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UNIVERSIDAD PRIVADA BOLIVIANA
Facultad de ingenieras y arquitectura
PLANTA DE TRATAMIENTO PARA AGUAS DE FORMACION DEL POZO KANATAFW-01
Estudiantes:
Vctor Hugo Toco
Gonzalo Flores
Sergio Luis Vsquez
Materia: Ingeniera del Medio Ambiente
Docente: PhD. Carla Quiroga
Cochabamba 13 de diciembre de 2013
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6.4 Adsorcin por Carbn Activo ............................................................................................. 20
6.4.1 Diseo de la columna ................................................................................................... 21
6.4.3 Algoritmo de clculo .................................................................................................... 23
6.4.4 Resultados ..................................................................................................................... 24
7. Conclusiones .......................................................................................................................... 24
8. Bibliografa ............................................................................................................................ 25
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2.2 Descripcin del Problema
El pozo KNT-FW-1, se encuentra en una declinacin en su produccin por surgencia
natural, debido a esto se debe implementar tcnicas de recuperacin secundaria, para ello
se requiere realizar una inyeccin de agua al pozo con el fin de aumentar la produccin.
En casi todos los pases del mundo las regulaciones legales para pozos inyectores son
cada vez ms estrictas para la proteccin de los acuferos de agua fresca. Es por eso que
se propone la implementacin de una planta en la que se pueda realizar un tratamiento a
las aguas de formacin para luego ser inyectadas.
2.3 Justificacin
El presente proyecto realizado en la materia de Ingeniera del Medio Ambiente, es
realizado con el fin de proponer un sistema de tratamiento a las aguas de formacin producidas por el campo petrolero Kanata. De ese modo esta agua puede ser
acondicionada de acuerdo a normas ambientales, y ser usada en la en la inyeccin de
pozos para aumentar su produccin.
2.4 Reglamentos Involucradoso RASH
o Reglamento en Materia de Contaminacin Hdricao Norma API 421
3. Objetivos
3.1 Objetivo General
El presente proyecto tiene por objeto proponer el diseo de una planta de tratamiento de
aguas de formacin o aguas producidas en la extraccin de hidrocarburos, para el pozo
Kanata-FW-1.
El tratamiento servir para acondicionar estas aguas de manera que sean adecuadas para
ser usadas en los procesos de recuperacin secundaria por inyeccin de agua.
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3.2 Objetivos Especficoso Diseo de la Unidad de Tanque Desnatador
o Diseo de la Unidad de Flotacino Diseo de la Unidad de Adsorcin por Carbn Actividad
o Cumplir con los Requerimientos de la Calidad de Agua para su Inyeccin
4. Descripcin del Proceso
4.1 Marco Terico
Las aguas producidas se destinan a cuerpos de agua superficiales como quebradas, lagos
y ros. Las pozas API minimizan el contenido de petrleo y grasa en las aguas
producidas, pero no tienen ningn impacto en la alta temperatura, alta salinidad y alto
contenido de bario en estas aguas. La reinyeccin de todas las aguas producidas es lanica manera de evitar impactos en las aguas superficiales causados por la alta salinidad
y alta temperatura, por ese motivo es una mejor alternativa la de inyectar las aguas
producidas al pozo sin contaminar los acuferos.
Para realizar el tratamiento de las aguas de formacin para su reinyeccin es necesario
obtener una informacin inicial a travs de la recoleccin y anlisis de muestras de aguas
de formacin provenientes del pozo en explotacin. Estos anlisis debern ser realizados
antes de que las aguas sean tratadas y luego de tratadas, y luego ejecutar las operaciones
de reinyeccin. Los anlisis debern ser hechos en laboratorios que utilicen metodologas
estandarizadas con capacidad de proporcionar resultados confiables.
4.2 Caracterizacin de los Residuos Lquidos
En los procesos de extraccin de hidrocarburos en el campo Kanata, nos encontramos con
aguas residuales, estas aguas son las que se producen al extraer el petrleo a la superficie,
generalmente contienen sales disueltas, gases (CO, CO2, H2S), adems de slidos en
suspensin.
En la mayora de casos el agua producida en volumen es mayor que el volumen de
petrleo o gas que se extrae.
En la siguiente tabla se muestra algunas caractersticas de las aguas de formacin:
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Caractersti cas de Aguas de F ormacin
4.3 Diagrama del Proceso
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Separador Trifsico: Este est encargado de separar el producto en petrleo, gas y
agua.
Tanque Estabilizacin: Tanque separador en el cual se produce la primera separacin
petrleo-agua y remocin de slidos suspendidos.
Unidad de Flotacin: Etapa de tratamiento en la que se continan con la remocin de
aceites y solidos suspendidos restantes.
Unidad de Adsorcin por Carbn Activado: Este proceso permite remover todos los
slidos disueltos en el agua.
Tanque de Almacenamiento: Este es el tanque en el cual se almacenara el agua ya
tratada, para luego ser inyectada.
Pozo Inyector: Pozo en el cual se realiza el proceso de inyeccin.
5. Descripcin de Procesos
5.1 Etapa de Estabilizacin
El objetivo primordial de la etapa de estabilizacin como su nombre lo dice, es estabilizar
la carga o volumen de agua, que entra a la planta de tratamiento e inyeccin, en presencia
de una variable importante para esta parte del proceso como lo es el tiempo de retencin,
esto con el fin de conseguir un equilibrio entre las fases presentes, en este caso agua-
petrleo.Adems se produce la primera remocin de aceite y de solidos suspendidos, debido a
procesos fsicos ya antes mencionados como la separacin gravitacional y la
coalescencia.
Esta seccin debe estar presente como mnimo en el tratamiento de aguas para inyeccin,
dado que da la pauta para la caracterizacin de las siguientes etapas y a su vez hace parte
de la importancia de remover las partculas de mayor tamao y aceites, para no afectar la
calidad del agua y producir posibles daos en la formacin receptora.
5.1.1 Tanque Desnatador
La etapa de estabilizacin generalmente est compuesta por un skimmer o tanque
desnatador, cuyo principio de operacin se basa en procesos fsicos, diseado para
proporcionar el tiempo de retencin necesario, para que el aceite suba a la superficie
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Tanque Desnatador
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Etapa de FlotacinDespus de la etapa de estabilizacin se necesita de una segunda etapa de tratamiento,
llamado flotacin, esta se implementa con el fin de mejorar y asegurar la calidad del agua
dispuesta a ser inyectada a la formacin. En esta parte del sistema se presentan procesos
fsicos como el de la flotacin, que a su vez est acompaado de procesos qumicos que
son inducidos por medio de inyeccin de aditivos, entre los cuales se encuentran la
coagulacin y floculacin. Posteriormente a esta seccin se analiza la importancia de
estos procesos en el tratamiento qumico que se debe realizar al agua, para el manejo y
control de la calidad de la misma.
Uno de los fines de esta etapa secundaria de tratamiento es continuar con la remocin de
slidos y aceites que estn presentes en el agua de produccin. Para tal fin esta seccin se
caracteriza por poseer unidades de flotacin, en las cuales se obtiene ms remocin de
aceite que de slidos. Para estos equipos se habla de una concentracin final entre 15 y
30 ppm de aceite en agua tratada.
Las unidades de flotacin son los nicos equipos de tratamiento de agua residual cuyo
principio de separacin se fundamente en el arrastre por gas de las partculas de aceite,aunque tambin ocurre la separacin gravitacional, pero en menor proporcin. Estos
emplean un proceso en el cual pequeas burbujas de gas son generadas y dispersadas en
el agua, donde hacen contacto con las gotas de aceite y partculas slidas. Las burbujas de
gas incrementan la diferencia de densidades y ayudan a las gotas de aceite a ascender
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rpidamente a superficie para su posterior recoleccin. Coagulantes, polielectrolitos, o
desemulsificantes son agregados para optimizar el funcionamiento del equipo.
La generacin de estas microburbujas constituye un factor clave en el proceso de
flotacin, ya que es necesario que las microburbujas generadas se distribuya en el cuerpo
de agua a tratar, colisionen con el material a remover y que este conjunto ascienda de tal
manera que se facilite su remocin.
6. Clculos
6.1 Condiciones
Datos que se requieren:
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6.2 Tanque Desnatador
Parmetros de diseo Tanque
Desnatador
Presin de operacin (psi) 13-15
Con uso de serpentn, eficiencia aceites 80-95
Dimetro partcula aceite (um) 150-300
Tiempo residencia (min) 10.0-30.0Altura Tanque (m) 2.0-4.0
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6.2.1 Algoritmo de Clculo
Elaborado en EES:
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6.2.2 Resultados
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6.3 Unidad de flotacin
Para el dimensionamiento de estos equipos de tratamiento secundario, el diseo debe
basarse en los valores mximos de cada uno de los parmetros para evitar problemas
operacionales en caso de presentarse un aumento significativo en la produccin de agua.
6.3.1 Unidades de flotacin tipo gas disuelto (DAF)
Para el diseo de este tipo de unidades se debe considerar los siguientes criterios de
operacin, los cuales ya se encuentran establecidos y son proporcionados al
fabricante para la consecucin del equipo.
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6.3.2 Evaluacin de las variables de flotacin Parmetro A/S
Para el diseo de los sistemas de flotacin, un parmetro fundamental normalmente
utilizado es la relacin entre el aire utilizado y los slidos (A/S), definida por la
ecuacin:
efluenteel en solidos zaciondespresuri por liberadoaire
S A _ _ _
_ _ _ / ((kg/dia)/(kg/dia))
Este parmetro se estima a partir de estudios realizados a escala de laboratorio en
clulas de flotacin o en planta piloto. Valores tpicos son 0,005 a 0,006 ml de aire /
mg slidos.
Sistemas de flotacin sin recirculacin:
A/S=1,2S a(fP-1)/xo
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Sistemas de flotacin con recirculacin:
A/S=(R/Q)1,2S a(fP-1)/xo
6.3.3 Reciclado requerido
La relacin de reciclaje es la fraccin del efluente final producido que es retornado y
supersaturado con aire bajo presin antes de ingresar al tanque en donde se reduce
considerablemente la presin generando burbujas microscpicas.
R=(A/S)QXo/1,2Sa(fP-1)
6.3.4 Factor de carga hidrulica
La razn de carga hidrulica es una medida del volumen de influente aplicado por
unidad de rea superficial efectiva por unidad de tiempo.
6.3.5 Relacin de carga de solidos
Es la relacin entre el contenido total de solidos ms la cantidad total de aceites o
grasas en el efluente y el rea superficial efectiva del tanque de flotacin.
El promedio de diseo es de 4 a 18 Kg/m 2*h.
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6.3.6 Algoritmo de Clculo
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6.3.7 Resultados
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6.4 Adsorcin por Carbn Activo
La aplicacin de carbn activado constituye un tratamiento terciario y tiene por propsito
obtener una calidad de efluente mejor que la conseguida en los tratamientos primarios y
secundarios convencionales. Su aplicacin se realiza en lechos empacados, tipo
columnas, cargados con grnulos del material adsorbente (carbn activado) y se bombea,
a travs del filtro empacado, el efluente a tratar. A medida que el agua fluye a travs de la
columna, los qumicos se adsorben a la superficie porosa de los grnulos. Cuando la
superficie disponible del carbn activado se llena de qumicos, se dice que el carbn est
gastado. Este carbn gastado debe reemplazarse o limpiarse para permitir que el filtro se
reutilice.La limpieza del carbn gastado comprende el calentamiento del carbn y el bombeo de
aire limpio a travs del mismo. El calor suelta los qumicos del carbn, y el aire los
expulsa de la columna.
Su funcionamiento es muy simple, consiste en introducir el agua por la parte superior de
una columna que contiene el carbn activo para que, mediante la accin de la gravedad o
una presin artificial, circule hacia abajo y se recupere a travs de un sistema de drenaje
inferior. Durante este filtrado, el lecho va acumulando sustancias que, cada cierto tiempo
es preciso retirar.
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6.4.1.2 Tiempo de residencia
El tiempo de residencia esta en base a la siguiente ecuacin:
t = (No/(DQOo*v))*H-2,94/(K*DQOo) (h/ciclo)
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