gun barrels
DESCRIPTION
Conduccion y Transporte de HCSTRANSCRIPT
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C
DE
NVE
DEA
HIDR
I
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O
-
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Agradecimientos
Paraellogrodeltriunfosiemprehasidoindispensablepasarporlasendadelossacrificios.
SimnBolvar.
Lagratitud,comociertasflores,nosedaenlaalturaymejorreverdeceenlatierrabuenadelos
humildes.
JosMart.
Agradezco
con
toda
mi
alma
a
mi
Dios,
por
haberme
dado
la
dicha
de
llegar
a
esta
etapa
de
mi
vidayportodaslasbendicionesquehaderramadoenmser.
A
mi
seor
padre,
la
persona
que
ms
admiro
y
respeto.
Todo
lo
que
soy
te
lo
debo
a
ti,
siempre
estar
en
deuda
contigo;
tu
orientacin
y
consejos
han
formado
en
m
la
necesidad
de
agradecertetodosycadaunode losmomentosquehaspasadoami lado,graciasportodo.Te
amopap.
A
mi
madre,
por
tu
incesante
labor
en
mi
crecimiento
espiritual,
por
tu
inquebrantable
fe
en
mi
personayporinculcarmetodoslosvaloresquehanhechodemunapersonantegraydigna.Te
agradezcotu incondicionalapoyoenmiformacinprofesionalyentodas lasdecisionesquehe
tomadoenmivida.Mesientoinmensamentefelizdesertuhijoporquecomotnohayotraen
el
mundo.
Te
amo
mam.
Amisabuelospaternos,porserunsmbolodeluchayperseveranciaysuinnegablemuestrade
amorycarioquehandejadounahuellainfinitaenmicorazn.
Amis abuelomaternos,porhaber ser lospilaresdeuna familiaexcepcional,por llenarmede
amorycariotodamivida.
Amishermanasporhaber compartidojuntostodoslosmomentosdenuestrasvidas,porserlas
mujeresquehoyendason.
A
mi
alma
mater
por
haberme
albergado
como
uno
ms
de
sus
hijos
y
tener
el
privilegio
de
ser
pumael restodemivida.Pondr tunombreen lomsalto.Sangreazulyorocorrerpormi
corazn
y
mis
venas.
Amisfamiliares,agradezcoatodosustedesporsertanunidosconmigo,porcompartirtodasmi
etapasdemividacon tantojbiloyalegra.Losquieroa todosyme sientomuyorgullosode
perteneceraunafamiliacomolama.
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A mis amigos Alejandro Vzquez Martnez y Carlos Alberto Pia Njera por ser como mis
hermanosyhaberestadoconmigoen lasbuenasyen lasmalas los llevartodamividaenmis
pensamientosymialma.
Al
Ing.
Octavio
Steffani
Vargas,
por
su
tiempo
y
dedicacin
para
ver
finalizado
este
trabajo
de
tesis.
Pormirazahablarelespritu
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ndice
UNAM 1
FacultaddeIngeniera
CONVERSINDETANQUESDEALMACENAMIENTODEACEITEENTANQUESGUN
BARRELPARADESHIDRATACINYDESALADODECRUDOPESADO
NDICE Pgina
ndiceFiguras...................................................................................................................................... 5
ndiceTablas........................................................................................................................................ 8
Resumen...........................................................................................................10
Captulo
1.
Generalidades.
...........................................................................................................
25
Introduccin.................................................................................................................................... 25
1.1.Principalesdaosocasionadosporelaguaylasal............................................................ 15
1.2.Conceptosbsicosyantecedentes...................................................................................... 17
1.2.1.Definiciones.................................................................................................................. 17
1.2.2.PropiedadesfsicasdelpetrleocrudoenMxico................................................. 18
1.2.3.Clasificacindelpetrleocrudo................................................................................ 21
1.2.4.
Produccin
de
agua
en
los
pozos
petroleros.
..........................................................
22
Captulo2. Teoradelasemulsiones................................................................................. 15
Introduccin......................................................................................................................... 15
2.1. Estabilidaddeunaemulsin........................................................................................ 27
2.2. AgentesEmulsionantes................................................................................................ 29
2.3. Rupturadelaemulsin................................................................................................ 31
2.4.
Desemulsificacin.
........................................................................................................
32
2.5. ProcesosPreviosalTratamientodelasEmulsiones....................................................33
2.5.1.Separacindelagualibre.................................................................................... 33
2.6.Procesodetratamientodelaemulsin........................................................................ 34
2.7.InyeccindeReactivosQumicos.................................................................................. 37
2.7.1. Puntosdeaplicacindelosagentesdesemulsificantes....................................37
2.7.2. Aplicacindelosagentesdesemulsificantes.....................................................38
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UNAM 2
FacultaddeIngeniera
2.8.MtodosdeDesemulsificacin..................................................................................... 39
2.8.1.MtodosTrmicos.............................................................................................. 40
2.8.2.Mtodosmecnicos............................................................................................ 41
2.8.3. Mtodoselctricos............................................................................................. 43
2.8.4.Mtodosqumicos.............................................................................................. 44
2.8.4.1. Seleccindequmicos.................................................................................... 45
2.9. ImportanciadelasPruebasdeBotella................................................................. 48
Captulo3. Antecedentesdelproyectodedeshidratacinydesaladodecrudo
pesado......
53
Introduccin......................................................................................................................... 53
3.1. Localizacin.................................................................................................................. 54
3.2. Antecedentes............................................................................................................... 55
3.3. Desarrolloterico......................................................................................................... 58
3.4. Interpretacindeinformacindecampo.................................................................... 63
3.5. CaractersticasdelAceiteCrudoMaya........................................................................ 66
Captulo4. Descripcindelsistemadedeshidratacinydesalado..................................68
Introduccin......................................................................................................................... 68
4.1. Deshidratacindecrudo.............................................................................................. 69
4.1.1Tanquesdeshidratadores(GunBarrel)................................................................. 73
4.1.2TanquedeshidratadordeCrudoMaya TV5007..................................................64
4.1.2.1. Anlisisdelasperforacionesenlassalidasdelramaldeldistribuidor
parael
tanque
con
capacidad
de
500
MB.
............................................
77
4.1.2.2 Dimensionesgeomtricasdeldistribuidordentrodeltanquecon
capacidadde500MB...................................................................................... 79
4.2. Precalentamientoycalentamientodecrudo............................................................... 80
4.3Desaladodecrudo.......................................................................................................... 82
4.3.1. TanquedeDesaladodeCrudoMaya TV5005..................................................84
4.4. ManejodeAguaparaDesalado................................................................................... 86
-
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UNAM 3
FacultaddeIngeniera
4.5. Balancedemateria....................................................................................................... 88
4.6. Operacionesanormales................................................................................................ 88
4.6.1.Operacinacapacidadmnima.......................................................................... 89
4.6.2. Operacinsinalgnbancodeprecalentadores(economizadores)..................89
4.6.3. Crudofueradeespecificacinporaltocontenidodesal..................................90
4.7. Controlanaltico........................................................................................................... 90
4.7.1.Pruebasanalticasdecontrolenlaboratorio.....................................................90
Captulo5. SistemaDe AceiteDeCalentamientoYRecuperacinDeCalor...................92
Introduccin......................................................................................................................... 92
5.1. Descripcindelequipodelsistemadeaceitedecalentamientoyrecuperacinde
calor...................................................................................................................................... 93
5.2. Sistemadecalentamientodecrudomaya................................................................. 100
5.2.1.EconomizadoresdeCrudo............................................................................... 100
5.3. Flujodecrudodesaladoycaliente............................................................................. 102
5.3.1.CalentadoresdecrudoT1................................................................................ 103
5.4.Tanque
de
expansin
del
aceite
de
calentamiento.
...................................................
104
5.5Tanquedealmacenamientodeaceitedecalentamiento...........................................106
5.6. Operacionesespeciales.............................................................................................. 106
5.6.1Recuperadordecalorenestadodeespera(relevo).........................................106
5.6.2.Operacindelcircuitodeaceiteconbajaonulacargatrmicademandada..107
5.7.Operacinnormal....................................................................................................... 108
5.7.1.Paronormal....................................................................................................... 110
5.7.2.Paro
por
servicios.
.............................................................................................
110
5.7.3.Parodeemergencia.......................................................................................... 110
Captulo6. ManejodeAguaenelsistemadedeshidrataciny
DesaladodeCrudoMaya.112
Introduccin112
6.1. CasodeOperacinDiseo112
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UNAM 4
FacultaddeIngeniera
6.2. CasodeOperacinNormal.115
6.3. EliminacindeslidosdelfondodelostanquesTV5007yTV5005..118
Captulo7. Conclusionesyrecomendaciones.
7.1. Conclusiones.120
7.2. Recomendaciones.123
Bibliografa124
Abreviaturas.125
Nomenclatura.128
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ndiceFiguras
UNAM 5
FacultaddeIngeniera.
INDICE
FIGURAS
Pgina
Captulo2
Fig.2.1.Emulsinaguaaceiteampliada800veces. 26
Fig.2.2.Estabilizacindeunagotadeaguaporagentes
poragentesemulsionantespresentesenelpetrleocrudo. 30
Fig.2.3. Representacindelfenmenodecoalescencia. 33
Fig.2.4.PrdidasdegravedadAPIenfuncindelareduccindel
Volumenoriginal,paraaceitescrudosdediferentegravedadAPI. 36
Fig.2.5. Bombade dosificacindereactivos. 47
Fig.2.6. Pruebadebotella.
51
Captulo
3
Fig.3.1.Esquemademanejodelcrudopesadoenloscomplejos
deproduccin. 53
Fig.3.2.readeProcesoTerminalMartimaDosBocas. 55
Fig.3.3.ProduccindecrudoenCantarell. 56
Fig.3.4.Porcentajedeaguaenelcrudomayarecibido. 56
Fig.3.5.Contenidodesal(LMB)enelCrudoMayarecibido. 57
Fig.3.6.Calidaddelcrudomayaentregado. 57
Fig.3.7.PenalizacionesdeCrudoMaya. 58
Fig.3.8.
Volmenes
estimados
para
el
manejo
de
crudo
Maya,
en
24
hrs.
61
Fig.3.9.GrficadelaVelocidaddeAsentamientovsDimetrodegotadeagua. 62
Fig.3.10.GrficaTiempodeseparacinvsDimetrodegota. 62
Fig.3.11.GrficadeCapacidaddeTratamientovsDimetrodegota. 63
Fig.3.12.Dosificacincorrectadereactivoqumico. 64
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ndiceFiguras
UNAM 6
FacultaddeIngeniera.
Captulo
4
Fig.4.1. Esquemadelprocesodedeshidratacinydesaladodecrudo. 68
Fig.4.2.DiagramadelprocesodedeshidratacinyDesaladoenlaTMDB. 70
Fig.4.3.CalidaddelcrudoalasalidadeTV5007. 72
Fig.4.4.TanquedealmacenamientoconvertidoaGunBarrel. 74
Fig.4.5.RepresentacindeldistribuidordecrudodentrodeltanqueTV5007. 75
Fig.4.6.Elevacindelcolchndeagua,distribucindeFases,agua,crudo
pesadoa30C,dentrodeltanquedeshidratador. 76
Fig.4.7.Posicionesdelassalidasdeldistribuidor3,5,7y9hrs.(horasdelreloj). 77
Fig.4.8.Distribucindelasfasesdentrodelramal. 78
Fig.4.9.Vistaenelevacindeldistribuidorydimensionesgeomtricas. 79
Fig.4.10.Vistaenplantadetanquedeshidratador de500MBconcrudopesado
ysalidasdecrudo. 80
Fig.4.11.SimulacindelSistemadeRecuperacindeCalor. 81
Fig.4.12.Tanquebifsicoelevado. 83
Captulo5.Fig.5.1.Diagramadeflujodelsistemadeaceitedecalentamiento
yrecuperacindecalor. 92
Fig.5.2.Bombadeaceitedecalentamiento. 94
Fig.5.3.Recuperador
de
calor
B.
97
Fig.5.4. Dmperdederivacindelosgasesdeescapedelturbogenerador. 98
Fig.5.5.SistemadeCalentamientodeCrudoMaya. 102
Fig.5.6.EconomizadorCrudoCrudo. 104
Fig.5.7.Tanquedeexpansintrmica. 105
-
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ndiceFiguras
UNAM 7
FacultaddeIngeniera.
Captulo
6.
Fig.1.38DiagramadelCasodeOperacinDiseo. 113
Fig.1.39. DiagramadelCasodeOperacinNormal. 117
-
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ndiceTablas
UNAM 8
FacultaddeIngeniera.
NDICETABLAS Pgina
CAPTULO
1.
Tabla1.1Clasificacindelcrudodeacuerdoasusfraccionesobtenidas. 28
Tabla1.2EfectodelpHsobrelostiposdeemulsinysuestabilidad.
18
CAPTULO
3.
Tabla3.1.TiempodereposoentanquesGunBarrelparadiferentescrudos. 59
Tabla3.2.Valoresdeterminadosparavariablesenelrangode30Ca60C. 60
Tabla3.3. Valoresobtenidosenelrangode30a60C.
61
Tabla.3.4.ResultadosdeSeparacindeLaboratorio.
65
Tabla3.5. CondicionesdecompraventadelcrudopesadodellegadaenL1yL2. 66
Tabla3.6.Caractersticasdelcrudopesadomaya.
67
CAPTULO
4.
Tabla4.1.Velocidaddelamezcladecrudoeneldistribuidor.78
Tabla4.2. Longituddelosramalesdeldistribuidor.
79
-
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ndiceTablas
UNAM 9
FacultaddeIngeniera.
Tabla4.3.BalancedeMateriadelsistemadedeshidratacinydesalado. 88
Tabla4.4.
Pruebas
analticas
de
control
en
laboratorio.
91
CAPTULO5.
Tabla5.1.Balancedemateriayenerga.
93
Tabla5.2.Tren1 100
Tabla5.3. Tren2 100
Tabla5.4. CondicionesdeOperacinEconomizador 103
Tabla5.5.CondicionesdeoperacindelCalentadordecrudo.
95
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Resumen
UNAM 10
FacultaddeIngeniera.
Resumen.
Enel
captulo
1se
desarrolla
de
manera
general
el
contenido
del
trabajo.
Se
enuncian
los
daosqueocasionaalsertransportadaelaguaylasalalosequiposdeproceso,ascomo
alaslneasdetransporte.Losconceptosbsicosyantecedentesparaelentendimientode
lainformacin,laspropiedadesfsicasdelpetrleoenMxicoysuclasificacindeacuerdo
a losdestiladosquegeneran.Se sealan losprincipalesproblemasde laproduccinde
aguaenlospozospetroleros.
Elcaptulo2tratadelasemulsiones,comoseforman,lostiposdeemulsinqueexisten,
losfactoresqueinfluyenenlaestabilidaddelaemulsin,losagentesemulsionantesms
comunes,losfenmenosdefloculacinycoalescenciaimprescindiblesenelrompimiento
de las emulsiones, la inyeccin de reactivos qumicos a la emulsin para debilitarla y
separarelaguadelcrudo,losmtodosdedesemulsificacinmsusadosenlaactualidady
laimportanciadelaspruebasdebotella.
Enelcaptulo3seexplicaelporqude laimplantacindelproyectodedeshidrataciny
desalado,los
antecedentes
de
calidad
del
crudo
en
la
entrega
yla
necesidad
de
mejorar
debidoa laspenalizacionespornocumplir lascondicionescontractuales.Sedescribeel
desarrollo terico y las variables que ms impactan en la deshidratacin, as como las
caractersticasdelacorrientedecrudopesadoquellegaalaTerminalMartima.
Enelcaptulo4sedescribeelprocesodedeshidratacinydesalado.Lasoperacionesque
serealizanenconjuntoparaobtenercrudoconespecificacionesdecalidad.Sedetalla la
ingenieradelostanquesgunbarrel.Seintroducealossistemasdeprecalentamientoy
calentamientodecrudoloscualesaumentarn latemperaturadelcrudo,ocasionando la
disminucin de la viscosidad de la corriente, disminuyendo el tiempo de residencia y
facilitandoeldesaladoenelsistema.
El captulo 5 habla sobre el sistema de calentamiento y recuperacin de calor, el cual
aprovecha losgasesgeneradospor losturbogeneradorespara lageneracindeenerga
elctrica en la TMDB, estos gases calentarn un aceite trmico (Dowtherm T) que se
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Resumen
UNAM 11
FacultaddeIngeniera.
pondr en contacto en contra corriente con el flujo de crudo en los trenes de
intercambiadoresdecalor,dndoseporconveccintrmicalatransferenciadeenergaa
lacorrienteyelevandosutemperaturaa60C,temperaturaptimaparaladesalacindel
crudo.Sedescribelafuncindeloseconomizadores,loscualesfuncionansimilarmentea
losintercambiadores,aexcepcinqueenelequiposolofluye crudo;estoes,elcrudode
salida del tanque desalador (TV5005) a una temperatura de 60 C se enva a los
economizadores para precalentar la mezcla de crudo a 39 C que ser enviada a los
intercambiadoresdecalor.Sedescribenlosequiposinmersosenlaoperacindelsistema
ylaslneasquesedistribuyenentodoelproceso.
Elcaptulo6hacereferenciaalmanejodelaguadelsistemadedeshidratacinydesalado,
a laconfiguracinde las lneasde inyeccindeagua,aldestinodelaguacongnitaque
resultadeladeshidratacinydesalado,ascomolosdiferentescasosde operacinquese
presentandeacuerdoalcontenidodeaguaen lacarga.Laoptimizacindelconsumode
aguafresca.
Captulo7;conclusionesyrecomendaciones.
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Captulo 1. Generalidades.
UNAM 12
FacultaddeIngeniera.
Capitulo1.Generalidades.
Introduccin.
Lapresentetesisseorientaadescribirlaimplantacindelproyectoquesellevaacaboen
la Terminal Martima Dos Bocas, el cual consiste en la transformacin de 2 tanques de
almacenamiento de aceite de 500 MB de capacidad cada uno, en tanques Gun Barrel
(tanques deshidratadores) para deshidratar y desalar el aceite crudo proveniente de los
complejosdeproduccincostaafuera.Estostanquesseencuentranconectadosenserie;
esto es, el primero funcionar como tanque deshidratador, siendo este de vital
importancia
en
el
sistema
ya
que
en
l
se
eliminar
la
mayor
cantidad
de
agua
y
sal
presentesenelcrudo.Lacorrientedecrudodeshidratadoseleinyectaraguacalientey
agentes desemulsificantes antes de entrar al tanque desalador lo que aumentar la
temperaturadelacorrientedecrudollevandoconsigoladisminucindelaviscosidadde
lamezcla,mejorandoelfenmenodecoalescenciayrupturadelaemulsinenelinterior
deltanque.
Se
explicar
la
tecnologa
de
aceite
trmico
y
recuperacin
de
calor,
que
por
medio
de
transferencia de carga trmica de los gases de combustin que emanan los
turbogeneradores que generan la energa elctrica en la Terminal calentarn el aceite
trmicoatalgradoquealponerseencontactoatravsdelostrenesdeintercambiadores
decalorcedernlaenergadelaceitetrmicoporconveccinalcrudoaumentandoasla
temperaturadelmismo.
Sedescribirelmanejodelaguaresultantede ladeshidratacinydesaladodelcrudo lo
cualsellevaacaboenlaplantadetratamientoaefluentes,lossistemasderecirculacin
deaguadelavadoylainyeccindeaguafrescaalostanquesdeshidratadorydesalador.
Unavezterminadoelproyectosepodrnprocesar hasta600MBPDdeCrudoMayaalas
especificacionesdecalidadcontractualesenelcrudotratado(mximo0.5%vol.Deagua
ysedimentosbsicosy 50LMBdesal).
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Captulo 1. Generalidades.
UNAM 13
FacultaddeIngeniera.
Esteproyectopermitirllevaracabolosiguiente:
Cumplir
con
los
parmetros
contractuales
de
calidad
del
Crudo
Maya
y
con
esto
eliminarelpagodepenalizacionesporincumplimiento.
Mnimo costo de procesamiento: consumo de qumicos, combustibles y
electricidad.
Mantener la plataforma de produccin del Activo Integral Cantarell al evitar el
cierre de pozos productores que presenten canalizacin de agua con alto
contenidodesal.
Reducir
los
costos
de
mantenimiento
y
evitar
daos
a
la
infraestructura
de
distribucin, transporte y proceso, al manejar crudo tratado dentro de
especificaciones.
MayorcapacidaddealmacenamientoenlaTerminalderivadodelflujocontinuode
procesamientoporelsistemaGunBarrel.
Manejo ptimo de las instalaciones de tratamiento: minimizando slidos en el
fondo de tanques, ptimo manejo de agua de lavado y control en el proceso de
deshidratacinydesalado.
La produccin de los pozos petroleros est formada por hidrocarburos lquidos (aceite
crudo), hidrocarburos gaseosos (gas natural) y agua salada en diferentes proporciones,
estaaguapuedeestarenformalibreoemulsionadaaconsecuenciadelmismoprocesode
explotacin.Siendoelaguayelaceitefluidosnomiscibles,cuandoseponenencontacto
bajocondicionesdeturbulenciaseformandispersionesestablesemulsionesdeambos
fluidos.
Delos
fluidos
provenientes
del
yacimiento,
el
agua
fluye
con
el
aceite
en
forma
de
baches,
ocomopequeasgotasdispersasenformaestableen elaceite.Enelprimercasosetrata
de una mezcla simple de agua y aceite; en el segundo caso de una emulsin. En la
actualidaddosterceraspartesdelaproduccinmundialdecrudoseobtieneenformade
emulsinquenecesariamentedebesertratada.
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Captulo 1. Generalidades.
UNAM 14
FacultaddeIngeniera.
Tan pronto como llega a la superficie, el agua libre se elimina por sedimentacin. Sin
embargo, la reduccin de agua emulsionada no es directa debido a la estabilidad que
presentan las gotas de agua en el crudo, por lo tanto se requiere de inyeccin de
qumicosparalaseparacindeambasfases.
El agua emulsionada le proporciona al petrleo crudo un volumen adicional al ser
transportadoascomopropiedadescorrosivas,locualsevereflejadoenlareduccindela
vida til de los equipos de proceso. Debido a esto es necesario aplicar un proceso de
deshidratacinydesaladoalamezcladehidrocarburos.
Losproblemas
de
desemulsificacin
de
crudos
son
cada
vez
ms
difciles
de
resolver,
ya
que el aceite producido bajo los modernos mtodos de estimulacin de pozos y
recuperacin de aceite, incrementa la estabilidad de las emulsiones. Los mtodos de
tratamientodelasemulsioneshanevolucionadonotablemente,desdeelsimplereposoen
vasijasconvencionaleshastalaaplicacindeelevadosvoltajeselctricos,pasandoporlos
diferentesmtodosmecnicos,trmicosyqumicos.
Generalmente,
el
tratamiento
de
las
emulsiones
se
efecta
combinando
los
efectos
gravitacionales, mecnicos, trmicos, qumicos y elctricos. Aunque el conocimiento
acercadelanaturalezadelasemulsionesaguaaceitehansidodegranimportanciaenel
establecimientodelatecnologabsicaparasutratamiento.
Elaguacontenidaenelpetrleosedenominaaguacongnita,engeneral,del60a70%
de las sales disueltas estn constituidas por Cloruro de Sodio. El contenido de sal en
cualquier volumen de una muestra de petrleo est en funcin del contenido de agua
saladaremanenteenelpetrleoydelasalinidaddelagua.
Paraseparar loscomponentesde lamezcla,esnecesariodisminuir latensinsuperficial
de la emulsin, lo cual se realiza mediante dos etapas sucesivas: floculacin o choque
entrelasgotasdeaguadispersasylacoalescenciaocrecimientodegotadeaguahastaun
tamaoquehace inestable laemulsinpor loqueelaguaseseparaporungradientede
densidades.
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Captulo 1. Generalidades.
UNAM 15
FacultaddeIngeniera.
Lafloculacinesunaetapareversibledecolisinentregotas.Lavelocidaddefloculacin
esmayorcuando:
Mayoreselcontenidodeaguadelaemulsin.
Latemperaturadelaemulsinesalta.
Laviscosidaddelafasecontinuaesbaja.
Loschoquesentregotasdeaguasegeneranpormediodecamposelctricos.
Lacoalescenciaesunaetapairreversibledecrecimientodegota,esmayorcuando:
Lavelocidad
de
floculacin
es
alta.
Lapelculainterfacialesdbilopocoestable.
Se inactiva trmicamente la pelcula interfacial por disolucin de parafinas y/o
asfltenos.
Cuando la emulsin no se rompe, se produce un fenmeno llamado cremado de la
emulsin, el cual crece en la interfase de lagota de agua.Estas interface o cremado se
conocecomocolchndeemulsin.
Las causas ms frecuentes de la existencia de colchones de emulsin en equipos de
procesodedeshidratacinydesaladoson:
Elqumiconorompeadecuadamentelaemulsin.
Latemperaturadeltratamientoesdemasiadobaja.
Otros qumicos en el crudo estn contrarrestando el efecto del qumico
desemulsificante.
1.1.Principalesdaosocasionadosporelaguaylasal.
Corrosin.
Elcidoclorhdricoesunasustanciamuycorrosiva.Mientrasmsseacerque eldesalado
deloscrudosal100%sermenorlaproliferacinenladestilacin.Losclorurosdefierro
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aromados producen corrosin adicional, cuando algunos cidos orgnicos y el cido
sulfhdrico(H2S)estnpresentesenelaceite.Losclorurosdefierroreaccionanconel(H2S)
produciendo HCl; de donde se concluye que estos cloruros, al tener una doble accin,
debenreducirseasumnimaconcentracinposible.
Abrasin.
Mientras mayor cantidad de slidos sean separados del aceite, menor ser la accin
erosiva en los puntos de mxima velocidad y turbulencia, tales como tuberas de
alimentacin de crudo, accesoria con desviacin de flujo (vlvulas, codos, etc.),
intercambiadoresde
calor
ybombas.
Taponamiento.
Cuandoseefectaunaeficientelimpiezadelcrudo,sedepositanmenorescantidadesde
sales y otros slidos, as como hidrocarburos pesados (parafinas y asfltenos) en los
cambiadores de calor y los equipos de destilacin. En ocasiones la acumulacin de
parafinaobstruyetotalmenteelreadeflujo.
Con ladepositacindeslidos,tanto laeficienciaen latransmisindecalorcomo,en la
capacidad de fraccionado del crudo disminuyen, al grado de requerirse frecuentes
limpiezas del equipo, aumentando con ellos los costos de tratamiento, operacin y
mantenimiento.
La complejidad en el tratamiento de las emulsiones aumenta da con da debido al
creciente empleo de mtodos de recuperacin secundaria, que ocasionan cambios
notablesen
las
caractersticas
de
las
emulsiones
por
el
efecto
de
los
productos
qumicos
utilizados,ascomolosproblemasderivadosdelainyeccindeaguaparadesplazamiento
delcrudo.
Cuando el aceite se exporta, el precio del crudo se ve afectado segn el volumen de
impurezaspresentesenl,talescomoagua,salesyotrosresiduos.
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1.2.Conceptosbsicosyantecedentes.
1.2.1.
Definiciones.
Petrleocrudo.
Elestadonaturalenqueseencuentraelaceiteextradodelyacimientoatravsdelpozo
esllamapetrleocrudo.Elpetrleocrudoproducidoseconsiderapesadooligero.
El petrleo crudo es una mezcla compleja de qumicos orgnicos, hidrocarburos en su
mayora. Ms de 500 compuestos han sido encontrados en el petrleo crudo. En
promedio,el
petrleo
crudo
est
compuesto,
en
su
mayora,
por
los
siguientes
elementos:
Carbono85 90%
Hidrgeno10 15%
Oxgeno0 1.5%
Sulfuro0.1 3.0%
Nitrgeno0.10.5%
Extrapesado.
PetrleocrudocondensidadAPI menora13,condensidadmayora1gr/cm3.
Pesado.
PetrleocrudocondensidadAPIigualoinferiora27.Lamayorpartedelaproduccinde
estetipodecrudoprovienedeyacimientosdelasondadeCampeche.
Ligero.
PetrleocrudocondensidadAPIentre27y39.Estetipodepetrleocrudoseproduce
tantoenlasondadeCampechecomoenotrosyacimientosenexplotacinenelpas.
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Sperligero.
Petrleocrudo
con
densidad
API
mayor
a39
y0.8%
de
azufre
en
peso.
Para el mercado de exportacin se tienen tres variedades de petrleo crudo con las
siguientescalidades:
Istmo.
Petrleocrudoligerocondensidad de33.6APIy1.3%deazufreenpeso.
Maya.
Petrleocrudopesadocondensidadde22APIy3.3%deazufreenpeso.
Olmeca.
Petrleocrudomuyligerocondensidadde39.3APIy0.8%deazufreenpeso.
Altamira.
Petrleocrudocondensidadentre15y16.5APIyconuncontenidodeazufrequeva
desde5.5hasta6%.
1.2.2.PropiedadesfsicasdelpetrleocrudoenMxico
Color.
En los hidrocarburos lquidosencuanto mayoreselpesomolecular,elpetrleoes ms
oscuro.Loscoloresquepresentavarandeamarilloapardorojizoydepardoacastao
oscuro.
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Olor.
Depende
de
los
componentes
qumicos
que
predominan
en
el
petrleo
crudo,
por
ejemplo:
Oloragasolina,indicaabundanciadecomponentesligeros.
Oloragradable,sealamayorcantidaddearomticos.
Olorfuerteaazufre,indicacontenidodeazufre.
GradosAPI.
LagravedadAPI,desussiglasen inglsAmericanPetroleum Institute,esunamedidade
densidadquedescribequetanpesadoolivianoeselpetrleocomparndoloconelagua.
Si losgradosAPIsonmayoresa10,esmslivianoqueelagua,yporlotantoflotaraen
esta.LagravedadAPIestambinusadaparacomparardensidadesdefraccionesextradas
depetrleo.Porejemplo,siuna fraccinde petrleo flotaenotra,significaqueesms
liviana, y por lo tanto su gravedad API es mayor. Matemticamente la gravedad API no
tieneunidades;
sin
embargo
al
nmero
siempre
se
le
coloca
la
denominacin
grado
API.
LagravedadAPIesmedidaconuninstrumentodenominadohidrmetro.
Laecuacin1.1seempleaparaobtenerlagravedadAPI:
1.1
Laecuacin1.2esusadaparaobtener lagravedadespecficadel lquidoderivadade los
gradosAPI:
.1.2
60F(15.6C)esusadocomoelvalorestndarparalamedicinyreportesdemediciones.
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Porlotanto,uncrudopesadoconunagravedadespecficade1(densidaddelaguapuraa
60F)tendrlasiguientegravedadAPI:
API................................................1.3
Viscosidad.
Unapropiedaddemuyimportante,yaquedeelladependerlafluidezdelpetrleoenlos
sistemasdeproduccin.Uncrudoviscosoesmsdifcildemoveratravsde losductos
queunoconbajaviscosidadpuesesterequieremenosenergaparatransportarlodeun
punto
a
otro.
La
viscosidad
se
ve
afectada
por
la
temperatura,
ya
que
a
bajas
temperaturaselcrudopuedenodesplazarseysernecesarioaadircaloralsistemapara
quepuedafluir.
Laviscosidadeslapropiedadquecontrolalacapacidaddeunfluidoparafluir(escurrir).A
mayorviscosidad,menorfluidez.Laviscosidaddeloshidrocarburosvaradeacuerdoasu
densidad. La viscosidad se mide en poises, siendo la unidad de viscosidad, la de una
sustancia
contenida
en
un
recipiente
con
seccin
de
1
cm
2
,
que
sometida
a
1
dina,
se
mueve hacia adelante a una velocidad de 1 cm/s. Como se notar, un poise es una
cantidad grande para medir la capacidad de los fluidos a fluir, por esta razn, en la
industriapetroleraseadoptcomomedidaelcentipoise(cp).Laviscosidaddependede:
Lacomposicin;losaceitesmspesadospresentanmayorviscosidad.
Latemperatura,amayortemperaturamenorviscosidad.
El contenido de gas disuelto; el gas incrementa el volumen y por lo tanto
disminuyeladensidad,porconsiguientelaviscosidadtambindisminuye.
Puntodeescurrimiento.
Es la temperatura a la cual comienza a fluir el petrleo. Es importante saber a qu
temperaturaseempezaramoverelcrudo,dadoquelossistemasdeproduccinpueden
tener variaciones de temperatura y si se presentan temperaturas bajas el petrleo no
podrfluir confacilidad.
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Puntodeinflamacin.
Es
la
temperatura
mnima
necesaria
para
que
el
petrleo
desprenda
vapores
inflamables,
que, mezclados con el aire, se inflamen en presencia de una fuente gnea a la cual se
enciendenlosvaporesdelpetrleo.Estepuntoesimportanteparaestablecerlasmedidas
deseguridadenelmanejodehidrocarburos.
Valorcalorfico.
Eslapropiedadmsimportantedesdeelpuntodevistadevaloracindelacalidaddelos
hidrocarburos;
se
mide
en
caloras
o
BTU
(British
Thermal
Unit)
por
volumen
de
aceite.
Hayquerecordarque1calora,sistemamtrico,eslacantidaddecalorquenecesita1gr
m de agua para aumentar 1 C de temperatura. Un BTU es la cantidad de calor que
requiere1lbmdeaguaparaaumentar1Fsutemperatura.
1.2.3.Clasificacindelpetrleocrudo.
Conformealas
diferentes
aplicaciones
ytipos
de
actividades
en
donde
son
procesados
los
petrleos crudos existen diversas clasificaciones. En la refinacin de los productos, la
clasificacinsebasaenlosporcentajesdelasfraccionesobtenidasenladestilacin,Tabla
1.1.
Desdeelpuntodevistaqumico,existeunaclasificacinde lospetrleoscrudos,quese
basa en la proporcin relativa de 3 componentes principales: parafinas, naftenos y
aromticos (clasificacin segn Tissot y Welte, 1978), los cuales constituyen en forma
generallossiguientescompuestos:
Parafnicos:Aceitesligeros,generalmentelquidosconexcepcindealgunasceras
con altos nmeros de carbono; su viscosidad es baja y el porcentaje de azufre
tambinesbajo.Pordestilacinproducenabundanteparafinaypocoasfalto.Son
losqueproporcionanmayoresporcentajesdenaftayaceitelubricante.
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ParafnicoNaftnico:Sonaceitescuyadensidadyviscosidadsonunpocomayora
la del grupo anterior. El porcentaje de resinas y asfltenos va del 5 al 15 % y el
contenidodeaceiteesbajo;porejemplo,algunosaceitesdeEcuador.
Naftnicos: Petrleos crudos poco comunes, se cree que derivan de aceites
primariosbiodegradables;porejemplo,losaceitesdelGolfodeMxico.
Aromticos:Constituyen laclasemsabundantedepetrleoscrudos.Losaceites
son pesados y el contenido de azufre es mayor al1%. El porcentaje de resinas y
asfltenos vara del 10 al 30% por ejemplo: Medio Oriente, Cuenca Prmica de
E.U.,VenezuelayCanad.
AromticosNaftnicos y asflticos. Aceites pesados y con alta viscosidad,
generalmentesetratadeaceitesbiodegradados.
Tabla1.1.Clasificacindelcrudodeacuerdoasusfraccionesobtenidas.
No.deCarbonos Nombre PuntodeEbullicin
C5aC10 Gasolinas 15a200C
C11aC12 Queroseno 200a260C
C13
aC20 Gasleo
260
a
332
C
C20aC40 Aceitelubricante 332a421C
MayoraC40
1.2.4.Produccindeaguaenlospozospetroleros.
Laproduccindeaguaesindeseabledebidoaqueocasionaproblemaseneltransporte,la
produccin,
en
los
procesos
para
acondicionamiento
del
crudo,
en
la
capacidad
de
carga
delasbombasyenlarefinacin
Lasposiblescausasde laproduccindeaguasonvariasypuedenserdedistintoorigen,
comosemuestraacontinuacin:
Causas naturales inherentes al yacimiento son: alta saturacin inicial de agua,
mojabilidaddelaroca,altapermeabilidadefectivaalagua.
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Causasinherentesalpozoson:laterminacin,ladistanciaalcontactoagua/aceite,
lageometradelpozo.
Causasdebidasalaproduccinson:altosgastosdeproduccin(conificacin),mal
manejodelcontroldelaproduccin.
Causas generadas: falta de anlisis de informacin, reparaciones menores,
reparacionesmayores,estimulaciones,recuperacinsecundariaymejorada.
La irrupcinprematuradelaguavistacomounproblema,sepresentageneralmentepor
falta de anlisis o atencin a los datos que incluyen: los reportes de perforacin, los
ncleos
obtenidos,
o
por
falta
de
la
misma
informacin.
Algo
que
puede
inducir
la
produccin indeseada de agua, es el fracturamiento hidrulico o los tratamientos
matricialesconcidoen lasbarrerasnaturalesdebajapermeabilidad,queenocasiones
sondaadasporlaterminacindelpozo.
La produccin excesiva de agua, puede ser tambin ocasionada por el agotamiento
naturaldeunyacimiento,dadoelavancedelcontactoaguaaceiteconeltiempo,dondeel
manejocorrectodelavancedelagua(naturaloartificial)puedeimplicarunarrastremayor
de aceite cuando se tienen comunicaciones de alta eficiencia de barrido. Las mejores
prcticasdeterminacin,reparacinymantenimientodepozos,puedenretrasar,perono
detener la produccin excesiva de agua. En muchos de los casos donde los ritmos de
explotacinogastosdeproduccinsonlacausadelaaportacinexcesivadeagua,estos
debern ser evitados o disminuidos a valores por debajo de los considerados como
crticos.
Elentendimiento
del
comportamiento
del
yacimiento,
proporciona
bases
para
determinar
silaproduccindeaguapodrsermanejableoparadeterminarsilaproduccincontinua
deaguaserexcesivayportantounproblemaenunfuturoinmediato.
Para reducir el corte de agua e incrementar la vida til del pozo, se utilizan diversas
tcnicas.Laclaveparaencontrarunasolucinsatisfactoriaconsisteendefinirelorigendel
agua y evaluar su contribucin en la produccin de crudo. El agua producida se puede
considerar benfica o perjudicial. El agua benfica barre un volumen de petrleo y
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arrastra con ella una cantidad substancial de crudo. Por el contrario, el agua perjudicial
inhibe la produccin de petrleo, si bien por lo general, se le puede reducir si se logra
identificarla.
Elaguaenlospozospetroleros,tienesuorigendesdeeliniciodelaformacindelaceite,
sta se encuentra entrampada con el aceite y gas en el volumen poroso de las
formaciones.Sisetratadeunasaturacindeaguacongnita,elaguallenlosporosenel
momentoenqueseformlaroca.Despusdeuntiempodeexplotacindelyacimiento,
elaguasepresentarinicialmentecomotrazasqueseirnincrementandogradualmente,
hastatener
produccin
de
agua
que
se
considerar
como
indeseable
yque
comenzar
a
provocarproblemas,loscualesreducirnlaproduccin.
Elaguaafectatodaslasetapasdelavidaproductivadelcampopetrolero,desdeelinicio
desuexplotacin,hastaelabandonodelcampo,pasandoporeldesarrolloylaproduccin
delmismo.Cuandoseextraeaceitedeunyacimientoelaguaprovenientedeunacufero
subyacenteodepozosinyectoressemezclaryserproducidajuntoconelaceite.
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Captulo 2. Teora De Las Emulsiones.
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Captulo2.TeoraDeLasEmulsiones.
Introduccin.
Las emulsiones son mezclas de dos lquidos inmiscibles (aceite y agua); en el caso del
petrleo crudo, stas casi siempre estn constituidas por partculas muy finas de agua
dispersas o mezcladas en el aceite, las cuales se vuelven estables por presencia de
algunos materiales contenidos en el aceite, conocidos como agentes emulsificantes o
emulsionantes.Lacantidaddepartculasdeaguadispersasenlaemulsin,generalmente
esmenoral10% delvolumentotal.Bsicamenteexistentreselementosnecesariospara
formaruna
emulsin
agua
en
aceite:
Agua:eslafaseinternaodispersa.
Aceite:eslafaseexterna ocontinua.
Agenteemulsificante:estabilizaladispersindelaspartculasdeaguaenelaceite.
Ocasionalmente sucede que las partculas de aceite se encuentran dispersas en el agua
queeslafasecontinua,aestoselellamaemulsininversa.
Con el fin de entender los fenmenos de deshidratacin y de desalado de crudo es
necesarioconocerlanaturalezadelaemulsinagua/aceite.
Por lo general las emulsiones no se presentan en la formacin productora, sino que se
generancuandoelaceiteyelaguasonproducidossimultneamenteenpresenciadeun
altogradodeagitacin.Cuandoelaceiteyelaguafluyendelyacimientohaciaelfondodel
pozoatravsdelasperforacionesenlatuberaderevestimiento,secreandiferenciasde
presinrelativamentegrandes, lascualesoriginanunamezclaviolentadelaceiteyagua
producidos,formndoseasunaemulsin.
Duranteelascensodelaemulsinporlatuberadeproduccinseocasionamsagitacin
ymezclado.Estoseintensificaporliberacindeburbujasdegas,debidaalareduccinde
presin que se tiene a medida que los fluidos ascienden a travs de la tubera de
produccin.Alalcanzar lasuperficie,sepresentaunaagitacinmsviolentaalpasar los
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Captulo 2. Teora De Las Emulsiones.
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fluidosatravsdelestrangulador.Todosestosefectosdeagitacinymezcladodelaceite
y el agua producidos, los cuales generan y estabilizan las emulsiones, son ms
pronunciados en pozos que producen con sistemas artificiales como son el bombeo
mecnicooelneumtico.
Ensuapariencia,lasemulsionesnoparecenserniaguaniaceite;porejemplounaceitede
colorverdeobscurocuandoseemulsiona,amenudopresentaunaaparienciacafpajizo.
Generalmente la viscosidad de una emulsin es mucho ms alta que la viscosidad del
aceiteodelagua.Enotraspalabras,unaemulsinesmsespesaynofluirconlamisma
facilidadque
lo
hara
el
agua
oel
aceite
en
forma
independiente.
Las
emulsiones
recin
producidas, presentan normalmente un aspecto esponjoso, esto es ocasionado por las
burbujasdegasqueanprevalecenatrapadasenelaceitecrudo.
Silaemulsinseobservaatravsdeunmicroscopio,esposibleapreciarungrannmero
deesferaspequeasdeaguadispersasenelaceite,verFig.2.1;eldimetrodeestasgotas
minsculasvaradeunaavariascentenasdemicras,aunquelamayoratieneuntamao
del orden de 10 micras; cada una de ellas se encuentra rodeada por una pelcula
resistente.Estpelculasegenerapor lasdiferenciasdetensinsuperficialdelaguayel
aceite.Estamismafuerzaeslacausantedequelasgotaspequeasdeaguaadquieranuna
formaesfrica.
Fig.2.1. Emulsinaguaaceiteampliada800veces.
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Captulo 2. Teora De Las Emulsiones.
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Es conveniente aclarar, que las emulsiones de aceite crudo que se presentan en la
explotacindecampospetroleros,invariablementeseformanconaguaquetieneunalto
contenidodesales,aproximadamentede150,000ppm.
Comoyasemencion,laagitacinprovocadadurantelaproduccinsimultneadeaceite
yaguaeslacausafundamentaldelaformacindeunaemulsin;staesprobablemente
laraznporlacuallasemulsionesnosepresentanenelyacimiento.
Las emulsiones en la industria petrolera tambin se clasifican como duras y suaves. Por
definicinunaemulsinduraesmuyestableydifcilderomper,principalmenteporque
lasgotas
dispersas
son
muy
pequeas.
Por
otro
lado,
una
emulsin
suave
odispersin
es
inestableyfcilderomper.Enotraspalabras,cuandoungrannmerodegotasdeagua
de gran dimetro estn presentes, ellas a menudo se separan fcilmente por la fuerza
gravitacional.Elaguaqueseseparaenmenosde5minutossellamaagualibre.
La cantidad de agua remanente emulsionada vara ampliamente desde 1 a 60% en
volumen. En los crudos medianos y livianos (>20 API) las emulsiones contienen
tpicamente
de
5
a
20%
volumen
de
agua,
mientras
que
en
los
crudos
pesados
y
extra
pesados(
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Captulo 2. Teora De Las Emulsiones.
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El grado de agitacin es un factor importante en la estabilidad de una emulsin,
determinaeltamaode laspartculasde aguadispersasenel aceite; amayoragitacin
resultaunmenortamaodelasgotas,yporlotantomayorestabilidaddelaemulsin.
Laviscosidaddelaceitetambines importante;avaloresaltosdeviscosidad,esposible
mantener gotas de agua ms grandes en suspensin. La naturaleza de la emulsin
tambinesafectadaporeltiempo,lapelculaquerodeaalagotadeaguaseengrosa yse
tornamsresistente,siendomsdifcilsurompimiento.
El pH de la fase acuosa tambin interviene en la estabilidad de la emulsin en forma
considerable,siendo
stas
inestables
en
un
valor
de
pH
de
10.5.
Ver
Tabla
2.1.
Tabla2.1.EfectodelpHsobrelostiposdeemulsinysuestabilidad.
pH Tipodeemulsin Estabilidaddelaemulsin
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
Comnmente,elprimerpasoeneltratamientodeunaemulsinconsiste,enlaadicinde
agentes qumicos desemulsificantes. El mecanismo de accin de los desemulsificantes
consisteenromperydesplazar lapelculadeagentesemulsionantesquerodeaalagota
de
agua
(floculacin),
aumentando
la
tensin
superficial
y
atraccin
molecular,
propiciandolacoalescencia.
Otra propiedad importante en los agentes desemulsificantes es la capacidad para
humectar los slidos presentes en la emulsin, para que sean incorporados al agua
separada. La inyeccin del reactivo debe hacerse en un punto donde se garantice el
contactontimoentresteylasgotasdeaguadispersas.
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Captulo 2. Teora De Las Emulsiones.
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Elcalortieneunefectoqueayudaaromperlaemulsinyalimpiarelaceite,modificala
densidad relativa del aceite ms rpido que la densidad relativa del agua haciendo el
aceitemsligero;estodalugaraqueelaguaseseparemsfcilmente.
Rigurosamente,existentreselementosqueayudanaromperlaemulsin:
1. Laaccinqumicaenlapelcula.
2. Elcalorpara:debilitarlapelcula,incrementarladiferenciadedensidadesentreel
aceiteyelagua,yreducirlaviscosidaddelaceite.
3. Tiempodereposoparaqueelaguaseasienteporgravedad.
Algunasemulsionespuedenserrotascondosde lostreselementos,yaseacombinando
agentesqumicosytiempodereposo,obienhaciendousodelostres.Cabehacernotar
queesteltimoelementoesindispensableenelproceso;determinalasdimensionesdel
equipoyconsecuentementeelcostodelmismo.
La deshidratacin del aceite crudo consiste esencialmente en un proceso de separacin
porgravedad;estproporciona lafuerzanaturalrequeridapararemoverelaguasalada
delaceite.
Existen
en
la
actualidad
varios
diseos
de
equipo
para
ayudar
ala
separacin
por gravedad, entre los que se pueden mencionar los tanques deshidratadores,
eliminadores de agua libre, separadores de tres fases, coalescedores mecnicos y
coalescedoreselctricos.
2.2.AgentesEmulsionantes.
Los agentes emulsionantes son numerosos y pueden ser clasificados de la siguiente
manera:
- Compuestos naturales surfactantes tales como asfltenos y resinas, conteniendo
cidos orgnicos y bases, cidos naftnicos, cidos carboxlicos, compuestos de
azufre,fenoles,cresolesyotrossurfactantesnaturalesdealtopesomolecular.
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- Slidosfinamentedivididos,talescomoarena,arcilla,finosdeformacin,esquistos,
lodosdeperforacin,fluidosparaestimulacin,incrustacionesminerales,productos
delacorrosin(sulfurodehierro,xidos),parafinas,asfltenosprecipitados.
- Qumicosdeproduccinaadidostalescomoinhibidoresdecorrosin,limpiadores,
surfactantesyagenteshumectantes.
Lossurfactantesnaturalessedefinencomomacromolculasconactividadinterfacialque
tiene un alto contenido de aromticos. Estas molculas pueden apilarse en forma de
micelas.Seformandelasfraccionescidasdelosasfltenos,resinas,cidosnaftnicosy
porfirinas.
Estos surfactantes pueden adsorberse a la interfase de la gota de agua y formar una
pelculargidaqueresultaenunaaltaestabilidaddelaemulsin,locualocurreenmenos
de3das,verFig.2.2 Esporeso,quelaemulsindebetratarselomsprontoposiblecon
diferentes agentes tales como: qumica deshidratante, calor, sedimentacin por
centrifugacinyelectrocoalescencia.
Fig.2.2. Estabilizacindeuna gota de agua por agentes por agentes emulsionantes
presentesenelpetrleocrudo.
Lapelculainterfacialformadaestabilizalaemulsindebidoalassiguientescausas:
a) Aumentalatensininterfacial.Porlogeneral,paraemulsionesdecrudolatensin
interfacialesde30a36N/m.
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b) Formanunabarreraviscosaqueinhibelacoalescenciadelasgotas.
c) Sielsurfactanteadsorbidoenlainterfaseespolar,sucargaelctricaprovocaque
serepelanunasgotasconotras.
Unsegundomecanismodeestabilizacinocurrecuandolosemulsionantessonpartculas
slidas muy finas. Para ser agentes emulsionantes, las partculas slidas deben ser ms
pequeasque lasgotassuspendidasydebensermojadasporelaceiteyelagua.Luego
ests finas partculas slidas o coloides (usualmente con surfactantes adheridos a su
superficie)secolectanenlasuperficiedelagotayformanunabarrerafsica.
2.3. Rupturadelaemulsin.
Elrompimientodelaemulsindependedelassiguientespropiedades:
a) Tensin interfacial. Al reducir la tensin interfacial disminuye la estabilidad de la
emulsin. Se ha encontrado que los sistemas de tensin ultrabaja producen
emulsionesinestables.Estudiosdetensininterfacialdinmicaentrecrudoyagua
muestranquelatensindisminuyeconeltiempoyqueserequierenvariashoras
decontactoparaobtenerunvalorestable.
b) Viscosidadde lafaseexterna.Unaviscosidadaltaen lafaseexternadisminuyeel
coeficientededifusinydisminuyelacolisindelasgotas,porloquelaestabilidad
delaemulsinseincrementa.Unaaltaconcentracindelafasedispersatambin
incrementa
la
viscosidad
aparente
de
la
fase
continua
y
estabiliza
la
emulsin.
Este
efectosepuedeminimizaraumentandolatemperaturadelaemulsin.
c) Tamaode lagota.Gotasmuypequeasmenoresde10mgeneranemulsiones
muyestables.Unavariacindeltamaodelasgotasdisminuyelaestabilidad.
d) Relacin de volumen de fases. Incrementado la cantidad y el tamao de la fase
dispersa ocasiona que la estabilidad disminuye, debido a que la probabilidad de
colisindelasgotasaumentayaqueelreainterfacialesmayor.
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e) Temperatura. Incrementando la temperatura se reduce la adsorcin de
surfactantesnaturalesydisminuyelaviscosidaddelafasecontinua,larigidezdela
pelculainterfacialylatensininterfacial.
f) Salinidaddelasalmuera.Laconcentracindelasalmueraesunfactorimportante
en la formacin de emulsiones estables. Agua fresca o salmuera con baja
concentracindesalfavorecenlaestabilidaddelasemulsiones.
g) Tipodeaceite.Lacantidadytipodeemulsionantesnaturalesdependendeltipode
crudo.Losdebaseparafnicausualmentenoformanemulsionesestables,mientras
quelosnaftnicosydebasemixtasilohacen.
h) Diferencia de densidad. La fuerza neta de gravedad que acta en una gota es
directamente proporcional a la diferencia en densidades entre la gota y la fase
continua. Incrementando la temperatura se logra aumentar la diferencia de
densidadesyporende,seaceleralacoalescencia.
2.4. Desemulsificacin.
Ladesemulsificacineslaseparacindeunaemulsinensusfasesquelacomponen,es
un proceso que consta de 2 etapas. La primera etapa es la floculacin (aglomeracin o
coagulacin). La segunda es la coalescencia. Cualquiera de los dos puede ser el factor
determinanteenlavelocidadderompimientodelaemulsin.
Floculacin.
El
primer
paso
en
el
proceso
de
la
desemulsificacin
es
la
floculacin
de
las
gotas
de
agua.
Durante la floculacin, las gotas sejuntan formando agregados o floculas. Las gotas
estn cercanas unas de otras, incluso se tocan en ciertos puntos pero no pierden su
identidad. La coalescencia en esta etapa ocurre slo si las pelculas interfaciales que
rodean las gotas de agua son dbiles. La velocidad de floculacin depende de varios
factores, incluyendoelcortede agua,temperatura,viscosidad del aceite,y ladiferencia
dedensidadesentreelaguayelaceite.
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Coalescencia.
La
coalescencia
es
la
segunda
etapa
en
el
proceso
de
desemulsificacin
y
ocurre
despus
delafloculacin.Durantelacoalescencia,lasgotasdeaguasefusionanparaformargotas
de agua ms grandes. Esto es un proceso irreversible que lleva un decremento en el
nmero de las gotas de agua, y eventualmente a una completa desemulsificacin. La
coalescenciasevemejoradaalpresentarseunaaltavelocidaddefloculacin, laausencia
de pelculas mecnicamente fuertes, viscosidad interfacial baja, altos cortes de agua y
temperaturaselevadas.Enlafigura2.3serepresentaelfenmenodecoalescencia.
Fig.2.3. Representacindelfenmenodecoalescencia.
2.5.ProcesosPreviosalTratamientodelasEmulsiones.
2.5.1.Separacindelagualibre.
Luegoque los fluidosse hanconducido atravsde labatera de separacin,deestese
obtienen:gasprimario,elcualseenvaaunaplantapetroqumicaparasutratamiento;
porotraparte,sedescargaaceitecrudoconaguaemulsionadayagualibre.
Elagualibreeslaqueseproducesimultneamenteconelaceite,peroquenoformaparte
de laemulsin,stanormalmenteseseparade laemulsinenuntiemporelativamente
corto.Esconvenientesepararladelacorrientedeaceiteconaguaemulsionadaantesque
staseatratada,porvariasrazones:
Deformacindelas
gotas
Pelculalquida
interfacial
Drenajedelapelcula
lquida
Gotas
deformadas
Gotas
deformada
Rupturadela
pelculalquida
Coalescencia
de la ota
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Es una sobrecarga para las tuberas y el equipo de transporte, ya que puede
constituirhastaun5060%delaproduccintotal.
Puede ser altamente corrosiva. Las emulsiones generalmente no lo son, ya que el
aguaseencuentradispersaenelaceite,detalmaneraquesolamenteesteltimose
encuentraencontactoconlasparedesdelequipoytuberas.
Cuando se aplica calor para romper la emulsin, el agua absorbe hasta dos veces
mscalorqueelaceite.
2.6.Proceso
de
tratamiento
de
la
emulsin.
Luego de haber separado el gas primario y el agua libre de la corriente de lquidos, el
siguiente paso consiste en el proceso encaminado a destruir la emulsin aguaaceite y
obteneraceitecrudotratado,dentrodeespecificaciones.
Los elementos esenciales para efectuar el proceso de tratamiento de una emulsin de
aceitecrudoson:
1.
Adicindeagentesqumicosdesemulsificantes.
2. Adicindecalor.
3. Tiempodeasentamiento.
Otroselementosydispositivosauxiliaresqueayudanamejoraroacelerarelprocesode
tratamientodeunaemulsin,sonlossiguientes:aplicacindeelectricidad,utilizacinde
dispositivosmecnicos(placascoalescedoras,distribuidoresdeemulsin,dispositivosde
lavado,etc.),
yaplicacin
de
diluyentes
para
disminuir
la
viscosidad
de
la
emulsin.
Unsistemadetratamiento idealpara lasemulsiones,esaquelenelqueseobtienen los
msbajoscostosdeoperacin,yqueserequiere lamenor inversinpara laadquisicin
delasinstalacionesqueseannecesarias.
El procedimiento para determinar el tipo y cantidad de agentes qumicos a inyectar, la
temperatura a la cual se debe calentar la emulsin, y las dimensiones del equipo para
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asentamiento de la emulsin, es por ensaye y error. Este consiste de una serie de
evaluacionesenellaboratorio,conocidaspruebasdebotella,pormediodelascualesse
obtienelasiguienteinformacin:
1. Eltipodeagentesdesemulsificantesaevaluar.
2. Ladosificacindelosagentesqumicos.
3. Latemperaturaalacualdebecalentarseelaceite.
4. Eltiempodeasentamientodelaemulsin.
Algunasemulsionespuedendestruirseconagentesqumicosytiempodeasentamiento;
otras,calentndolas
ypermitiendo
que
el
agua
se
sedimente.
Las
emulsiones
ms
difciles
odurasrequierendeagentesqumicosycalor,seguidodetiempodeasentamiento.
Comoreglageneral,seprefierenocalentarlamezclaominimizarlacantidaddecalor.Los
inconvenientesdecalentarlaemulsinson:
1. Elequipodecalentamientoescaro.
2. Elcalentadorconsumecombustiblequetienevalorcomercial.
3.
Algunos
de
los
hidrocarburos
ligeros
en
el
crudo
se
evaporan
a
medida
que
se
le
adiciona calor, de manera que ste se encoge y disminuye su gravedad API. En la
figura1.,semuestrauna grfica de lasprdidasdegravedadAPIen funcinde la
reduccindelvolumenoriginal,paraaceitescrudosdediferentegravedadAPI.
4. Loscalentadoresdegaspuedenserpeligrosossinoseoperancuidadosamente.
5. Elprimerpasoparaseleccionarelagentedesemulsificanteapropiadoparadestruir
la
emulsin,
consiste
en
obtener
una
muestra
fresca
representativa
de
la
misma.
Yaenellaboratorio,pequeasporcionesdelamuestrasemidencuidadosamente
enunciertonmerodebotellas,alascualesselesagreganpequeascantidades
de reactivos a evaluar. Estos se agitan para mezclar el reactivo en la emulsin.
Enseguida se observan las botellas en forma individual durante varios minutos,
paraverelcambiodecolor,locualindicaelinicioderompimientodelaemulsin.
Asimismo,encadabotellasepuedeversihayagualibreenelfondo.Sidespus
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de varios minutos no se observa la presencia de agua, o an el aceite no se ve
limpio; se colocan las botellas en bao mara y se calientan para definir si se
requiereincrementarlatemperaturapararomperlaemulsin.
6. Posteriormente, seobtiene unamuestradelcrudoaproximadamente de laparte
mediadelafaseaceite,paraefectuarunapruebacentrfugaydeterminarsugrado
de limpieza;enotraspalabras,establecerquetancompletafue laseparacindel
agua.Unavezquesehadeterminadoculeselagentequmicomsefectivo,se
debedefinir lacantidaddedesemulsificanteautilizar.Para esto,sedeben llenar
nuevamenteun
determinado
nmero
de
botellas
con
emulsin
fresca,
se
agrega
a
cada una diferente cantidad de reactivo, y en seguida se agitan y se dejan en
reposo varios minutos. Se selecciona como dosificacin ms adecuada la que
muestraunavelocidaddeseparacinmayor,reuniendolosrequisitosdelimpieza
del aceite. La dosificacin generalmente se especfica en galones de
desemulsificanteporcada1000barrilesdeaceitetratado.
Fig.2.4. PrdidasdegravedadAPIenfuncindelareduccindelvolumenoriginal,para
aceitescrudosdediferentegravedadAPI.
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2.7.InyeccindeReactivosQumicos.
En
los
inicios
de
la
industria
petrolera,
el
tratamiento
del
aceite
crudo
se
llevo
a
cabo
en
forma diferente en los campos productores; sin embargo, en ninguna parte se intent
explorar la posibilidad de utilizar aditivo qumicos como un medio para romper la
emulsin.En laactualidadmuchosdeestossonusadoscomounelementoauxiliarenel
tratamiento del aceite, como son los desemulsificantes orgnicos de tipo inico y no
inico,cuyaaplicacinyeficienciasedeterminaporensayeyerrormediantepruebasde
botella.
Un
agentequmico
desemulsificante
desarrollado
para
tratar
una
emulsin
agua
aceite,
debesercapazdedesactivarlapelculadematerialemulsificantequerodeaalasgotasde
aguadispersasenelaceite.Losreactivossondosificadosenpequeascantidadesenalgn
punto del sistema de tratamiento; stos deben ser solubles en el aceite y actuar como
agentes activos de superficie (disolucin en el aceite y accin sobre la pelcula
emulsificante).
Los
aditivos
qumicos
desemulsificantes,
son
sustancias
polares,
esto
permite
que
sean
atradosporelagenteemulsificanteelcualtambinesunasustanciapolar;estatraccin
es muy similar a la accin generada por dos barras magnticas. El contacto entre el
reactivo qumico y el agente emulsificante, provoca que ste ltimo se destruya,
favoreciendo de esta manera que las gotas ms pequeas coalescan para formar gotas
mayores, las cuales se segregan de la fase de aceite por efecto de diferencia de
densidadesentreelaguayelaceite.
2.7.1.Puntosdeaplicacindelosagentesdesemulsificantes.
El punto en el cual el agente qumico rompe la emulsin debe aplicarse, es una
consideracin importante en el diseo de un proceso de tratamiento, ste puede ser
localizado en: el fondo del pozo, el cabezal, la batera de separacin, los cabezales de
llegada de los pozos o la planta de deshidratacin y desalado del crudo. Debe haber
suficienteagitacinen lacorrientede flujoparapermitiruncontactoadecuadoentreel
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reactivo y la emulsin, esto permite que el primero pueda entrar en contacto con la
mayora de las partculas de agua dispersas y neutralizar la pelcula del agente
emulsificante; para esto, debe analizarse previamente el punto de aplicacin que
depender en parte del tipo de reactivo a utilizar. Si el desemulsificante es soluble en
agua,seinyectahastaquesehayaseparadoelagualibre.Sinembargo,silaproduccinde
sta es baja, la inyeccin puede llevarse a cabo sin que la prdida de reactivo sea
considerable.
2.7.2. Aplicacindelosagentesdesemulsificantes.
Eninstalaciones
de
tratamiento
que
operan
en
forma
continua,
la
inyeccin
de
reactivos
debeaplicarseenlospuntosdondeseproduce laemulsin.Existendostiposbsicosde
tratamiento de emulsiones aguaaceite, siendo la diferencia principal el punto de
aplicacin del reactivo. Estos son: Tratamiento en la lnea de flujo y tratamiento en el
fondodelpozo.
Tratamientoenlalneadeflujo.
El
tratamiento
de
emulsiones
aguaaceite
en
la
lnea
de
flujo,
es
el
mtodo
que
ms
comnmente se lleva a cabo para tratar el aceite crudo en la industria petrolera de
nuestro pas. Al igual que en un tratamiento de fondo, es necesario que la adicin del
reactivo se haga en el punto donde se garantice un mezclado adecuado, ste
generalmente se localiza antes de la batera de separacin o bien, en algn cabezal a
dondeconfluyelaproduccindevariospozos.
Tratamiento
en
el
fondo
del
pozo.
Esconocidoquelaviscosidaddeunaemulsinseincrementaconformeaumentaelgrado
dedispersindelasgotasdeaguaenelaceite;esto,comoyasemencion,se lograpor
mediodeagitacin.Porlotanto,alaumentarlaviscosidad laresistenciaalflujoesmayor,
ocasionando que se tengan prdidas ms altas de presin por friccin en las tuberas
conductorasdelcrudo.Porestarazn,resultaconvenientetratarlaemulsinadicionando
el reactivo desemulsificante en el fondo del pozo; la temperatura prevaleciente a esa
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profundidadesdegranayudapuesdisminuye laviscosidaddelaceiteyfacilita laaccin
delagentedesemulsificante.
Este tipo de tratamiento evita en gran parte la formacin de emulsiones, o sea es un
mtodo preventivo. La inyeccin del reactivo comnmente se efecta por el espacio
anular entre la tubera de produccin y la de revestimiento. Existen varias formas de
realizar el tratamiento de fondo; alguna veces el agente qumico se inyecta al fondo en
forma continua, otras se hace a intervalos. En pozos que producen con sistema de
bombeohidrulico,elagentedesemulsificantepuedeagregarseal fluidodepotencia,el
cuales
forzado
atravs
de
la
tubera
de
produccin
al
fondo
del
pozo,
donde
se
mezcla
conlaemulsin.Estetipodetratamientoaunquepuedetener,enalgunoscasos,ventajas
respectoauntratamientoenlalneadeflujo,noesaplicableenMxico.
2.8.MtodosdeDesemulsificacin.
En la industria petrolera, las emulsiones de aceite crudo deben ser separadas casi
completamente
antes
que
el
crudo
sea
transportado
y
posteriormente
procesado.
La
separacin de la emulsin de aceite y agua envuelve la desestabilizacin de pelculas
emulsificantes que rodean las gotas de agua. Este proceso se completa por uno o la
combinacindelosmtodossiguientes:
Reduccindelavelocidaddeflujoparaquehayaunamejorseparacingravitacional
delaceite,aguaygas.Estoesgeneralmentealcanzadoenseparadoresyvasijasde
desalado.
Adicindequmicosdesemulsificantes.
Incrementodelatemperaturadelaemulsin.
Aplicacindecamposelctricosquepromuevenlacoalescencia.
Cambiarlascaractersticasfsicasdelaemulsin.
Debido a la gran variedad de crudos, salmueras (y por tal emulsiones), equipos de
separacin,qumicosdesemulsificantes,yespecificacionesdelosproductos,losmtodos
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de desemulsificacin son muy especficos para cada aplicacin. Las emulsiones y las
condicionescambianconrespectoaltiempo.Losmtodosmscomunesdetratamiento
de emulsiones han sido la aplicacin de calor y la adicin de los qumicos
desemulsificantesapropiadosparageneralladesestabilizacindelaemulsin,seguidode
untiempodeasentamientoparapermitirlaseparacingravitacional.
2.8.1. MtodosTrmicos.
Alcalentarlaemulsinsemejoraelrompimientooseparacin.Sereducelaviscosidaddel
aceiteyseincrementalavelocidaddeasentamientodelagua.
Cuandoseaumentalatemperaturadacomoresultadoladesestabilizacindelaspelculas
rgidas debido a la reduccin de la viscosidad interfacial. Se aumenta la frecuencia de
coalescenciadebidoalaaltaenergatrmicadelasgotas.Sinembargo,porssolo,nose
resuelve el problema de la emulsin. El aumentar la temperatura tambin tiene sus
efectosnegativos;cuestadinerocalentarlacorrientedelaemulsin,puederesultarenla
prdidadegradosAPIyelvolumendeaceitetratado.
La
aplicacin
de
calor
para
rompimiento
de
una
emulsin
debe
basarse
en
un
anlisis
econmico de las instalaciones de tratamiento. El costo de efectividad de aadir calor
debe ser balanceado contra mayores tiempos de tratamiento (separadores de mayor
capacidad),prdidadehidrocarburosligerosylareduccindelvalordelaceiteproducido,
elcostodelosqumicosyloscostosdeinstalacindeequiposelectroestticos.
Calor.
El
calor
ayuda
en
la
dispersin
de
los
agentes
desemulsificantes
en
la
fase
aceitosa
despus questoshansidoqumicamentedesplazadosdelaspartculasdeagua.Elcalor
aade energa a los sistemas creando corrientes trmicas y movimiento de las gotas de
agua. Este movimiento de las partculas incrementar la coalescencia por medio de las
colisionesentre las partculas. Laadicindecalorresultaen laexpansintrmicade las
gotas de agua pequeas que ayuda en la ruptura de la pelcula envolvente y tambin
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reduce laviscosidadparapermitirqueelasentamientode laspartculasdeaguaquese
hanunidoseamsrpido.
Se ha visto que la velocidad de cada de la gota de agua es un factordecisivo para una
deshidratacineficienteysehaobservadoqueseobtienenptimosresultadoscuandola
viscosidaddelaceiteestentre10y15centistokes.Normalmentelaviscosidaddelaceite
atemperaturadeltanqueesmuchomayorqueestevalor.Laadicindecaloresesencialy
esfuncindelascaractersticasdelcrudo.
De la relacin de viscosidad temperatura de varios crudos, se ha observado que las
temperaturasde
tratamiento
son
diferentes
ydependen
de
la
mezcla
del
crudo.
2.8.2. Mtodosmecnicos.
FuerzaCentrfuga.
Eneltratamientomecnicose consideraqueladiferenciadedensidadesentreelaceitey
el agua, se puede emplear la fuerza centrfuga para romper una emulsin y separar el
agua.Enloslaboratoriosseusancentrifugadoras pequeasparadeterminarelcontenido
de agua y sedimento bsico de muestras de emulsiones, auxilindose como producto
qumicodesemulsificante.
Desdehaceyabastantetiempo (aproximadamente50aos)seempleaequipoparatratar
emulsionesenbase a la fuerza centrifuga, pero estoshanresultado muy costosos. Para
lograr la separacin de agua, se utilizaban velocidades de rotacin de 17 000 rpm y
mayores.Sinembargo,elprincipiosehautilizadoparadisearequiposconocidoscomo
hidrociclones.
Gravedad.
La gravedad proporciona la fuerza natural requerida para remover el agua salada del
aceite.
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En laactualidadsedisponedevariosdiseosdeequipoparaayudara laseparacinpor
gravedad, entre los cuales pueden mencionarse los tanques deshidratadores, los
eliminadoresdeagua libre, losseparadoresdetresfases, loscoalescedoresmecnicosy
loselctricos.
En estos dispositivos el tiempo de la emulsin necesario para que el proceso de
deshidratacinydesaladoselleveacabo,limitaelvolumendeaceitetratadoporunidad
detiempo.Deotramanera,lacapacidaddetratamientodependedeltiempodereposo.
Tiempo
Laseparacingravitacionaldelaguayelaceiteescontroladapor laecuacindeStokes,
queeslasiguiente:
1.4
Donde:
V=Velocidad
con
la
que
cae
la
partcula
g=Constantegravitacional
r=radiodelapartcula
D2=Gravedadespecficadelagua.
D1=Gravedadespecficadelaceite
N=Viscosidad
del
aceite.
Destaecuacinesevidentequelosparmetrosquecontrolanlavelocidaddecadade
la partcula de agua son el tamao de la partcula, la diferencia de densidades y la
viscosidaddelaceite.Laaplicacindecalorreducirladensidadylaviscosidaddelaceite.
Sinembargoelcalorcausarlaprdidadelasfraccionesligerasdelhidrocarburo.
SepuedeusarlaecuacindeStokesdemanerasencilla:
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..1.5
DondelaCesigualalasumaalgebraicadelosfactoresrequeridosparaconvertirtodoslos
trminosapieporhora.ElvalordeCes2.5665x102
cuando,
r=Tamaodelapartculaenmicrones
D2=Gravedadespecficadelagua
D1=Gravedadespecficadelaceite.
N=Viscosidaddelaceiteencentipoise.
Al incrementar el tamao de las partculas de agua permite que la velocidad de
asentamiento sea mayor. Un sistema eficiente de separacin aceite/agua incluye el uso
ptimodecalor,aditivosqumicos,tiempoparalaseparacinyalgunosmediosparaque
la coalescencia de las partculas de agua sea mayor, provocando con esto que las
pequeaspartculasdeaguasejuntenentresyseancadavezmsgrandes,yconmayor
velocidadde
asentamiento.
El
proceso
ms
eficiente
para
provocar
la
coalescencia
de
las
partculaseselusodecamposelectroestticosconaltosvoltajes.
2.8.3.MtodosElctricos.
Electricidaddealtovoltaje(mayaselctricas)esfrecuentementeunmedioefectivopara
romperemulsiones.Secreetericamentequelasgotasdeaguaestncargadas,ycuando
un campo elctrico es aplicado, las gotas se mueven rpidamente, chocando entre s, y
coalesciendo.
El
campo
elctrico
tambin
rompe
la
pelcula
interfacial
al
arreglar
las
molculaspolares,conestodebilitandolapelculaymejorandolacoalescencia.Elsistema
elctricoconsistedeuntransformadoryelectrodosquegeneran corrientealternadealto
voltaje.Loselectrodossecolocandetalmaneraqueproveenuncampoelctricoquees
perpendiculara la direccindel flujo.Ladistanciaentre loselectrodos esajustable para
queelvoltajepuedaservariadoparaalcanzarlosrequerimientosdelaemulsinparaser
tratada.
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La deshidratacin electroesttica es rara vez utilizada como nico mtodo para romper
emulsiones. Por lo general, se usa en conjunto con requerimientos qumicos y calor.
Invariablemente,elusodeladeshidratacinelectroestticaresultarenlareduccindela
adicindecalor.Bajastemperaturas resultanenahorroseconmicos,menosproblemas
conescalasyformacindecorrosinyreduccindeprdidasdehidrocarburosligeros.
2.8.4. Mtodosqumicos.
Los desemulsificantes son agentes que actan en la superficie donde se encuentran los
agentesemulsificantesysuprincipalobjetivoesromperelefectoqueestosocasionan.Su
accininicial
es
en
la
interfase
agua
aceite
(la
pelcula
que
rodea
las
pequeas
gotas
de
agua en la emulsin), previenen que las gotas de agua se unan y se conformen en una
emulsin estable. Una vez que el desemulsificante alcanza la interfase aguaaceite,
comienzaaflocularlasgotas.Unbuendesemulsificante,concentradoenlasuperficiede
unagotadeagua,tieneunaatraccinfuerteconotrasgotasenlasmismascondiciones.
Lascaractersticasdeundesemulsificanteparaproducirlaunindelasgotasnorompen
la
continuidad
de
la
pelcula
emulsificante.
Si
el
emulsificante
tiene
cierta
debilidad,
la
fuerzadefloculacinpuedesersuficienteparacausarlarupturacompletadelaemulsin.
Sinembargo,enlamayoradeloscasosserequierendeotrasacciones paraforzaralas
gotasaunirseyllegarasertangrandesylibrescomoparaasentarse.
Unbuendesemulsificantenoslodebeflocularlaspartculasdeagua,sinotambindebe
romperlaspelculasquelasrodeanypermitirqueseunan.
En
la
mayora
de
los
crudos,
los
slidos
tales
como
el
sulfuro
de
hierro,
slice,
lodo
de
perforacin, parafinas, etc. Complican el proceso de desemulsificacin. Tienden a
recolectarse en la superficie y contribuyen de manera elevada en la estabilidad de la
emulsin. Frecuentemente dichos slidos son los agentes estabilizadores primarios y su
remocinesnecesariaparalograruntratamientosatisfactorio.
Parasuremocindelainterfase,estosslidospuedenserdispersosenelaceite,pueden
ser mojados por agua y ser removidos con agua. Si estn dispersos en el aceite, la
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emulsin puede ser tratada pero los slidos continuarn como un contaminante en el
aceite.
Los slidos son removidos con agua. Las parafinas y otros slidos orgnicos son
excepciones, pero pueden ser recuperados en el proceso de refinacin, por lo que es
mejormantenerdispersostalesmaterialesenelaceite.
Esmuyraroqueunasolaestructuraqumicaproduzcatodaslasaccionesprimariasdeun
desemulsificante:
1.
Atraccin
interfacial
fuerte.
2. Floculacin.
3. Coalescencia.
4. Mojarslidos.
Porlogeneraldosomsestructurassonmezcladasparaproduciruncompuestoquedala
accincombinadadelasacciones.
Los parmetros operacionales que son utilizados en la seleccin de un qumico
desemulsificantesontres:
1.
Elpromediodevelocidaddecadadelasgotasdeagua.
2. Lahabilidadparaproducirunainterfaseaguaaceitelimpia
3. Lahabilidadparaproduciragualimpiaconbajocontenidodeaceite.
2.8.4.1. Seleccindequmicos.
La
seleccin
correcta
de
los
qumicos
es
crucial
en
el
proceso
de
rompimiento
de
la
emulsin.Elprocesodeseleccindelosqumicosesvistamscomounartemsqueuna
ciencia.
Los desemulsificantes son qumicos que contienen solventes (por ejemplo benceno,
tolueno, xileno, alcoholes de cadenas cortas, y naftenos pesados aromticos),
surfactantes, floculantes, y agentes mojantes. Los desemulsificantes actan por
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desplazamientoparcialototaldesuscomponentesestabilizantes(materialespolares) de
lapelcula interfacialquerodea lasgotasde laemulsin.Estedesplazamientobrindaun
cambio de propiedades tales como viscosidad interfacial o la elasticidad de la pelcula
protectora,mejoranas ladesestabilizacin.Enalgunoscasos, losqumicosactancomo
unagentemojanteyalteranlamojabilidaddelaspartculasestabilizadoras,locualllevaal
rompimientodelapelculadelaemulsin.
Existen pruebas de laboratorios y procedimientos que estn disponibles para elegir los
qumicosapropiados.Estaspruebasincluyenpruebasdebotella,simuladoresdinmicos,y
pruebasen
la
planta.
Hay
cientos
de
productos
desemulsificantes
comerciales
disponibles
que pueden ser probados. Aadido a esto las condiciones cambian en las instalaciones
paraseparacindehidrocarburos,yelresultadoesunprocesodeseleccinpocoamplio,
es importante en todas las instalaciones llevar un control operacional, un registro y un
procedimientodeprueba comoprcticascomunesyconstantesduranteelproceso.
Bombasdosificadorasdereactivos.
En
instalaciones
de
tratamiento
que
operan
en
forma
continua,
la
inyeccin
de
reactivos
debe aplicarse en puntos donde se produce la emulsin. La dosificacin de ste,
normalmentese llevaacaboconunabombacuyafuncines inyectarelagentequmico
desemulsificanteaunagastodeterminadoenfuncindelvolumendeemulsinatratar.
Labombamscomnesladedesplazamientopositivo,Fig.2.5,lacualpuedeoperare de
dosformas:pormediodegasoconunmotorelctrico.
El mecanismo de funcionamiento de las bombas neumticas, es el siguiente: cuando se
dispone degasoaireapresin,esteaccionaaundiafragmaelcualasuvez impulsaal
vstagoqueestconectadoalpistn,estetipodebombassonlasquemsseusanenel
campopornorequerirenergaelctrica,ydebidoaquemanejanvolmenesdereactivoa
altaspresiones,encomparacinconlasbombaspormotorelctrico.
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Fig.2.5.Bombade dosificacindereactivos.
En el caso de una bomba accionada con un motor elctrico, la potencia del motor se
transmitepormediodelaflechaaundispositivo,elcualconvierteelmovimientocircular
de la flecha en un desplazamiento lineal al vstago que impulsa al pistn de la bomba.
Este tipo de bombas tienen ms aplicacin a nivel de planta que en operaciones de
campo.
Unavezquesehadeterminadoladosificacindereactivoainyectar,seprocedeaajustar
el mecanismo de operacin de la bomba. En el caso de bombas elctricas, se regula la
longitud de la carrera del mbolo; para bombas neumticas, se ajusta el nmero de
emboladasporminutoenfuncindelvolumendelgasoairesuministrado.
Operacin.
Comosehacomentado,elsuministrodelapotenciarequeridaparaoperarunabombade
dosificacin de agentes desemulsificantes, es de dos tipos: por medio de un motor
elctricocuandosedisponedeelectricidad;ocongasoairecomprimido,elcualactaa
presin sobre un diafragma. En este caso se usa un regulador de presin del gas que
generalmente se ajusta a un rango entre 5 y 20 lb/pg2 de entrada a la bomba, para
dimetrodepistnde3/8a1ypresionesde inyeccindedesemulsificantede100a
5000 lb/pg2
.Enamboscasos laformadeoperar lasbombasesmuysimple,puesslose
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requiereajustarelgastodeinyeccinylapresin(enelcasodebombasneumticas)alos
requerimientosdelsistemadetratamiento.
Depsitodereactivos.
Un mtodo comn que se usa para suministrar el reactivo a la bomba consiste en
almacenar el reactivo en un depsito, de esta forma el tanque de la bomba se puede
llenarfcilmentepormediodeunavlvula.Esnecesarioqueeldepsitodereactivotenga
algn dispositivo de medicin a fin de contabilizar el volumen de desemulsificante
adicionadoalaemulsin.
2.9.ImportanciadelasPruebasdeBotella.
Las pruebas de botella se emplean para evaluar y seleccionar agentes qumicos
desemulsificantes,permitiendodefinircualitativamentesueficienciaenloquerespectaa:
velocidadderompimientodelaemulsin,cantidadygradodelimpiezadelaguaseparada,
definicindelainterfaseaguaaceiteycalidaddelaceitedeshidratado.
Con este mtodo se trata de reproducir, a escala laboratorio, las condiciones para el
tratamientodelasemulsionesenelcampotalescomo:temperaturadeoperacin,tiempo
deasentamiento,tiempodecontactoygradodedispersindelaemulsin(estabilidad).