1. Escuela de Petróleo – Módulo O.T.A. (Obtención y Tratamiento de Agua)
CONCEPTOS BÁSICOS DE QUÍMICA
Elementos: Substancias que no pueden ser divididas para dar substancias simples. Son los descriptos
en la tabla periódica.
Compuesto: Sustancia compuesta por 2 o más elementos químicamente combinadas en proporciones
definidas por el peso. La suma de sus cargas debe ser 0.
Peso atómico: El peso atómico es una manera simple de comparar el peso de diferentes elementos con
el del C 12. Estos fueron determinados por la comunidad científica.
Peso molecular: Suma de los pesos atómicos de los elementos presentes en las moléculas.
Valencias: Medida de la cantidad de carga del elemento o ión con la capacidad de combinarse
químicamente.
Iones: Átomos o grupo de átomos que contienen carga eléctrica. Si la carga es positiva se denomina
Catión y si la carga es negativa: Anión.
Pesos equivalentes: Cuando los elementos se combinan lo hacen en forma proporcional de su peso:
Este permite determinar fácilmente la cantidad de reactante y producto en una reacción química. Este se
puede calcular para iones o elementos según la siguiente fórmula:
Peso equivalente: Peso Atómico .
Valencia
Para un compuesto se debe utilizar la siguiente fórmula:
Peso equivalente: Peso Atómico .
Valencia neta positiva
ACIDOS, BASES, SALES Y pH
Ácidos: Sustancia capaz de brindar iones Hidrógeno en una reacción química.
Bases: Son substancias que acepta iones Hidrógeno en una reacción química y se puede definir como
una sustancia que al disociarse en agua cede Hidroxilos. Lo ácidos y las bases se neutralizan
mutuamente dando sal + agua.
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Sales: Las sales son compuestos que contienen un ión positivo (que no es Hidrógeno) y un ión negativo
(que no es un hidroxilo o un ion de óxido). Tienen carga neutra.
pH: El pH es el logaritmo negativo de la concentración de iones Hidrógenos expresados en moles por
litro. Es un número adimensional que va desde 0 a 14. El valor 7 corresponde a un pH neutro, mientras
que a medida que nos acercamos a 0 la solución es más ácida. Medida que el valor es mayor que 7 la
solución es más básica o alcalina. Cabe destacar que se trata de una escala logarítmica y a modo de
ejemplo una solución que tiene pH 6,5,4 tienen 10, 100 y 1000 veces más acidez que una de pH 7.
pH = - log [H+]
Alcalinidad y Acides en función del pH
Naranja
De metilo
Fenolftaleina
H=OH
Neutro
PRINCIPALES CONSTITUYENTES DEL AGUA DE INYECCIÓN
5000500 50 5 5 50 500 5000
mg/lt mg/lt
Alcalinidad
Escape de CO2 Hidróxidos
Libre de minerales Alcalinidad
Alcalinidad
Acidéz Carbonatos
Bicarbonatos
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Los componentes primarios de las aguas producidas dependen del agua específica que se produce, y
los componentes que se muestran en un análisis, a menudo dependen de la razón por la cual se realiza
el análisis del agua. La mayoría de los componentes han sido estudiados en forma extensa e
individualmente en varias oportunidades por muchas razones.
Por ejemplo, la preocupación con aguas de inyección tiende a realzar aquellos cationes que tienden a
formar sales o compuestos insolubles y que llevan a la obstrucción del sistema, mientras que el agua
que se elimina al océano se analiza fundamentalmente para determinar el contenido de aceite y grasa.
Los componentes normales y las propiedades de los mismos que se miden en laboratorio son:
Cationes Aniones Otras Propiedades
++ -
Calcio (Ca ) Cloruro (Cl ) pH
++ =
Magnesio (Mg ) Carbonato (CO3 ) Sólidos en suspensión
(Cantidad, tamaño, forma,
composición)
+ -
Sodio (Na ) Bicarbonato (HCO3 ) Turbidez
++ =
Hierro (Fe ) Sulfato (SO4 ) Temperatura
++
Bario (Ba ) Peso Específico
+++
Estroncio (Sr ) Oxígeno disuelto
+++
Radio (Ra ) H2S
Conteo Bacteriano
Contenido de Petróleo
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Además se acostumbra medir la concentración de los sólidos disueltos totales (TSD), la cual es
simplemente la suma de las concentraciones de todos los iones individuales.
CATIONES
Sodio: Es el catión más abundante y por ende el mayor constituyente de las aguas de los yacimientos
petroleros. Si bien tiene relación directa con la conductividad del agua, generalmente no causa
problemas a excepción de su precipitación como NaCl en aguas de extrema salinidad.
Calcio: Puede llegar a 30.000 mg/lt o más. Los iones de calcio tienen uno de los grados de mayor
importancia en las aguas de recuperación secundaria, debido a que este se combina fácilmente con
diferentes aniones y precipita formando incrustaciones adherentes ( Ej.: Carbonato de calcio, Sulfatos
de calcio; CO3Ca, SO4Ca respectivamente) y sólidos suspendidos.
Magnesio: Usualmente se encuentra presente en una concentración mucho menor que el ión calcio.
Estos tienden a adherirse a a las incrustaciones de carbonato de calcio co-precipitando con el ión calcio.
Es muy común encontrar incrustaciones de carbonato de calcio y magnesio. Forma pares de iones con
los iones sulfatos evitando que (los que están en esta combinación) formen incrustaciones de sulfatos de
calcio, bario o estroncio.
Hierro: El hierro presente en forma natural en los yacimientos es, generalmente, muy bajo, y su
presencia es un indicativo de corrosión. Se puede encontrar en solución, suspendido o en forma de
compuestos como depósito en las instalaciones. La presencia de compuestos precipitados del hierro es
una de las mayores causas de taponamiento de la formación. El hierro también se combina con los
sulfatos y materias orgánicas para formar un lodo de hierro, y es particularmente susceptible de formar
lodos si hay ácidos presentes.
Bario: Es de extrema importancia, ya que tiene la habilidad de combinarse con el ión sulfato formando
sulfato de bario (SO4Ba) que es extremadamente insoluble. Aun en cantidades pequeñas puede generar
serios problemas.
Estroncio y Radio: pueden ser radioactivos y pueden concentrarse en moluscos tales como las ostras.
El estroncio al igual que el bario y el calcio, se puede combinar con el ión sulfato para forma sulfato de
estroncio que es muy insoluble. Si bien es más soluble que el sulfato de bario, es encontrado usualmente
en incrustaciones de sulfato de bario.
ANIONES
Cloruros: Es uno de los mayores constituyentes en aguas de formación e incluso es el mayor en el agua
potable. La mayor fuente es el NaCl y los cloruros son utilizados para determinar la concentración de
NaCl (salinidad) presente en el agua. La deposición de “sal” puede ser un problema pero normalmente
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no genera grandes inconvenientes. El mayor inconveniente que puede presentar es que a medida que
incrementa la cantidad de Cloruros, aumenta la corrosividad del agua.
Sulfatos: Tienen la habilidad de reaccionar con calcio, bario y estroncio para formar incrustaciones
insolubles. Además es el alimento de las Bacterias Sulfato Reductoras (BSR).
Bicarbonatos: Puede reaccionar con iones calcio, magnesio, hierro, bario y estroncio para formar
incrustaciones insolubles.
Carbonatos: Puede reaccionar con los mismos iones que el bicarbonato. Este ion se encuentra a pH
mayor que 8.3 por lo tanto es difícil de encontrar. Es u factor muy importante debido que a medida que
aumenta el pH aumenta la tendencia a incrustar.
OTROS CONSTITUYENTES
pH: Es de gran importancia por varias razones. La solubilidad del CO3Ca se ve afectada directamente
por el pH al igual que la solubilidad de los compuestos de hierro. A mayor pH mayor tendencia a
precipitar.
A medida que el pH baja, aumenta la tendencia a corroer del agua.
CO2 y H2S con gases ácidos, y bajan los valores de pH en el agua.
Los valores de pH varían rápidamente una vez que son retirados de un sistema presurizado (debido a
que se liberan gases disueltos) por lo tanto el pH debe ser medido inmediatamente de haber sacado la
muestra.
BSR: La presencia de bacterias sulfato reductoras es de gran importancia debido a que generan un gas
ácido corrosivo y venenoso (SH2), taponamiento del yacimiento, corrosión localizada. (MIC)
Sólidos Suspendidos: La cantidad de sólidos suspendidos se pueden determinar mediante un ensayo
por filtrado para estimar la tendencia taponante del agua.
Se puede determinar, también, el tamaño de la partícula como así también la composición de estos
sólidos y es de gran importancia ya que no da una idea del origen de estos sólidos (productos de
corrosión, incrustaciones, arena, petróleo etc.)
CANTIDAD: importante en la determinación de la tendencia de un agua a producir obturación de
la formación.
• Se determina por filtrado a través de una membrana de 0,45 µm.
DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO Y FORMA: importantes para definir que tipo de filtros usar.
COMPOSICIÓN: permite determinar la procedencia de los mismos. Es importante para definir la
limpieza en caso de taponamientos.
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Turbidez: El significado es simplemente “agua que no está limpia” y este valor nos da una idea de la
cantidad de sólidos, materia orgánica o burbujas de gas presente en la muestra.
Oxígeno Disuelto: Contribuye en forma significativa a la corrosividad del agua además su presencia
genera la oxidación de hierro disuelto generando óxidos de hierro que precipitan pudiendo generar
taponamientos en la formación. El oxígeno favorece el crecimiento de bacterias aerobias.
Dióxido de Carbono (CO2): Tiene una influencia importante en el pH del agua, la corrosión y la
tendencia incrustante por CO3Ca.
Sulfuros: La presencia de sulfuros incrementa la corrosividad. Estos se encuentran presente en forma
de hidrogeno sulfuros (SH-) y como ácido sulfhídrico (H2S) en el agua y su determinación generalmente
está referida a ambas especies como “sulfuros totales”.Pueden estar presentes en el agua en forma
natural o estar formados por las BSR. Cuando el agua, que históricamente no tenía sulfuros, comienza a
tener valores del mismo, es indicativo de actividad bacteriana. El sulfuro de hierro es altamente
aglutinante y genera serios problemas de taponamiento de la formación.
El siguiente cuadro muestra las reacciones del ataque generado por la acción de los gases disueltos en
el agua de inyección, y sus respectivos subproductos de la corrosión.
agua agua agua
metal
Fe2O3
H2S FeS CO2 Fe2(CO3)3 O2 FeO
Fe(HO)3
Fe Fe Fe
Temperatura:
Cuando sube la temperatura:
Baja la solubilidad de las sales de calcio, baja la solubilidad de los
gases en agua, baja la viscosidad, baja la densidad, aumenta la solubilidad de la mayoría de
los sólidos disueltos, aumenta la conductividad eléctrica.
Petróleo en agua: Generan problemas de taponamiento de la formación, genera pérdida de inyectividad
en forma severa, pudiendo causar “bloques de emulsión” en la formación. Esto sirve como un excelente
“pegamento” para ciertos sólidos como subproductos de la corrosión aumentando el poder taponante.
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Fosfato (PO4-3): Raramente está presente en las aguas naturales, se encuentra en aguas tratadas por
dureza y es una medida de la concentración del producto de tratamiento.
Sulfito (SO3=): No está presente en las aguas naturales se encuentra en aguas con tratamiento para
secuestrar oxígeno (calderas, agua de inyección).
Principales diferencias de constituyentes en distinto tipos de agua
Agua de río Agua de pozo Agua de mar Agua de formación
Especie
pH 7,8 8,2 7,8 5,1
Conductividad (µS/cm) 252 1850 53000,00 227000
(ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
Sodio 21 344 10764 44714
Potasio 3 0 390 0
Calcio 22 85 412 10400
Magnesio 4 13 1295 850
Hierro 0,05 0 0 2
Bario 0 0 0 2580
Estroncio 0 0 8,76 3
Cloruro 20,1 398 19378 91235
Sulfato 42,2 26 2707 0
Carbonato 0 0 0 0
Bicarbonato 29,5 195 150 145
Nitrato 1,8 2 <0.05 0
Borato 0 0 0,43 0
Fosfato <0,2 0 <0.005 0
Sílice 12 16 <0.1
TSD 155,65 1079 35105,19 149929
Fuerza iónica 0,002 0,05 0,7 2a4
El punto más importante en el análisis de agua es el de representatividad de los resultados, para
ello es muy importante tener conocimientos del sistema, de los puntos de muestreos, de la forma
de muestreo, de las variables del sistema, y de la “historia” de los resultados.
TOMA DE MUESTRAS
Para análisis químicos convienen los recipientes plásticos con tapa plástica.
Para análisis de contenido de petróleo en agua DEBEN SER DE VIDRIO.
NUNCA usar recipientes metálicos.
Se debe IDENTIFICAR LA BOTELLA, no la tapa.
Cuando embale las muestras para enviar al laboratorio tenga en cuenta si estarán sometidas a
temperaturas muy bajas o muy altas.
Volumen de muestra
Usualmente 500 ml son suficientes.
Lleve muestra en exceso, nunca la estrictamente necesaria.
Procedimiento general para Tubería, tanque, pozo de agua
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- Conectar una oliva con un trozo de manguera plástica translúcida a la válvula presente sobre la
tubería.
- Abrir la válvula dejando correr el agua durante 1 minuto.
- Observar el color del agua que sale y esperar hasta que el color sea constante.
Muestras para análisis químico de rutina:
- Enjuague la botella tres veces y coloque el extremo de la manguera contra el fondo de la botella.
- Deje que desborde de la botella aproximadamente 10 veces su contenido.
- Retire la manguera con cuidado cuidando de que la botella quede llena hasta el borde, tape
rápidamente y rotule.
Muestras para análisis de petróleo en agua:
- Utilice una botella de vidrio.
- Llene la botella directamente hasta el cuello, tape la misma y rotule.
- La botella NO SE DEBE ENJUAGAR NI HACER REBALSAR.
Comentarios:
Las muestras de puntos donde existe flujo continuo no deben sustituirse por muestras de
tanques u otros sistemas con acumulación.
Los tanques conviene muestrearlos a diferentes niveles.
Tome muestras cuando el sistema opere en forma normal.
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