1. Ing. Nelson Cabrera Maráz, Msc
roneven@cotas.com.bo
UPSA
N@Plus 2016
Tratamiento de crudos
Tratamiento de crudos
(Emulsiones)
(Emulsiones)
Producción de Hidrocarburos II
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Emulsiones
El agua salada se encuentra asociada al petróleo en la
fm. geológica de donde es extraído. El agua producida
varía en la cantidad de sales que contienen en solución,
algunas tienen densidades mayores de 1,20 gr/cm3 y los
iones que usualmente poseen en su composición son:
Na+, Ca++, Mg ++, Cl‐, HCO3
‐, SO4
—
La coproducción de agua y petróleo por algún proceso de
recuperación puede formar mezclas o emulsiones las
cuales son difíciles de separar.
Se necesitan dos requerimientos principales para que las
mezclas de crudo‐agua puedan formarse con algún tipo de
estabilidad:
u Energía para el mezclado
u Agentes emulsificantes o surfactantes para
prevenir la coalescencia de las gotas
dispersadas.
El petróleo tiene agentes emulsionantes naturales como:
Asfáltenos, Resinas, Parafinas, compuestos nafténicos,
porfirinas y sólidos finamente dispersados como
arcillas, sedimentos, incrustaciones, productos de
corrosión, etc.
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CLASIFICACION DE LAS EMULSIONES
Se clasifican en base a:
SEGÚN LA NATURALEZA DE LA FASE EXTERNA
„ EMULSIONES DE AGUA EN PETRÓLEO (W‐O)
„ EMULSIONES DE PETRÓLEO EN AGUA (O‐W)
„ EMULSIONES MÚLTIPLES (O – W‐O)
SEGÚN EL TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DISPERSAS
„ MACROEMULSIONES
0,2 µ< Tamaño de la partícula < 50µ
„ MICROEMULSIONES
0,01µ< Tamaño de la partícula < 0,2 µ
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MATERIALES QUE SE PRESENTAN EN LA NATURALEZA
„ Este tipo de compuesto es obtenido casi sin alteración de
las fuentes naturales.
„ Se denominan agentes emulsionantes auxiliares.
„ Aumentan la viscosidad de formación de nata, son
costosos, sujetos a hidrólisis y sensibles a variación de
PH.
„ Lecitina, lanolina, goma arábiga, goma de guar, derivados
de algas, derivados de celulosa, etc.
SÓLIDOS FINAMENTE DIVIDIDOS
¾ Son estabilizantes efectivos de emulsiones en varias
aplicaciones.
¾ Sales básicas de los metales, negro humo, sílice en polvo
y diferentes arcillas ( bentonita).
¾ Los barros utilizados en las tareas de explotación de
pozos suministran cantidades de estos sólidos a los pozos
petrolíferos.
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TEORÍA BÁSICA DE LA SEPARACIÓN DE EMULSIONES
La separación de las emulsiones W‐O ó O‐
W se debe a fenómenos de:
„ Coalescencia de las gotas en la
interfase
(Coalescencia: proceso a través del cual dos
dominios de fase de composición idéntica
entablan un contacto y forman un dominio de
fase mayor)
„ Sedimentación de las mismas desde la
fase contínua.
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SEDIMENTACION
La sedimentación de las gotas desde la fase
contínua obedece a las leyes de Newton y de
Stokes.
LEY DE NEWTON: está basada en la suposición de
que las partículas son completamente esféricas y
de diámetros uniformes, no siendo el caso de las
gotas de agua en emulsiones W‐O.
LEY DE STOKES: sobre una partícula que se mueve
en el seno de un fluido actúan tres fuerzas:
„ Fuerza Externa (gravedad ó centrífuga) FE
„ Fuerza de Flotación opuesta a la Fuerza Externa
(Arquímedes) FB
„ Fuerza de Arrastre opuesta al movimiento
(Movimiento entre la partícula y fluido) FD
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TRATAMIENTO DE LAS EMULSIONES
Son los procesos para romper emulsiones y separa el petróleo
limpio del agua, la arena, los sólidos y otros sedimentos
producidos con este:
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FUNCIONES QUE DEBEN DESEMPEÑAR LOS PROCESOS DE SEPARACION
„ Desestabilización y rompimiento de las
emulsiones de petróleo tan pronto como
sea posible después de que ha sido
formada y producida
„ Separación del gas presente en la
emulsión producida
„ Promoción de la coalescencia de las
gotas de agua para formar gotas mas
grandes, las cuales precipitaran mas
rápidamente
„ Disminución de la viscosidad de la fase
petróleo para acelerar la separación del
agua desde la fase petróleo
„ Permitir suficiente tiempo para que
ocurra una completa separación del agua
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SEDIMENTACION Y DESHIDRATACIÓN ESTÁTICA
„ Comprende el método de tratamiento gravitacional o de
asentamiento, acompañado en muchos casos de tratamiento
químico y calentamiento.
„ Es conocido como el método de Llenado – Sedimentación –
Drenaje y Bombeo.
„ El petróleo después de que se ha llenado el tanque es
dejado estático para que sedimente el agua contenida en
él.
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SEDIMENTACION Y DESHIDRATACION ESTATICA
„ Es el método más simple y el menos estudiado.
„ Involucra el uso de deflectores arreglados e
instalados dentro de los tanques de tratamiento
tal que permitan la desgasificación del fluido
entrante, control de la dirección del flujo de
fluido, control y límite de las corrientes
térmicas y mejor promoción de la coalescencia de
las gotas de la emulsión.
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TRATAMIENTO ELÉCTRICO
„ Involucra el uso de un Campo Eléctrico ó
Electroestáticos con el propósito de causar que las
pequeñas gotas dispersadas se muevan hacia los
electrodos ,coalescan y caigan por gravedad.
„ El fenómeno es producido debido que las partículas
suspendidas en un medio con una constante
dieléctrica más baja (W‐O) son atraídas entre sí,
cuando se forma un Campo Eléctrico de alto voltaje
en el sistema.
„ Mientras mayor resistividad tenga el oil es mayor el
esfuerzo eléctrico que puede sostener sin romperse y
por lo tanto, las fuerzas que producen la
coalescencia son mayores.
„ El segundo método es someter a la emulsión a un
campo eléctrico alterno, vibrando las gotas a la
frecuencia de la corriente, chocando , coalesciendo
y cayendo
„ La deshidratación eléctrica requiere mayor
Temperatura que los procesos químicos y mayor
presión.
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Lugar de Dosificación
El lugar de dosificación puede ser:
1. En la línea de producción, por medio de
bombas dosificadoras;
2. En el fondo del pozo, agregándolo por el
espacio anular
La proporción usada depende del tipo de
desenmulsionante y de las características
de la emulsión, pero se puede empezar con
una dosificación 20 ppm y variándola en
función de los resultados
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Deshidratación Dinámica con Tanque Cortador-
Sistemas combinados
„ Es un método continuo de tratamiento de petróleo.
„ También conocido como método Térmico químico.
„ Constantemente entra al tanque Cortador el petróleo emulsionado
por el fondo y sale por el tope petróleo limpio con ≤ 1% de agua. El
agua separada se purga por el fondo
VENTAJAS
9 Mejor separación.
9 Menor capacidad de almacenamiento.
9 Menos fuerza hombre y supervisión.
9 Promueve la coalescencia de pequeñas gotas de agua → Mejor
separación y menos consumo de química.
9 Agua drenada menos contaminada con emulsión.
9 Menos equipo asociado para el tratamiento de la emulsión y el
efluente de agua.
9 El petróleo es desgasificado entrando a los tanques de
almacenamiento lo que contribuye a operaciones mas seguras en la
playa de los tanques.
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PRINCIPIOS DEL PROCESO DE TANQUE CORTADOR
„ Diseñados para promover la separación de Agua y Oil.
„ Se diferencian tres zonas:
Oil: petróleo que asciende con ≤ 1% de agua por gravedad.
Interfase: Las gotas de agua una vez que coalescen, sedimentan
desprendiéndose de la fase petróleo que asciende.
Colchón de Agua: Entra la emulsión O -W y es lavada promoviendo
la coalescencia de las gotas, separándose Agua libre.
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CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA
„ La tasa de llenado del tanque (velocidad de ascenso del
fluído) < velocidad de sedimentación, para un cierto
tamaño de gota a fin de reducir el tiempo de
sedimentación.( velc. asc. Oil < 1 mt.lineal/h )
„ Durante el llenado se forma una capa interfacial cuyo
espesor está en función de la tasa de llenado del tanque
(Generalmente de 1 a 3 m.).-
„ La capa interfacial puede separarse completamente
diferenciándose una interfase entre el agua y el oil, la
cual puede ser drenada fuera del tanque con el agua,
produciendo una emulsión severa del fluído drenado.
„ El líquido de entrada al tanque deber ser una emulsión
desestabilizada para evitar re - tratamientos costosos de
la carga recibida.
„ El agua producida es corrosiva, lo que aumentará los
costos de mantenimiento.
„ La capa interfacial se lleva a separador API o se
conserva dentro del tanque para tratarla nuevamente.
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INCONVENIENTES EN LA SEPARACION EN TANQUES
„ Presencia de gas.
„ Altas velocidades del flujo a través de calentadores, líneas de
sistema de playa de tanques y entrada a los tanques.
„ Re – emulsificación debido a las caídas de presión inesperadas en
las instalaciones del proceso.
„ Perturbaciones en el proceso de sedimentación debido a las
corrientes por convección como resultado de los cambios de
Temperatura Ambiente.
„ Diferencia por gravedad causados por cambios de Temperatura del
Fluído de entrada creada po la canalización en los tanques de
lavado.
„ Recirculación de emulsión drenada recuperada desde otras
instalaciones.
„ Flujos mas altos que los que fueron asumidos para el diseño de la
instalación.-
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PRINCIPIOS BASICOS PARA LOGRAR UNA MEJOR EFICIENCIA
EMULSIÓN DESESTABILIZADA W‐O
„ La corriente de entrada debe estar
desestabilizada por lo cual es
conveniente muestrear dicha corriente a
intervalos frecuentes y conseguir esta
situación en el campo.
„ Bombas dosificadoras deben ser
instaladas cerca del tanque de lavado
para inyectar desemulsificante
adicional.
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FACILIDADES PARA DESGASIFICACIÓN
• El flujo de entrada de crudo frecuentemente
está cargado de gas libre debido al bombeo
desde los separadores ( 6 – 0) en las
estaciones de producción. Este gas saldrá
fuera de solución cuando la presión del
sistema cae. Si la corriente de oil es
calentada en el tanque, derivados livianos
son vaporizados y más gas sale de solución.
• De la eficiencia de separación del gas y el
oil depende la quietud del fluido en la
sección de la sedimentación ( No debe haber
escape de gas en esta zona para evitar
turbulencia y movimientos).
• Se adiciona un separador vertical fuera o
dentro del tanque cuya entrada se encuentra
por encima del nivel de líquido en el
tanque.( Fuster = sep. Presión atmosférica )
