FACILIDADES DE SUPERFICIE: TRATAMIENTO DE CRUDO EDISON ODILIO GARCÍA NAVAS Ingeniero de Petróleos Ingeniero Petróleos - UIS Magísterr en Ingeniería Magíste Ingeniería de Hidrocarbu Hidrocarburos ros - UIS
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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS BUCARAMANGA, 2015
El trat tratam amie ient nto o de emul emulsi sion ones es busca neutral ralizar de alguna una manera la acció ción del agente emulsificante, ya sea venciendo las fuerzas repulsivas que impiden que las gotas de la fase dispersa se unan, o destruyendo la película adherida a las gotas de la fase dispersa.
FACTORES PARA LA SELECCIÓN DE UN SISTEMA DE TRA TR ATAMI MIEN ENT TO DE CR CRUD UDO. O. 1.
Dureza Dure za o apre apretado tado de la emuls emulsión ión
2.
Gravedad específica del aceite (crudo intermedio) y del agua de producidos.
3.
Cantidad Cant idad del flui fluido do a ser trata tratado. do.
4.
Porcenta Porc entaje je de de agua agua pres presente ente en la prod producci ucción ón
5.
Salini Sal inidad dad del agu agua a prese presente nte en la prod producció ucción n
6.
Efecto Efect o corro corrosivo sivo del acei aceite, te, agua o gas.
7.
Tendencia del agua a formar incrustacion incrustaciones. es.
8.
Presencia de agentes emulsificantes en la formación productora.
9.
Tend endenci encia a del del crudo crudo a formar para parafina finas s
pesado,
liviano
o
Existen diversas formas para realizar el rompimiento de las emulsiones. Para el caso de las emulsiones directas (agua en petróleo) se van a considerar cuatro procesos:
Tratamiento Térmico.
Tratamiento Electroestático.
Tratamiento Químico.
Tratamiento Gravitacional.
Un método común en la separación de emulsiones de agua en aceite, es tratar que la corriente que llega al recipiente tratador adquiera calor para ayudar al rompimiento de la emulsión. Incrementado la temperatura de los dos fluidos se aumenta la posibilidad que las gotas de agua dispersadas puedan chocar con suficiente fuerza para coaleser.
TRATADORES TÉRMICOS: Los tratadores térmicos son equipos que cuentan con dos secciones: una sección inicial de calentamiento (la cual cuenta con un tubo de fuego) y otra de coalescencia (donde se produce la separación. Pueden ser verticales u horizontales. A pesar de que su costo es más elevado que el de un calentador, se está usando masivamente, pues reduce la necesidad de instalar otros equipos aguas abajo.
En los calentadores de tipo directo el calor es transferido por contacto directo de la corriente alimentada con el calentador. Los calentadores indirectos, en donde el calentamiento se realiza por medio de un fluido a alta temperatura que rodea el fluido a calentar. Es importante que el nivel de fluido sea revisado continuamente en el calentador, porque siempre debe estar por encima del tubo de combustión, pues, éste se podría fundir.
El calor acelera la acción química del agente emulsificador de la película que recubre las gotas, la cual es rígida, pero se expande hasta romperse con la aplicación de calor, permitiendo a las gotas combinarse entre si, caer y sedimentarse. Los tratadores térmicos pueden ser de tipo directo e indirecto en función de la forma en que se aplica el calor.
CALENTADORES DIRECTOS:
La eficiencia de estos equipos es alta (entre el 75 y el 90%) y ofrecen un costo inicial que no es tan elevado como otros sistemas de calentamiento. Para su operación es normal que se utilice gas o incluso crudo del mismo campo. Son utilizados para calendar emulsiones no corrosivas a presiones relativamente bajas.
CALENTADORES INDIRECTOS:
Los calentadores de fuego indirecto son más seguros, pues no existe un contacto directo entre la fuente de calor y la emulsión, pero esto acarrea pérdidas de energía, lo que se traduce en eficiencias más bajas. El calor de la zona de combustión es transferido dentro del recipiente indirectamente por medio de un baño de agua a el haz de tubos.
CALENTADORES INDIRECTOS:
Dependiendo de la temperatura a la cual debe llegarse, el baño puede ser de agua, vapor o hot-oil. En cualquier caso, el fluido a calentar circula por un conjunto de serpentines horizontales, y la mezcla combustible circula por un tubo de fuego que circula en “U” . En los casos de baños de agua o hot-oil, se debe instalar un recipiente de expansión para compensar las variaciones de volumen del líquido.
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Un tratador Termo-electrostático es un tanque a presión que combina todo el equipo necesario para tratar la emulsión. Su objetivo principal es separar la emulsión y permitir al agua sedimentarse, para permitir la obtención de crudo limpio. Están provistos de dos secciones, la primera corresponde a los calentadores tubulares para que el crudo sea calentado y se le retire el gas. La segunda sección consta de rejillas que crean un campo eléctrico, que separa el agua del aceite.
Este proceso es posible debido a la composición molecular del agua (naturaleza polar), es decir, en la misma molécula existen dos polos uno positivo y uno negativo, y cuando estas moléculas pasan por un campo electrostático, se orientan en la dirección de este. Los tratadores termo-electrostáticos reciben la emulsión cuando ésta ya ha sido tratada químicamente.
TRATAMIENTO ELECTROSTÁTICO Para su buen funcionamiento se requieren varias condiciones: •
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La viscosidad del crudo debe ser menor que 50cp. La diferencia entre las gravedades específicas del crudo y el agua debe ser mayor que 0,001. La conductividad eléctrica del aceite no debe exceder el valor de 10-6mW/cm. La salinidad del agua debe ser mayor que 10000 ppm (el agua de mar tiene unas 35000 ppm).
TRATAMIENTO ELECTROSTÁTICO
La emulsión puede ser rota a temperaturas mas bajas que las requeridas por los calentadores. Debido a que los recipientes son mas pequeños que los tratadores térmicos, son ideales para ser usados en plataformas costa afuera. Como manejan menores temperaturas de tratamiento provocan menos problemas de corrosión e incrustación.
Su mayor desventaja es el gasto adicional que ocasionan por el sistema eléctrico requerido, sistemas de control y de mantenimiento.
Este tratamiento se basa en la diferencia de densidades de dos fluidos. Debido a la mayor densidad o gravedad especifica del agua, esta ira al fondo del tanque, mientras que el aceite de menor densidad estará en la parte superior. Para que este tipo de tratamiento sea efectivo, es necesario dejar al crudo en , drenándose el agua depositada en el tanque que recibe el nombre de “Agua Libre”.
SEPARACIÓN GRAVITACIONAL: GUN BARRELS
GUN BARRELS
Ahorro de combustibles porque no necesita calentar la emulsión.
Evita
problemas de incrustación, debido al calentamiento del agua.
Reduce
costos de tratamiento químico adicional para las incrustaciones.
Tanques.
Sedimentadores.
Tanques de Lavado.
Gun Barrels.
Free Water Knock Out.
Gun Barrel
FWKO. Tiempo de asentamiento de 10-20 min.
Definición
Desemulsificantes
Dosificación
Selección Ventajas
Consiste en agregar a la emulsión ciertas sustancias químicas, llamadas desemulsificantes, las cuales atacan la sustancia emulsificante y neutralizan su efecto para promover la neutralización de la emulsión.
TRATAMIENTO QUÍMICO Existen químicos que se inyectan para diversas tareas (bactericidas, inhibidores de corrosión, inhibidores de incrustaciones, secuestrantes de oxígeno, antiespumantes, etc.). El problema que acarrea su uso radica en que los principios activos de estos productos incluyen tensoactivos. Los químicos usados en el rompimiento de emulsiones tienen un efecto coagulante. Es importante seleccionar el tipo de químico en función del tipo de fluido presente.
TRATAMIENTO QUÍMICO EFECTO: Existen diversas teorías. Para algunos autores, cuando existe una emulsión directa (W/O) y se aplica un rompedor, éste neutraliza las cargas tendiendo a formar una emulsión inversa, con lo cual se altera el equilibrio termodinámico y se produce la ruptura. Otros sostienen que el rompedor hace que la película que rodea la gota se contraiga hasta que no resiste más y se rompe. Y así, cada autor plantea una explicación a este fenómeno.
TRATAMIENTO QUÍMICO Para determinar la dosis óptima del producto químico que se desea emplear, se realiza una prueba de jarras (prueba de botella). –
PUNTOS DE INYECCIÓN DEL DESEMULSIFICANTE.
El punto de inyección más adecuado para el desemulsificante corresponde al múltiple de producción, donde la entrada de las líneas de flujo se forman mezcladores naturales, lo que facilita el contacto del rompedor con la interfase agua/aceite de cada gota de agua dispersa en la fase continua aceite.
PUNTOS DE INYECCIÓN DEL DESEMULSIFICANTE.
La aplicación depende de las características de la emulsión:
Se necesita de agitación para que el desemulsificante se mezcle con la emulsión.
Si hay mucha agua libre, es mejor retirarla antes de agregar el desemulsificante porque este es soluble en agua.
A mayor temperatura mayor será el efecto del desemulsificante.
Bajo costo de instalación y operación.
Proceso y equipo sencillo.
Versatilidad:
Se puede aplicar a procesos de gran y pequeña
escala.
No se altera la calidad del crudo.
Separación rápida y efectiva.
DESALACIÓN DE CRUDO Los principales problemas asociados a la presencia de sales en el crudo son la corrosión y la precipitación de escamas. Debido a que las sales son compuestos de tipo polar se disuelven en su gran mayoría en la fase acuosa. El contenido de sal se puede expresar en partes por millón (ppm) o en libras por cada mil barriles (PTB).
SALMUERAS Provienen de las formaciones geológicas donde está depositado el crudo y se encuentra en el crudo como una emulsión. El contenido de sal de crudos puede variar entre 2 2000 PTB con contenido de agua entre 0-+90%. La sal también puede ocasionalmente existir en el crudo en forma de cristales. –
Los tipos de sal encontrados en salmueras son: cloruros de sodio (75%), calcio (15%), magnesio (10%) cantidades muy pequeñas de sulfatos y carbonatos.
DESALACIÓN DE CRUDO La salinidad aceptada por cada refinería (u oleoducto) varía entre 1 y 10PTB. El tratamiento para retirar la sal consiste básicamente en la dilución de esa solución salina (agua de producción + sal) mediante la adición de agua fresca.
NUEVAS TECNOLOGÍAS PARA TRATAMIENTO DE CRUDOS Recientemente han surgido nuevos métodos y equipos para el tratamiento de emulsiones, que se encuentran en diversas fases de desarrollo. Se destacan: •
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Tratamiento centrífugo Ultrasonidos Deshidratación magnética
Microondas
TRATADORES CENTRÍFUGOS. Ventajas • •
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Alta eficiencia. Alta capacidad de tratamiento (hasta 80000BFPD). Bajo requerimiento de calor y solventes. Alto nivel de automatización. Equipos compactos (4m de altura, 5m de lado).
Desventajas •
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No manejan más de un 5% de gas libre (se requieren separadores aguas arriba). No manejan sólidos. Alto consumo de energía eléctrica.
Pruebas en Colombia: Jazmín, Rubiales y Castilla.
PRUEBAS TRATAMIENTO CON ULTRASONIDOS Ventajas
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Alta eficiencia en la remoción de crudo. Reducción en el consumo de químicos y solventes. Bajo costo.
Desventajas
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Su uso no es recomendable en crudos pesados. No se han realizado pruebas de campo.
DESHIDRATACIÓN MAGNÉTICA Ventajas
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Buenos resultados en el laboratorio y en las pruebas de campo. Reducción del consumo de químicos y solventes. Buen funcionamiento a bajas temperaturas
Desventajas
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No se han realizado pruebas en crudos pesados. Poco conocimiento de esta tecnología.
