UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Emulsiones de Petróleo y Gas
2017
Contenido ✓
Tratamiento en campos de petróleo y gas
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Emulsión
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Formación de emulsiones Tratamiento de emulsiones
Gravedad
Agentes Químicos demulsificantes
Adición de Calor
Corriente Electrostática
TRATAMIENTO EN CAMPOS DE CRUDO Y GAS
En la actualidad 2/3 de la producción mundial de crudo se obtiene en forma de emulsión, que necesariamente debe ser tratada. El agua salada fluye con el petróleo en forma de baches (más o menos grandes) o como pequeñas gotas dispersas en forma estable en la masa del petróleo. En el primer caso se trata de una simple mezcla de petróleo y agua. En el segundo de una emulsión.
Los problemas de desemulsificación de crudos son cada vez más difíciles de resolver, ya que el petróleo producido bajo los modernos métodos de recuperación adquiere un grado mayor de emulsificación. Los métodos de tratamiento de las emulsiones han evolucionado notablemente, desde el simple reposo en separadores convencionales hasta la aplicación de voltajes eléctricos elevados, pasando por los diferentes métodos mecánicos, térmicos y químicos. Queda manifiesta la importancia de la deshidratación y desalado al nivel más alto posible, mediante la selección apropiada del proceso y equipo de campo. Dentro de un sistema de oleoductos que conducen el petróleo a una refinería o a un puerto para su exportación deben manejarse crudos con valores de agua y sal adecuados.
Emulsión EMULSIÓN: Una emulsión es una mezcla íntima y estable de agua y petróleo. Más rigurosamente, una emulsión es un sistema heterogéneo constituido, por lo menos, por un líquido no miscible disperso íntimamente en otro en forma de gotas, cuyos diámetros son generalmente de de 0.10 micras. La estabilidad de dicho sistema puede alterarsemayores por medio mecanismos demulsificantes.
Formación de Emulsiones Las emulsiones de petróleo y agua son dispersiones de gotas de agua en el petróleo, que se vuelven estables por la acción de algunos materiales presentes en el hidrocarburo. Para formar una emulsión es necesario, además del agua y el petróleo, la agitación y la presencia de un agente emulsificante que estabilice la mezcla. Los agentes emulsificantes presentes en el petróleo son:
- Asfaltenos. - Resinas. - Cresoles. - Fenoles. - Acidos orgánicos. - Sales metálicas. - Sedimentos. - Arcillas. - Productos de la corrosión. - Sólidos finamente divididos. Etc.
Formación de Emulsiones
Cada gota de agua es cubierta por una película de agente emulsificante; las gotas quedan aisladas entre sí tanto física como eléctricamente. Esta película es el resultado de la adsorción de los agentes químicos emulsificantes polares de alto peso molecular (generalmente asfaltenos). Factores que afectan la estabilidad de una emulsión son: - El grado de agitación. (mayor agitación, mayor estabilidad emulsión) - La viscosidad del petróleo.
(alta viscosidad permite mantener gotas grandes en suspensión)
Tratamiento de Emulsiones Gravedad.
La deshidratación de crudos es esencialmente un proceso de separación por gravedad. La gravedad proporciona la fuerza natural requerida para remover el agua salada del petróleo. Actualmente se dispone de varios diseños de equipo para ayudar a la separación por gravedad, ninguno de ellos separa el agua del petróleo, simplemente juegan un determinado papel en el proceso. El tiempo necesario para que las gotas de menor tamaño se asienten es uno de los factores de diseño más importantes. Esto puede ilustrarse mediante la Ley de Stokes
Agentes químicos demulsificantes.
Comúnmente el primer paso en el tratamiento de una emulsión es la adición de compuestos demulsificantes. Son compuestos formulados con varios productos químicos, tales como glicoles y resinas. El mecanismo de acción de los demulsificantes consiste en romper y desplazar la película de agente emulsificante que rodea a la gota de agua (floculación) y aumentar su tensión superficial y la atracción molecular propiciando la coalescencia.
Adición de calor. La adición de calor permite un asentamiento más rápido de las partículas de agua, a través de los siguientes efectos: 1) Reduce la viscosidad del petróleo. 2) Por expansión del agua, la película que rodea a las gotas se rompe o se reduce su resistencia. 3) Aumenta el movimiento de las moléculas. 4) Permite acentuar la diferencia de densidades entre las partículas de agua y el petróleo.
Tratadores Térmicos
Es un recipiente o vasija a presión, diseñado para separar y romper la emulsión petróleo - agua mediante calentamiento. También se obtiene la separación de gas y agua libre como efecto secundario.
Tratadores térmicos TRATADORES HORIZONTALES
En el tratador horizontal, el flujo entra por la sección frontal. El de la interfase líquido cae en los petróleo-agua alrededores en donde éste es lavado y es separada el agua libre.
El petróleo y la emulsión pasan por los tubos de fuego (pirotubo) y a la cámara o sección de agua libre. La interfase petróleo-agua en esta sección del recipiente es controlada por un controlador de nivel una de interfase acciona válvula que de descarga para el agua libre.
TRATADOR TERMICO VERTICAL
En el tratador además del calentamiento ocurre la separación de fases. La remoción de agua del crudo requiere por lo general de un procesamiento adicional que va más allá de la separación gravitacional. Un método común para separar esta emulsión de "agua en petróleo" consiste en tratar el flujo en un contenedor de tratamiento del petróleo que aporta energía en forma de calor para ayudar al proceso de rompimiento de la emulsión.
Corriente Electrostática.
La base para la unión o coalescencia electrostática de las gotas la proporciona la propia molécula de agua; formada por una parte de oxigeno y dos de hidrógeno que al unirse configuran un campo eléctrico (a). El centro del componente positivo, el hidrógeno, esta en un extremo y el componente negativo, el oxigeno, esta en el otro. Esto es un dipolo y responde a la aplicación de un campo eléctrico. Bajo la influencia de un campo eléctrico una gota de agua se deforma elipsoidalmente, como se muestra en la figura (b). Con el alargamiento de la gota, la película que la rodea puede romperse, facilitando la coalescencia de gotas adyacentes.
TRATADORES ELECTROSTÁTICOS
Algunos tratadores utilizan una sección de electrodos. La trayectoria del flujo en un tratador electrostático es la misma que para un tratador horizontal. La única diferencia es que se utiliza un campo eléctrico de corriente alterna (AC) y/o corriente directa (DC) aplicada en una rejilla para provocar la unión de las gotas de agua. Cuando la emulsión llega a la rejilla el potencial hace que las gotas vibren rápidamente hacia arriba y hacia abajo causando choques que provocan la coalescencia y precipitación posterior.
DESHIDRATACION ELECTROSTATICA MICRO FOTOGRAFIA DE UNA EMULSION TOMADA
A 1200 IMAGENES POR
SEGUNDO
Emulsion inicial
0.055 sec. después de aplicar voltaje
0.0066 sec. después de aplicar voltaje
0.081 sec. Después de aplicar voltaje
0.0133 sec. después de aplicar voltaje
0.083 sec. Después de aplicar voltaje
