Aguas de Inyeccion

EVALUACIÓN Y PROCESAMIENTO DE DOS MATERIALES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS EMULSIONADAS EMPLEADAS PARA INYECCIÓN SIN GENERAR DAÑO DE FORMACIÓN Juan P. Salazara, Delia E. Álvareza and Cristóbal. Vásqueza RESUMEN Se emplearon dos materiales de d iferente naturaleza como medio adsortivo y coalescente de agua emulsionada con crudo. Inicialmente se preparó la emulsión de aceite en agua con 100 ppm de concentración. Se determinó la composición química y mineralógica, mineralógica, además de las características físicas de los materiales a utilizar y posteriormente se procesaron a través de operaciones de secado, trituración y molienda. Para ambos materiales se buscó mejorar su condición de redondez y esfericidad empleando una operación de formación de gránulos, posteriormente estos gránulos son calcinados para mejorar su compactación y consistencia. Los materiales calcinados fueron tamizados para tener una distribución de tamaño más controlada que no genere altas caídas de presión en el lecho. Finalmente se evaluó los efluentes colectados para cada material de acuerdo a la normatividad colombiana y su potencial aplicación como agua reinyección en algunos campos colombianos. colombianos. ABSTRACT Two distincts materials were used as adsortive and coalescing medium of emulsified water with crude oil. Initially an emulsion of 100 ppm of water/crude oil was prepared. Chemical composition and mineralogy was determined, including physics characteristics of packed bed for each material. Subsequently the materials were proccesed in drying, grinding and milling operations. Moreover, the materials went through a roundness and sphericity selection and then calcinated to increase compaction and consistensy. After thermal treatment, the materials have been subjeted to screening operation to control pressure drop into the packed bed. Finally, the efluent quality was evaluated according to the colombian’s legislation and its potential apliccation in reinye ction operations in colombian’s reservoirs. Palabras claves: claves: aluminosilicato, emulsión, lecho empacado, daño formación Keywords: Keywords: aluminosilicate, emulsion, packed bed, formation damage

1. INTRODUCCIÓN En general, la producción de petróleo viene acompañado con producción de agua, el cual no posee valor económico aparente y por el contrario supone una barrera económica en la logística de operación de los pozos implicados. Esto último, se debe a que el agua no se puede disponer en fuentes superficiales (río, lago, etc.) o subterráneas tal y como se obtiene en superficie, sino que debe pasar por un conjunto de procesos que permitan ajustar sus parámetros físico-químicos de forma que presente la mayor compatibilidad con la zona receptora del agua. Por tanto, la disposición del agua para una zona determinada debe cumplir con los parámetros establecidos por la normatividad colombiana, la cual cuenta con tres resoluciones; la resolución 0382 [1] que regula las aguas de inyección y disposición subterránea, la resolución 0631 [2] que regula la disposición en cuerpos de agua superficial y la resolución 2115 [3] que regula la calidad de agua potable. Cuando el agua no está destinada para consumo humano, la disposición de agua en el subsuelo es menos rigurosa que la disposición en superficie, por lo que es la opción predilecta cuando se debe lidiar con altos volúmenes de agua producida en operaciones petroleras. Hasta aquí es válido

realizar una aclaración, la cantidad de aceite y sólidos suspendidos que debe haber en el agua de inyección debe ser menor para un agua destinada al subsuelo que en un agua superficial, ya que son parámetros críticos en el daño de formación. En la ilustración 1 se representa la cantidad de barriles por día producidos de agua y petróleo para algunos campos representativos representativos de Colombia [4], reflejando el creciente interés de incrementar la calidad del agua de inyección y disposición. Por otra parte, nuevamente para el caso de Colombia, se desglosa la información de pozos inyectores con las que cuenta Ecopetrol, distribuidos en cuatro gerencias, todo con el fin de tener una idea de la cantidad de pozos inyectores a los cuales debería tenerse control sobre la normatividad de vertimiento del agua [5], ver ilustración 2. En la Gerencia Regional Sur (GRS (GRS)) se cuenta con un total de 245 pozos inyectores distribuidos en 14 campos, siendo San Francisco, Yaguara y Guando aquellos con mayor cantidad de pozos inyectores, 75, 43 y 51 respectivamente [5]. En la GRS se producen 39.405 barriles diarios de crudo y se inyectan 639.884 barriles diarios de agua, de los cuales 593.084 barriles son

Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín

|1

Please do not adjust margins


reinyectados (93%V/V) [5]. En la Gerencia Centro Oriente (GCO) se cuenta con un total de 47 pozos inyectores correspondiente a un solo campo, Tibú.

Central (GCE) se cuenta con un total de 2 pozos inyectores distribuidos en 2 campos, Chichimene y Apiay-Suria. En la GRS se producen 39.405 barriles diarios de crudo y se inyectan 639.884 barriles diarios de agua, de los cuales 593.084 barriles son reinyectados (93%V/V) [5]. Asociado al agua de inyección y disposición, los mecanismos de daño de formación se listan en la tabla 1 [6]. Por otra parte, el daño a la formación ocasionado por las emulsiones de aceite en agua se evidencia en los siguientes problemas [4]: Incremento en la presión de inyección y disminución en el caudal de inyección a causa del taponamiento de la formación. • Cierre definitivo o parcial de pozos inyectores o de disposición a causa de daños severos a la formación. • Necesidad de perforar o acondicionar nuevos pozos inyectores para mantener la carga de agua inyectada. •

Ilustración 1. Producción de agua y aceite en campos representativos [4].

En la GCO se producen 2.100 barriles diarios de crudo y se inyectan 31.600 barriles diarios de agua, de los cuales el 100%V/V es reinyectado [5]. En la Gerencia Regional Magdalena Medio (GRM) se cuenta con un total de 588 pozos inyectores distribuidos en 6 campos, siendo La Cira y Casabe aquellos con mayor cantidad de pozos inyectores, 301 y 253 respectivamente.

La normatividad de aguas de inyección, es decir, la resolución 0382, indica los equipos que comúnmente se emplean en el tratamiento del agua con destino a la disposición subterránea o inyección. En su orden, el primero corresponde a la piscina API, el segundo corresponde al CPI (corrugated plate interceptor), sigue la unidad de flotación, posteriormente la filtración con empaques, finalmente la unidad de microfiltración con membranas.

En la GRM se producen 61.491 barriles diarios de crudo y se inyectan 630.798 barriles diarios de agua, de los cuales 370.582 barriles son reinyectados (59%V/V). En la Gerencia Regional

GRM GCO

GEC

GRS

Ilustración 2. Zonas de presencia de pozos inyectores bajo Ecopetrol. Tomado de [5].

2


Please do not adjust margins Journal Name

Deño Mecánico inducido

•Inyección de sólidos. •Asentamiento y

migración de finos por tasa crítica.

ARTICLE

Interacción

Interacción

Agua Inyección /

Agua Inyección /

Roca Formación •Hinchamiento de arcillas. •Defloculación de arcillas. •Disolución de la formación. •Químisorción y alteración de la humectabilidad.

Fluidos in-situ •

Formación escamas insolubles. Emulsificación y bloqueos por emulsión. Precipitación. Despositación de asfaltenos y ceras.

Efectos Permeabilidad Relativa

Agentes Biológicos

•Atrapamiento de

•Arrastre y

•

aceite. •Atrapamiento de

crecimiento de bacterias.

gas libre.

•

•

Tabla 1. Mecanismo de daño de formación [6].

Ahora, particularizando en el estado del arte de los lechos empacados en tratamiento de emulsiones, se tiene la compilación de algunos de los muchos trabajos realizados con anterioridad: (Kundu, P., & Mishra) [7] emplearon un lecho empacado compuesto por una resina de intercambio iónico de “ purolita OL 100”. Dicha resina es oleofílica y sus condiciones óptimas corresponden a una concentración inicial de aceite igual a 30% V/V, altura del lecho 100 mm, pH igual a 6, y un caudal de 127×10−3  3 / , dando una eficiencia de remoción de aceite del 83,4%. • (Maiti, S., Mishra, I. M., Bhattacharya, S. D., & Joshi, J. K.) [8] emplearon un lecho compuesto por una resina constituida por co-polímeros comerciales de estireno y di-vinil benceno. Las condiciones óptimas corresponden a un caudal de 10 dm^3/h, altura del lecho de 75mm y una concentración de aceite en el afluente de 500 mg/dm^3. Más del 89% del aceite emulsionado fue retirado bajo las condiciones óptimas de trabajo. • (Chieu, J. N., Gloyna, E. F., and Schechter, R. S.) [9] emplea un lecho compuesto por vidrio fibroso, el cual cuenta con una altura de 10mm y porosidad del 75%. El afluente cuenta con una concentración de aceite de 100 ppm y el efluente cuenta con una concentración del 30 ppm, dando un porcentaje de remoción del 70%. • (Mathavan, G. N. a nd Viraraghavan, T.) [10] empleó un lecho compuesto por turba obtenida del desecho de actividades de horticultura, con porosidad del 79% y diámetro medio de partícula de 1,6mm. La corriente afluente cuenta con una concentración de aceite de 131 mg/L y el efluente cuenta con una concentración que oscila en el intervalo 125 – 130 mg/L, es decir, hasta una remoción del 99,9%. Cabe resaltar que los filtros más empleados en la industria • corresponden a aquellos con un lecho compuesto de arena o antracita, debido a su bajo costo y su relativa efectividad [11].

destinado a explorar la operatividad de los lechos, así como su rendimiento frente a las exigencias de la normatividad colombiana y la potencial de reinyección de las aguas tratadas, con el fin de darle valor agregado como material filtrante y coalescente de emulsiones de aceite en agua.

•

Se explorará el uso de dos materiales de distinta naturaleza como material empacante. Los materiales empleados se encuentran en grandes cantidades y el presente trabajo está

1. MATERIALES Y MÉTODOS 1.1

Materiales

Todos los químicos recibidos fueron usados sin purificación adicional. Crudo del campo La Hocha, Cloruro de potasio para simular salmuera de yacimiento, agua de llave, emulsificante tween 80, el cual corresponde a un tensoactivo no iónico.

1.2

Métodos

1.2.1 Preparación de la emulsión La preparación de la emulsión se basa en el principio de la conservación de las moles de aceite. Primero se prepara por separado una salmuera de cloruro de potasio de 500 ppm (mg/L) empleando agua de acueducto. Posteriormente, se calcula la cantidad de crudo que necesita adicionarse al agua tal que se obtenga una concentración de 300 ppm (mg/L), pero sin mezclarlo todavía. Posteriormente, se calcula la cantidad de emulsificante Tween 80 a emplear, equivalente al 0,5% en volumen de una solución hipotética de salmuera a 500ppm y crudo a 300 ppm, teniendo en cuenta que estados dos aún no se deben mezclar. Una vez calculada la cantidad de emulsificante, adicionarlo al crudo y agitar hasta obtener un buen mezclado. Posteriormente se mezclan la salmuera con la solución de crudo y emulsificante durante cinco horas a una velocidad de agitación intermedia. Terminado el tiempo de agitación, se deja reposar la mezcla durante 24 horas con el fin de asegurar la estabilización de la emulsión. Luego se filtra la emulsión con el fin de retirar todo aceite que no logró emulsionarse. Posteriormente se

3



COMPOSICIÓN QUÍMICA (%) MUESTRA SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

CaO

MgO

Na2O

K2O

PPI de 110 0C a 10000C

Sílice (-M16+M40)

89-94

3.15-7,15

0,10-0,20

0

0,3-0,5

0,02-0,06

0,11-0,13

1,4-3,4

0,2-0,6

Aluminosilicato 1 sin calcinar

63,267,2

15,7-19,7

5,7-7,7

0,79-0,99

0,33-0,53

1,01-1,21

0,02-0,06

1,25-1,45

6,0-6,5

Aluminosilicato 1 calcinado

67,371,3

16,6-20,6

5,95-7,95

0,81-0,11

0,4-0,6

1,33-1,53

0,06-0,1

1,61-1,81

0,5-0,7

Tabla 2. Composición química. Elaboración propia.

seca el papel filtro y se pesa con el fin de determinar la cantidad de aceite retenida en el filtro. Con base en esta cantidad se procede a corregir la concentración de aceite en la emulsión, empleando la cantidad efectiva de aceite emulsionado que cruzó el papel filtro. Finalmente, con la concentración corregida se procede a realizar la relación de dilución (conservación de moles de aceite) C1V1=C2V2, todo con el fin de preparar una emulsión con concentración de aceite de 100 ppm, la cual es la concentración que se desea obtener, aclarando que el agua de dilución debe contar una concentración de 500 ppm para no perturbar la solución final.

2. RESULTADOS Y DISCUSIONES 2.1

Caracterización del material empacante

2.1.1 Composición Química En la tabla 2 se despliega la información de la composición química en forma de óxidos metálicos a través de fluorescencia de rayos X. La primera muestra corresponde a un material rico en sílice con tamaños de malla en el intervalo 16-40 y relación SiO2/Al2O3 de 17,77. La segunda muestra corresponde a un material aluminosilicato antes y después de calcinar, con relación SiO2/Al2O3 de 3,73 indicando una mayor presencia de aluminio relativo a la sílice en la matriz del material. Ambos materiales cuentan con concentraciones similares de óxidos de metales alcalino/alcalinotérreos, los cuales hacen se acoplan a la red sólida en forma de contraiones. Otra diferencia radica en la alta concentración de hierro y titanio en la muestra de aluminosilicato relativo a la muestra de sílice. 2.1.2 Composición Mineralógica En la tabla 3 se desglosa la información correspondiente a la composición mineralógica. El único mineral común entre ambos materiales corresponde al cuarzo, presente mayoritariamente en la muestra de sílice. Para el material aluminosilicato se aprecia la presencia de hematita (rico en óxido férrico) y clorita

(rico en hierro y magnesio) lo que explica el alto contenido de hierro en dicha muestra. Además, el titanio presente en el aluminosilicato proviene del mineral anatasa. Por otra parte, el material de sílice se encuentra constituido por fases cristalográficas definidas, dando a entender que la estructura molecular del material es regular, mientras que para el material aluminosilicato, cerca de la mitad del material es de naturaleza amorfa, indicando la presencia de estructuras moleculares no definidas y de múltiples morfologías.

SÍLICE Mineral % Cuarzo 75-81% Plagioclasas 5-9% Feldespato 9-13% potásico Otros Alumino< 2% silicatos Óxidos de Fe Trazas

ALUMINO-SILICATO Mineral % Cuarzo 29-36% Amorfos 49-56% Hematita

3-7%

Clorita

< 5%

Anatasa

1-2%

Tabla 3. Composición mineralógica. Elaboración propia.

2.1.3 Caracterización Física La caracterización física se realiza para la granulometría comprendida en los tamaños de malla 16, 20, 30 y 40.

TAMÍZ

MICRONES

ALUMINOSILICATO

SÍLICE

M16

1190

11%

0%

M20

841

26%

13%

M30

595

27%

15%

17%

52%

19%

20%

5

0,5

M40 400 M-40 (material colectado en el fondo del tamiz) Área Superficial Específica (m2/g)

Tabla 4. Caracterización física. Elaboración propia.

4



ARTICLE

La nomenclatura de M-40 corresponde a la cantidad de material que logra cruzar por todas las mallas, incluyendo la malla 40.

100

o d a 080 l u m u 060 c A o d i 040 n e t e 020 R %

AluminoSilicato Silice

000 M16 M20 M30 M40 M-40 Malla Ilustración 3. Caracterización física. Elaboración propia

De la tabla 4 y la ilustración 3 se evidencia que el aluminosilicato posee una distribución de tamaño de grano menos homogénea que el material de sílice debido a su comportamiento cercanamente lineal. Eso quiere decir que este material posee mayor diversidad de tamaños de grano, desde granos gruesos (M16) a no tan gruesos (M40). Por el contrario, más de la mitad de los granos del material de sílice se retienen en la malla 40, indicando menos homogeneidad en el tamaño de grano, oscilando en valores cercanos a la malla 40. 2.1.3 Isotermas de adsorción Las isotermas de adsorción son una herramienta útil para estimar el área superficial de un material por unidad de masa, además de obtener un indicio del tipo de adsorción y el grado de interacción de un adsorbente sobre un adsorbato. ) 007 g / 006 g m005 ( a 004 d i b r 003 o s d 002 A d 001 a d 000 i t n a C

AluminoSilicato 1 Silice 0

100

200

Concentración inicial (mg/L)

Ilustración 4. Isotermas de adsorción. Elaboración propia

El material aluminosilicato presenta una isoterma tipo I, dando a entender que en el intervalo de concentraciones evaluado se obtiene una adsorción en monocapa. Esto podría deberse a la presencia de microporosidad en el material, posiblemente en los minerales de naturaleza amorfa del material. El material de sílice presenta una isoterma tipo 2, habiendo adsorción en mono y multicapas. Debido a que hay adsorción en multicapa se descarta la presencia de microporosidad y como no hay histéresis se descarta mesoporosidad. Por tanto, el material

podría ser no porosos o macroporoso. El material de sílice tiene mayor capacidad de adsorción en unidades de masa (mg/g), sin embargo, no posee la mayor área superficial (m 2/g) (ver tabla 4). Por el contrario, el aluminosilicato cuenta con menor capacidad de adsorción en unidades de masa, pero presenta mayor área superficial que el material de sílice.

2.2

Procesamiento

Se procesan dos materiales para emplearlos en la torre de lecho empacado; se tiene un primer material alumino-silicato y un segundo material de sílice. Para el procesamiento de la síl ice se comenzó lavando el material buscando retirar la fracción más fina concentrando la mayor parte del material traído de mina entre la malla 20 y malla 40. El lavado del material se realiza en un tanque agitándolo con agua y retirando consecutivamente el sobrenadante, se continuó lavando hasta observar que el sobrenadante estuviera transparente. Una vez lavado el material es secado en una estufa durante 24 horas a 80°C y tamizado para retirar las partículas con sobretamaño y los finos que aún pueda contener. El alumino-silicato llega de la mina en terrones con tamaños que pueden ser hasta de 20 cm y con humedades que pueden oscilar entre el 20-40%. Inicialmente es sometido a un proceso de secado controlando que la humedad final del material este con un porcentaje de humedad máximo del 1%. El secado se r ealiza en una estufa a 60°C durante 48 horas aproximadamente. Una vez secado, el material es sometido a procesos de disgregación y molienda; para la disgregación se emplea una trituración primaria del material dejándolo entre una malla 4 y malla 10; para esta operación se garantiza que el porcentaje de humedad sea máximo del 1% para evitar el atascamiento de la trituradora y mantener un buen rendimiento durante la operación. Una vez triturado, el material es micrado dejándolo en una malla 70 y finalmente se le reduce el tamaño de partícula a través de una molienda empleando un molino de bolas, garantizando una malla 200. Para el uso como medio filtrante un material en polvo puede generar altas caídas de presión en el lecho empacado y puede transferirle finos al agua emulsionada que se pretende emplear posteriormente como agua de inyección, lo que puede terminar en daño de formación por taponamiento de garganta de poro. Debido a esto, se opta por realizar un proceso de conformado o aglomeramiento del alumino-silicato para formar gránulos o partículas de mayor tamaño que disminuyan la caída de presión en el lecho empacado. Posterior al proceso de conformado, el material se somete a un proceso de calcinación para aumentar el grado de sinterización o compactación del material, tratando de asegurar que durante el paso de la emulsión el material no suelte partículas finas. Una vez calcinado, el material es tamizado empleando las mallas 20 y 40, tamaños entre los cuales se controla que esté para su posterior evaluación en la torre de lecho empacado. Los parámetros del procesamiento para cada material se resumen en las tablas 5 y 6.

5



OPERACIÓN Secado Trituración primaria Micrado Molienda Conformado

Calcinación Lavado Tamizado

ALUMINOSILICATO 1 CONDICIÓN DE VARIABLE MEDIDA PROCESO 48 horas % Humedad < 1% 60-80°C Granulometría Quijadas Malla 10 Granulometría N.A Malla 70 6-9 horas Granulometría Bolas Malla 200 Tamaño de agregado N.A Malla 20-40 PPI 600-|000°C Finos presentes en 1-2 horas contacto con la Mufla emulsión N.A
Tabla 5. Procesamiento aluminosilicato. Elaboración propia.

SÍLICE OPERACIÓN Lavado

CONDICIÓN DE PROCESO N.A

Tamizado

Vibrotamiz

VARIABLE MEDIDA
Tabla 6. Procesamiento sílice. Elaboración propia.

2.3

Evaluación Efluente

2.3.1 Curvas de ruptura Las curvas de ruptura son una herramienta valiosa para evaluar la concentración de una sustancia de interés en el tiempo o en volúmenes porosos que han fluido en un lecho empacado. Mediante esta herramienta se estima la concentración de aceite en el efluente a diferentes valores de volúmenes porosos, todo con el fin de comparar dicha concentración de aceite con el valor umbral exigido por la normatividad colombiana (resolución 0382): Grasas y Aceites < 5 mg/L. Para el material aluminosilicato se evaluó las curvas de ruptura en una torre a escala piloto (15 kg) y a escala de laboratorio (1kg) (ver ilustración 5). De la ilustración 5 se aprecia que el material aluminosilicato tanto a escala de laboratorio como a escala piloto no logra disminuir la concentración de aceite por debajo del valor de la norma, incluso a bajos volúmenes porosos. Sin embargo, reduce la carga de aceite para el proceso de separación posterior de microfiltración. Además, cuando el material aluminosilicato se satura, la concentración de aceite en el efluente se encuentra por debajo del valor inicial de 100 ppm, indicando una posible separación de aceite por coalescencia de gotas y posterior segregación por densidad. Esta coalescencia podría darse por el constante contacto entre gotas de aceite durante su paso en el material empacante.

) 100 m p 80 p ( e t i 60 e c a n 40 ó i c 20 a r t n e 0 c n o 000 C

AluminoSilicato 1 Torre 1 kg

001

AluminoSilicato Torre Piloto

002

Volumen Poroso

Ilustración 5. Curvas de ruptura aluminosilicato. Elaboración propia.

Para el material de sílice sólo se evaluó la curva de ruptura en un lecho a escala de laboratorio de 1kg. Este material, resulta efectivo a bajos volúmenes de efluente obteniéndose concentraciones de aceite muy cercanos a los valores exigidos por la norma, no obstante, cuando el lecho se satura, las concentraciones en el efluente son muy similares a la concentración del afluente, resultando ser menos efectivo como material coalescente. Todas las observaciones se ven reflejadas en la ilustración 7.

150

e t i e c 100 a n ) ó i m c p a r p 50 t ( n e c 0 n o C

0

200

400

600

800

Volumen efluente (ml) Ilustración 6. Curvas de ruptura sílice. Elaboración propia

) 120 m100 p p ( t 80 i e c 60 a n ó i 40 c a 20 r t n e 0 c n o C

Silice

0

2

4

Alumino -Silicato Torre Piloto

Volumen Poroso

Ilustración 7. Comparación curvas de ruptura. Elaboración propia

6



ARTICLE

2.3.2 Evaluación del pH

un comportamiento oscilatorio que ronda en un valor intermedio entre 7 y 8, por lo que se cumple a cabalidad el valor exigido por la norma.

8 7,5 H p

2.3.3 Evaluación de la turbidez

7

100

6,5

) U T N ( z e d i b r u T

6 0

0,5

1

1,5

2

2,5

Volumen Poroso

80 Agitando

40 20

Ilustración 8. Comportamiento pH aluminosilicato. Elaboración propia

0 0

10

1

2

3

Volumen Poroso

9 H p

Sin Agitar

60

Ilustración 10. Turbidez Efluente material aluminosilicato. Elaboración propia.

8 7 6 5 0

1

2

3

4

Volumen Poroso Ilustración 9. Comportamiento pH sílice. Elaboración propia

La norma colombiana indica que el pH de un agua de inyección o disposición debe encontrarse en el intervalo 6,5-8,5, por tanto, de acuerdo con la ilustración 8, el material aluminosilicato cumple con la normatividad a bajos volúmenes porosos, sin embargo, después de los 2 volúmenes porosos hay una leve desviación que a posteriori debería ser evaluada y reconsiderada. En este material existe alguna especie de interacción química que libera protones, posiblemente debido a la presencia de carga negativa superficial en dicho material o al hierro en la matriz del material. Por otra parte, en la ilustración 9, se observa que para el material de sílice se observa

Cantidad de material Torre (1kg) Volumen Poroso Volúmenes Porosos (10 ppm) pH (Promedio) Conductividad (Promedio) Turbidez Promedio

Respecto a la normatividad, el límite de turbidez permitido en aguas de inyección y disposición subterránea es de < 2 NTU, para el cual, observando la ilustración 10 se observa que el efluente del material aluminosilicato no cumple con dicho parámetro. Sin embargo, posterior a un volumen poroso, la turbidez converge a un valor de aproximadamente 11 NTU, indicando que el lecho disminuye la turbidez (no tanto como se desea) a un valor por debajo del valor inicial, disminuyendo así la carga al equipo de microfiltración. Adicionalmente, a medida que transcurren los volúmenes porosos, disminuye los sólidos sedimentables, evidenciado en la convergencia entre las curvas de turbidez con y sin agitación. En cuanto al lecho empacado de sílice no se observó mayor diferencia entre las curvas con y sin agitación (no se presenta la gráfica), indicando que el lecho no desprende sólidos sedimentables. Además, también hubo una disminución neta de la turbidez comparado con el valor del afluente (ver tabla 8). A continuación, se desglosa la información del afluente empleado para los dos materiales y el resumen de los resultados obtenidos para los dos lehos.

ALUMINO-SILICATO 1

SÍLICE

800 g

946 g

300 mL 0,20 7,02 559,6 uS/cm 34,83 Sin Agitando NTU Agitar

176 mL 0,75 7,38 701,48 uS/cm 11,58 NTU

Tabla 7. Características empaque/efluente. Elaboración propia

7


9,5 NTU

Emulsión Tanque Concentración (ppm)

100

Conductividad (uS/cm)

1080

pH

7,33

Turbidez (NTU)

21

Tabla 8. Características afluente. Elaboración propia

2.4

Contraste  vs 

El diámetro de garganta es factor decisivo en los múltiples procesos físicos a los que es sometido el fluido de yacimiento, esencialmente en la movilidad y depositación de partículas. En 1986, Katz y Thompson muestran que la permeabilidad es proporcional al cuadrado del diámetro de garganta y el factor de porosidad.

 ≈ 4.48   En las formaciones sedimentarias colombianas el tamaño de poro y el diámetro de garganta es variable, puesto que se cuenta con diferentes tipos de litologías, que han sufrido diferentes procesos diagenéticos. En Colombia se cuenta con

23 cuencas sedimentarias, en las que se destacan Valle del magdalena medio, Llanos orientales, Cordillera oriental, Catatumbo entre otras. En formaciones productoras de petróleo el rango de garganta de poro está entre 0.1 a 100 µm, en el magdalena medio tiene un promedio de 500 a 1000 µm en las regiones menos profundas y en las regiones más profundas de 50 a 500 µm; en pie de monte se registran entre 0.1 a 400 µm, en formaciones marinas el diámetro de garganta es mucho más pequeño entre 0.001 a 0.05 µm. Por otra parte, mediante la ecuación de Katz y Thompson se logró construir una campana gausiana de distribución normal, en el cual las gargantas de poro promedio corresponden a 2,84 μm; 3,24 μm y 2,73m para cupiagua, Cusiana y Casabe, respectivamente (ver ilustración 11). Para analizar el daño de formación se adoptará como estrategia la adopción del peor escenario, es decir, se tomarán los tamaños de gota más grandes correspondiente a cada material y ser observará aquel que cause menos daño a la formación. Para el aluminosilicato se toma el tamaño de gota de 0,408 μm y para el material de sílice se toma el tamaño de gota de 0,1139 μm. En la ilustración 12 se aplica gráficamente la heurística de la relación entre el diámetro de partícula con el diámetro de garganta.

TAMAÑO DE GOTA

Blanco

Promedio

D(10%)

D(50%)

D(90%)

Μm

μm

μm

μm

0,0068

0,005

0,006

0,0084

Material Sílice 10 ml

0,0914

0,0681

0,0821

0,1139

19 ml

0,0061

0,0045

0,0055

0,0077

250 ml

0,0365

0,0274

0,0329

0,0452

100 ml

0,0648

0,0483

0,0582

0,0811

45

0,0132

0,0108

0,0118

0,0148

Material Aluminosilicato 3min

0,3096

0,2213

0,2687

0,408

30min

0,0146

0,0114

0,0133

0,0179

40min

0,0138

0,0109

0,0125

0,0164

60min

0,0181

0,0127

0,0152

0,0218

90min

0,0146

0,0106

0,0131

0,0183

Tabla 9. Resumen información DLS. Elaboración propia.

Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín

|8



ARTICLE

0,14 0,12 0,10 0,08

Cupiagua Cusiana

0,06

Casabe 0,04 0,02 0,00 0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

Diámetro de garganta (μm) Ilustración 11. Distribución normal para el diámetro de garganta de poro de tres campos colombianos. Elaboración propia.

0,14

0,12

0,10 Cupiagua Cusiana

0,08

Casabe 0,06

dg=7*dp (Aluminosilicato) dg = 3*dp (Aluminosilicato)

0,04

dg=7*dp (Sílice) dg=3*dp (Sílice)

0,02

0,00 0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

Diámetro de garganta (μm)

Ilustración 12. Aplicación heurística de 1/3 y 1/7. El aboración propia

9



Dentro de la ilustración 12 se graficó los intervalos de 1/7 a 1/3 en los cuales sucede: • • •

dparticula/dgarganta < 1/7 (migración de la gota). 1/71/3 (puenteo).

Por tanto, aquel intervalo que se encuentra más desplazado a la izquierda dañara en menor medida la formación. así, desde el punto de vista del daño a la formación, el material adecuado para realizar el tratamiento de la emulsión de aceite en agua corresponde a la sílice.

CONCLUSIONES El material de sílice es más conveniente desde el punto de vista del daño a la formación, ya que cuenta con un intervalo de bloqueo angosto y muy desplazado a la izquierda. Lo que significa que afectará en menor medida los tamaños de garganta de poro más probables según la campana gaussiana. Cabe resaltar que, de acuerdo a la distribución normal gaussiana de los tres campos expuestos, es inevitable dañar la formación siempre que se tenga aceite emulsionado, incluso a bajas concentraciones. A pesar de todo, ambos materiales no cumplen con los parámetros de turbidez y contenido de aceite estipulado por la norma, por lo que a futuro se deben corregir dichas falencias. Sin embargo, en el parámetro de pH, la sílice cumple la norma mientras que el aluminosilicato no. Finalmente, si no se realiza un procesamiento previo del material podría darse liberación de finos, dando la posibilidad de agravar la emulsión y agravar el daño a la formación.

AGRADECIMIENTOS Agradecemos al laboratorio de fenómenos de superficie por la ayuda prestada en la caracterización en el tamaño de gota, así como a Sumicol por brindar el espacio para realizar las pruebas piloto y de laboratorio, así como la correspondiente caracterización de los materiales y efluentes obtenidos.

[3] Ministerio de Protección Social Ambiente Desarrollo y Vivienda, “Resolución número 2115,” p. 23, 2007. [4] M. estupiñan; Robinson Andres and M. N. Henry Oswaldo, “Metodologia Para el Manejo de Aguas de produccion en un Campo Petrolero,” pp. 1– 202, 2012. [5] ECOPETROL, “GENERALIDADES SOBRE POZOS INYECTORES.” [Online]. Disponible en: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source= web&cd=1&ved=0ahUKEwjB4_KozqrTAhWBwiYKHSuuC4EQFg gjMAA&url=http://www.anh.gov.co/Seguridad-comunidadesy-medio-ambiente/Proyectos-de-Gestion-delconocimiento/Taller Pozos de Inyeccin/Conferencia%. [6] D. B. Bennion, B. . Bennion, and R. . Bietz, “Injection Water Quality - A Key Factor to Successful Water Flooding.” p. 1, 1996. [7] P. Kundu and I. M. Mishra, “Removal of emulsified oil from oily wastewater (oil-in-water emulsion) using packed bed of polymeric resin beads,” Sep. Purif. Technol. , vol. 118, pp. 519 – 529, 2013. [8] S. Maiti, I. M. Mishra, S. D. Bhattacharya, and J. K. Joshi, “Removal of oil from oil -in-water emulsion using a packed bed of commercial resin,” Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp., vol. 389, no. 1 –3, pp. 291 –298, 2011. [9] C. J. N and G. E. F, “ Treatment of Emulsified Oily Wastes by fibrous Bed Coalescers,” 1975. [10] P. Kundu and I. M. Mishra, “Removal of emulsified oil from oily wastewater (oil-in-water emulsion) using packed bed of polymeric resin beads,” Sep. Purif. Technol., vol. 118, pp. 519 – 529, 2013. F. Gómez. F, “Materiales Filtantes,” 2013. [Online]. [11] Available: http://www.serteagua.com/index.php/materialesfiltrantes.

REFERENCIAS [1] J. G. Mora, “Autoridad Nacional de Licencias Ambientales ANLA,” Resolución 822 , no. 3382, p. 65, 2013. [2] Ministerio de Ambiente y desarrollo sostenible, “R esolución No 0631 para vertimientos de aguas negras.” p. 62, 2015.

10


Aguas de Inyeccion

Recommend Documents