua libre (FWKOS) a diferentes niveles, de las estaciones, incluido las

    descargas de los tanques de almacenamiento y tambin el bombeo o

    transferencia. La frecuencia de este anlisis ser diaria.

    2.10.3. ANLISIS DE SLIDOS ORGNICOS INORGNICOS

    Es necesaria la determinacin de la naturaleza de los slidos (orgnicos e

    inorgnicos), esta clasificacin de los slidos es con el objetivo de establecer

    plenamente los posibles problemas y tomar acciones correctivas para evitar

    problemas a futuro. La frecuencia de este anlisis, depender de los

    problemas del l pozo o los pozos.

    2.10.4. ANLISIS DE DISTRIBUCIN DE FLUIDOS

    Se debe tener muy en claro la distribucin de fluido para cada separador o

    deshidratador para la correcta dosificacin de los qumicos.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 50

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    2.10.5. CLCULOS DE TIEMPO DE RESIDENCIA

    Se establecer los tiempos de residencia, en lneas de transferencias tanques,

    separadores, deshidratadores, etc., con lo cual se podr saber con exactitud en

    determinado tiempo, si los correctivos tomados en el tratamiento qumico esta

    dando resultado. 2.10.6. ANLISIS DE ACEITE EN AGUA

    Este anlisis se lo ejecutara diariamente con el objeto de determinar la calidad

    de agua que est siendo el resultado de la deshidratacin, o si existe o no

    problema de lavado en el proceso.

    Se debe reducir a lo ms mnimo los ppm. de aceite en los pozos inyectores,

    para evitar un posible taponamiento de slidos orgnicos, sumados al arrastre

    de slidos inorgnicos, seria uno de los principales problemas en estos

    sistemas. Es importante la cuantificacin de los ppm de aceite en agua en los

    pozos de inyeccin, debido que este parmetro nos permitir saber si el

    tratamiento de la deshidratacin esta funcionando correctamente, a dems nos

    permitira descartar un posible problema operacional.

    2.11. ALTERNATIVAS PARA EL TRATAMIENTO QUMICO DE DESHIDRATACIN DE CRUDO

    Inicialmente se determina el porcentaje de emulsin, temperatura de superficie

    y corte de agua para cada pozo, mediante anlisis peridicos. Por medio de

    estos anlisis se sabe cuales son los pozos con mayor cantidad de agua y

    emulsin y como estn variando dichas cantidades con el tiempo, en base a lo

    cual se puede sugerir la distribucin de la produccin en la batera de

    tratamiento. Tambin se hallan algunas propiedades del agua y aceite que son

    de importancia para el tratamiento (viscosidad, densidad del aceite, densidad

    del agua).

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 51

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    El ensayo de las alternativas para el tratamiento qumico a nivel de laboratorio

    mediante pruebas de botella incluye: incremento de la agitacin despus de

    agregar el desemulsificante, adicin del desemulsificante diluido en un

    solvente, variacin del ph del agua, variacin de la temperatura y dilucin

    previa del producto en la produccin de algn pozo que acte como fluido

    motor.

    En base a los resultados obtenidos en los ensayos de las posibles alternativas

    a nivel laboratorio, se concluye que la mejor alternativa es el incremento de la

    agitacin en el sistema de tratamiento una vez ha sido inyectado el

    demulsificante. Al incrementar la agitacin se obtiene una mejor mezcla del

    producto con la emulsin, lo cual hace que la cantidad de agua y emulsin

    residual al final del tratamiento sea menor y que se incremente la velocidad de

    cada de las gotas de agua dispersas en el aceite, todo esto sin necesidad de

    incrementar la cantidad de demulsificante a inyectar.

    Para aplicar y evaluar la alternativa escogida, se implementa una prueba de

    campo donde el incremento de la agitacin se obtiene cambiando el punto de

    inyeccin por uno de mayor agitacin (se instalo un punto de inyeccin en la

    mitad de los colectores de produccin general) y mediante el uso de

    mezcladores (boquillas atomizadotas y mezcladores estticos). Se evala el

    comportamiento del sistema mediante anlisis peridico de muestras tomadas

    en puntos clave a las cuales se les mide BS&W. emulsin y temperatura,

    adems, se lleva el registro diario y de la cantidad de desemulsificante

    inyectando diariamente.

    Al analizar los resultados obtenidos, se concluye que la alternativa escogida

    produce una mejora en el tratamiento, pero esta mejora no es de igual

    magnitud a la obtenida en el laboratorio, por lo cual, se enumeran las posibles

    causas de estos y se dan una serie de recomendaciones adicionales (otras

    alternativas) que contribuyan a la mejora del tratamiento o sirvan de

    complemento a la alternativa implementada.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 52

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    La inyeccin del producto qumico y de la dosificacin ms ptima de

    demulsificante puede mejorar grandemente la desestabilizacin y la resolucin

    final de la emulsin. El ms eficaz demulsificante se adapta a menudo en el

    laboratorio para resolver las necesidades de cada tipo particular del petrleo

    crudo. Las mezclas qumicas correctamente diseadas reaccionan con la

    pelcula, de una manera ordenada de promover la fusin completa.

    Mientras que la seleccin y las evaluaciones qumicas finales se basan

    tpicamente en mtodos extensamente aceptados de la prueba de la botella,

    esta tcnica puede no poder seleccionar el ms apropiado qumico para la

    fusin y la separacin electrostticas.

    Si no seleccionado correctamente, el campo electrosttico aplicado puede

    interferir con la accin ms demulsificadora. Sin embargo, cuando est

    seleccionado correctamente, el campo electrosttico puede aumentar

    perceptiblemente la actividad qumica.

    Extrao, pero cierto, los compuestos qumicos demulsificantes son agentes

    activos de superficie, similares a los emulsificadores.

    Los demulsificantes tienen tres acciones principales:

    1. Fuerte atraccin hacia la interfase aceite-agua; ellos deben desplazar y/o

    neutralizar a los emulsificadores presentes en la pelcula de la interfase.

    2. Floculacin: neutralizan las cargas elctricas repulsivas entre las gotas

    dispersas, permitiendo el contacto de las mismas.

    3. Coalescencia: permiten que pequeas gotas se unan a gotas ms grandes

    que tengan suficiente peso para asentarse. Para esto se requiere que la

    pelcula que rodea y estabiliza las gotas sea rota.

    Las teoras de cmo actan los demulsificantes estn incompletas. Estas

    teoras fallan al pretender explicar el funcionamiento de los diferentes tipos de

    compuestos qumicos.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 53

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    Sin embargo, dos generalidades son vlidas.

    Primero, los demulsificantes efectivos tienen alto peso molecular, que son

    comparables a los surfactantes naturales.

    Segundo, usados como emulsificadores, los demulsificantes tienden a producir

    emulsiones inversas (w/o).

    Una teora tradicional acerca de cmo trabajan los desemulsificantes, es que

    ellos neutralizan a los agentes emulsificadores; en otras palabras, rompen las

    emulsiones w/o, al tender en forma natural a formar emulsiones w/o.

    Otra explicacin es que los demulsificantes hacen que la pelcula que rodea a

    la gota de agua se vuelva muy rgida o se contraiga para finalmente romperse.

    Los demulsificantes son insolubles en agua y muy solubles en aceite para que

    puedan difundirse rpidamente a travs de la fase de aceite y alcancen las

    gotas de agua.

    Por el contrario, los demulsificantes para emulsiones inversas w/o son muy

    solubles en agua. Comnmente son poliaminas cuaternarias de amonio de alto

    peso molecular mezcladas con aluminio, hierro o cloruro de zinc.

    Los demulsificantes deben ser dosificados en forma continua en la relacin

    determinada por pruebas de botella y/o pruebas de campo. La dosificacin en

    forma de choque no es muy recomendable.

    Los rangos de dosificacin pueden variar de 2 a 200 ppm, aunque

    generalmente se dosifican en un rango de 10 a 60 ppm. Generalmente los

    crudos pesados requieren mayor dosificacin que los crudos ligeros.

    El exceso de dosificacin de demulsificante incrementa los costos de

    tratamiento, incrementa el aceite contenido en la salmuera separada, puede

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 54

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    estabilizar aun ms la emulsin regular (agua/aceite) y puede producir

    emulsiones inversas (agua/aceite).

    Los demulsificantes deben ser inyectados tan temprano como sea posible (en

    el fondo o en la cabeza del pozo). Esto permite ms tiempo de contacto y

    puede prevenir la formacin de emulsin corriente abajo.

    La inyeccin de demulsificante antes de una bomba, asegura un adecuado

    contacto con el crudo y minimiza la formacin de emulsin por la accin de la

    bomba.

    La seleccin y preparacin del tipo de demulsificante debe coincidir con el

    recipiente de tratamiento de la emulsin. Los tanque de lavado que tienen largo

    tiempo de retencin (8-24 horas), requieren demulsificantes de accin lenta.

    Por otro lado, los tratadores-calentadores y las unidades electrostticas con

    corto tiempo de retencin (15-60 minutos) requieren desemulsificantes de

    accin muy rpida.

    Problemas como precipitacin de parafinas en climas fros, incremento de

    slidos por corridas de diablo, adicin de compuestos qumicos para

    estimulacin de pozos, pueden requerir el cambio del desemulsificante de

    lnea.

    Debido a que los agentes demulsificantes son tan numerosos y complejos para

    permitir su completa identificacin, seleccionar el demulsificante ms adecuado

    es un arte y una ciencia.

    La seleccin est basada en pruebas empricas de laboratorio conocidas como

    pruebas de botella, cuyo procedimiento especfico es descrito en el mtodo API

    MPMS 10.4 (1988).

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 55

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    Obviamente, para el xito de la prueba de botella se requiere de una buena

    muestra de la emulsin del sistema. Para que una muestra sea buena, debe

    reunir las siguientes caractersticas:

    1. Debe ser representativa de la corriente.

    2. Debe ser un compsito de la produccin de los pozos individuales que estn

    alimentando al tratador

    3. Contener cantidades representativas de los qumicos presentes en el

    sistema, tales como inhibidores de corrosin y parafinas

    4. Debe ser fresca para evitar la estabilizacin por envejecimiento de la

    emulsin.

    El tratamiento qumico en general ofrece las siguientes ventajas:

    1. La formacin de las emulsiones puede ser completamente prevenida

    dosificando los desemulsificantes desde una etapa temprana del tratamiento.

    2. La emulsin puede ser rota en fro, reduciendo los costos de calentamiento

    de la emulsin y la prdida de gravedad asociada con el calentamiento.

    Las desventajas del tratamiento qumico son:

    1. Una sobre dosificacin puede producir nuevas emulsiones que son a

    menudo ms difciles de romper que las emulsiones originales.

    2. No siempre es econmico romper las emulsiones slo con el tratamiento

    qumico, generalmente es necesario el uso de energa adicional, como

    calentamiento o electricidad, para reducir los costos del tratamiento qumico.

    2.11.1. ALTERNATIVAS PARA LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO MECNICO-FSICO Y TRMICO

    El presente tem, tiene su origen en la necesidad de evaluar los sistemas de

    tratamiento a que estn sometidos los fluidos producidos en dicha batera.

    OSWALDO RODRGUEZ TORRES 56

  • SEPARACIN TRIFSICA DE HIDROCARBUROS Y TRATAMIENTO DE EMULSIONES

    En el desarrollo del trabajo, conocida la necesidad se pasa a hacer un

    reconocimiento del campo en cuanto a su geologa, sus caractersticas de

    produccin y en cuanto a las caractersticas de los fluidos producidos. Luego

    comienza a analizarse de una forma general los principales problemas que se

    pueden presentar en el tratamiento de dichos fluidos.

    Una vez obtenido toda esta serie de conocimientos, se estudia el proceso

    mecnico-fsico y trmico que all estn sometidos fluidos y as se empieza a

    evaluar dichos tratamientos buscando alternativas que sean tiles y eficaces a

    la empresa.

    Terminado el anlisis evaluativo, se dan las recomendaciones necesarias para

    ponerlas en prctica en la batera; logrando de esta manera los objetivos de la

    investigacin.

    2.12. EMULSIONES 2.12.1. LA FORMACIN DE LA EMULSIN

    Una emulsin es un sistema heterogneo (una fase, dos componentes)

    consistente por lo menos en un liquido inmiscible (agua) disperso ntim