DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA Y SEDIMENTOS EN EL PETRÓLEO CRUDO POR MÉTODO DE LA CENTRÍFUGA (PROCEDIMIENTO DE CAMPO) ASTM D (96-88)
PRESENTADO POR: SANTIAGO PUENTES NINCO COD. 20151135711 MARIA FERNANDA CASTRILLON CASTRILLON DIAZ COD. 20151133204 NESTOR DAVID RODRIGUEZ GONZÁLEZ COD. 20162152534
PRESENTADO A: ING. HAYDEÉ MORALES MONDRAGÓN
ASIGNATURA: CRUDOS Y DERIVADOS
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE PETRÓLEOS NEIVA – HUILA 1
TABLA DE CONTENIDO Pág. INTRODUCCION OBJETIVOS 1. MARCO TEÓRICO
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2. MATERIALES
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3. PROCEDIMIENTO
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4. TABLA DE DATOS
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5. MUESTRA DE CÁLCULOS
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6. TABLA DE RESULTADOS
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7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
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8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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9. RESPUESTA AL CUESTIONARIO
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BIBLIOGRAFÍA
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INTRODUCCIÓN
Es de suma importancia realizar la determinación del BSW de un crudo debido a las numerosas problemáticas que este puede generar en la industria del petróleo. Dentro de estos problemas ocasionados por el contenido de agua y sedimento en el crudo podemos encontrar daños asociados con la corrosión e incrustaciones de tuberías en la producción, transporte, tanques de almacenamiento y refinería; lo que resulta poco viable a nivel económico y operacional. Así mismo, al determinar la cantidad de compuestos que acompañan al crudo en una muestra podremos saber cuáles serán los tratamientos que debemos seguir según sea la cantidad de sedimentos, teniendo en cuenta que debemos cumplir las normas estándares de calidad para su transporte por oleoductos y su refinación; dichos porcentajes, establecidos por ECOPETROL, son de 1% y 0.5%.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar el contenido de agua y sedimento de un crudo por centrifugación.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Reconocer la importancia de la determinación del contenido de agua en un crudo. Determinar el BSW de un crudo. Identificar los problemas que puede ocasionar un crudo con alto BSW a una empresa petrolera, tanto económica, como operacionalmente debido a los tratamientos que se le deben efectuar al crudo para disminuir su alta cantidad de agua y sedimentos.
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MARCO TEORICO El agua es un fluido que se considera está asociado a la totalidad de los crudos producidos de un yacimiento y además, los sedimentos provienen de la misma roca en donde éste se encuentra almacenado originalmente. La determinación del contenido de agua y sedimento se requiere conocer con precisión para los volúmenes netos de crudo involucrados en ventas, aportes, intercambios, inventarios y transferencias. SEDIMENTO Contaminante sólido que acompaña al combustible, puede estar en suspensión o separado. Son procedentes de la roca almacén. AGUA Es encontrada en su mayoría relacionada con el crudo de un yacimiento. Un alto contenido de agua puede originar precipitación de carbonatos y taponamiento en tuberías. Esta se puede encontrar libre o emulsionada en el crudo. BSW La determinación del contenido de agua y sedimentos presentes en el crudo es de gran importancia al momento de venta, compra, tratamiento, almacenamiento y transporte ya que un excesivo contenido puede traer problemas en los equipos y sanciones si no se cumplen a cabalidad las normas establecidas. La prueba de BSW por el método de la centrifuga es la más utilizada en campo debido a su sencillez y rapidez, ya que no necesita mayores elementos para la determinación del agua y sedimentos. En realidad solo es necesario tener a la mano una muestra de la emulsión, desemulsificante, zanahorias graduadas y un equipo de centrifuga, los cuales permiten hallar el porcentaje BSW del crudo. Los demás métodos son más meticulosos, pero dan mayor aproximación a este porcentaje ya que la prueba de la centrifuga no está exenta del error humano. En relación a lo anterior, el método no es enteramente satisfactorio ya que la cantidad de agua detectada es casi siempre menor que el contenido real. Cuando se requiera mayor exactitud se pueden utilizar los métodos de agua por destilación o valoración y sedimento por extracción. Para realizar este método se debe usar un solvente saturado con agua para que la prueba sea representativa. EMULSIÓN La emulsión es definida como un sistema de dos fases conformada por dos líquidos parcialmente miscibles, uno de los cuales es dispersado en el otro en 4
forma de glóbulos. En el crudo obtenido del yacimiento, se presenta el agua como fase dispersa en el crudo. Un agente emulsivo, emulsificante o emulsionante es un agente tenso activo que disminuye la tensión superficial entre el agua y el aceite, formando una película en la interface; se suele agregar a una de las fases para facilitar la formación de una dispersión estable. CENTRÍFUGACIÓN Proceso que emplea un equipo denominado centrífuga, la cual a partir de una fuerza centrífuga proporciona movimientos de rotación con el objetivo de separar los componentes que constituyen una mezcla en función de su densidad. La centrifugación se puede desarrollar a escala preparativa o escala analítica. La primera, se utiliza para aislar partículas para su aprovechamiento posterior y la segunda, permite determinar propiedades físicas como la velocidad de sedimentación o el peso molecular. La centrifugación preparativa se emplea para separar partículas según:
La velocidad de sedimentación: centrifugación diferencial, donde las sustancias con densidades similares se sedimentarán juntas. La masa: centrifugación zonal, donde las partículas se mueven a velocidades que dependen de la masa. La densidad: centrifugación isopícnica.
MATERIALES CENTRIFUGA Una centrífuga es una máquina que pone en rotación una muestra para separar por fuerza centrífuga sus componentes o fases (generalmente una sólida y una líquida), en función de su densidad. Usualmente se emplea en proceso de separación de la sedimentación de los componentes líquidos y sólidos. En la presente práctica se utilizará específicamente para separar el curdo del agua y los sedimentos ya que fuerza a que, por la acción de la gravedad, las partículas con mayor densidad se vayan al fondo del recipiente.
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Se debe tener en cuenta que las muestras se deben disponer teniendo en cuenta que las cargas que tienen la misma masa o peso deben quedar opuestas. Además, deben tener el mismo centro de gravedad. TUBOS PARA CENTRIFUGA También llamados zanahorias de centrífuga. Son tubos diseñados para pruebas en el campo de ingeniería de petróleos. En el laboratorio utilizamos cuatro de estos tubos para realizar el método de centrífuga. BAÑO DE TEMPERATURA El baño de maría para laboratorio es un equipo que se utiliza en laboratorios de química. Éste equipo se utiliza para el calentamiento indirecto, por convección térmica del medio y de sustancia. Se basa en un método empleado para conferir la temperatura uniforme a una sustancia liquida o sólida, sumergiendo el recipiente que lo contiene en otro mayor con agua que se lleva hasta la ebullición. SOLVENTES (VARSOL) Son compuestos orgánicos basados en el elemento químico carbono. Son capaces de disolver muchas sustancias, por lo general son derivados del petróleo. DESEMULSIFICANTE El agente desemulsificante o rompedor, actúa en la interface agua-aceite, rompiendo la emulsión y ayudando a unir las gotas de agua por medio de atracción, lo que hace que incrementen su peso y se sedimenten. Los desemulsificantes se caracterizan por su gran actividad superficial, porque se absorben fácilmente en la interface, facilitan la eliminación del agua y permiten obtener un crudo más limpio que cumpla con la normatividad. Además, los desemulsificantes pueden ser aplicados en un amplio rango de temperaturas para alcanzar el objetivo requerido. Sin embargo, se debe prestar especial atención a su selección adecuada y aplicación, teniendo en cuenta las características del fluido y la disponibilidad de facilidades de producción, ya que determinarán un tratamiento exitoso.
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PROCEDIMIENTO
Para realizar esta práctica, lo primero que hicimos fue verificar las condiciones en las que se encontraban los equipos y materiales que íbamos a usar; luego procedimos a añadir nuestro crudo (traído de campo dina) en las cuatro zanahorias de centrífuga hasta alcanzar un volumen de 50 ml, pues los otros 50 ml restantes fueron llenados por el solvente que este caso fue varsol.
Observamos que la cantidad total vertida en las zanahorias fuera de 100 ml. Después, una vez llenados los cuatro tubos para centrífuga procedimos a taparlos con un corcho y agitarlos para que se homogenizara la mezcla. Vale la pena resaltar, que solo tendremos en cuenta tres de las cuatro zanahorias debido a que la otra solo era para calibrar la centrífuga.
En la imagen podemos observar las zanahorias que contienen la mezcla homogenizada. La ultima zanahoria de izquierda a derecha, solo la tuvimos en cuenta a la hora de calibrar la centrífuga.
Se puso a funcionar el baño maría y a la par sumergimos constantemente un termómetro para ir asegurando que la temperatura 7
alcanzada fuera 60°C ± 3°C. Una vez se alcanzó dicha temperatura deseada, desconectamos el equipo para evitar el aumento de la misma. Al terminar el baño, verificamos que los tapones de las zanahorias estuvieran ajustados y para luego ser ingresadas a la centrífuga. De esta manera, calibramos y esperamos 12 minutos a una velocidad de centrífuga de 1500 rpm; también tomamos la medida del diámetro de la centrífuga para tenerlo en cuenta a la hora de realizar los cálculos.
Una vez transcurrido el tiempo indicado, se sacan las zanahorias de la centrífuga y se mide la primera lectura del BSW de cada una de ellas. Este mismo procedimiento lo repetimos agregándole dos gotas de desemulsificante a cada uno de las zanahorias a excepción de la cuarta. Las dejamos nuevamente a la misma velocidad y al mismo tiempo. Medimos el BSW resultante. La prueba finalizó cuando las lecturas del BSW coincidieron consecutivamente sin necesidad de realizar un nuevo procedimiento.
TABLA DE DATOS
CENTRIFUGACIÓN 1 CENTRIFUGACIÓN 2
Zanahoria 1
Zanahoria 2
Zanahoria 3
Zanahoria 4
50% Crudo
50% Crudo
50% Crudo
50% Crudo
50% Varsol
50% Varsol
50% Varsol
50% Varsol
0.025 ( 67°C)
0 ( 67°C)
0 ( 67°C)
0 ( 67°C)
0.025 ( 65°C)
0 ( 65°C)
0 ( 65°C)
0 ( 65°C)
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MUESTRA DE CALCULOS
Cálculo de las RPM de la centrífuga
39.5 =395 500 = 1335∗ √ () =1335∗ √ 539500 = 1501,992
Diámetro de la centrifuga =
Fuerza centrífuga relativa (rcf) =
Cálculo del %BSW
0. 0 25 % = ∗100 = 50 ∗100 % =0.05% TABLA DE RESULTADOS CENTRIFUGACION 1
CENTRIFUGACION 2
ZANAHORIA
1
2
3
4
1
2
3
4
BSW
0
0
0
0
0
0
0
0
ANALISIS DE RESULTADOS En esta práctica de laboratorio, se determinó el porcentaje BSW de un crudo a través de dos procesos de centrifugación. A pesar de que antes de llevar las zanahorias a la centrifuga se le agregaron dos gotas de desemulsificante no fue posible observar la separación visible de las fases esperadas (agua y crudo) en las zanahorias. Es decir que el contenido de agua y sedimentos es nulo. Por lo tanto el crudo cumple con los parámetros establecidos para el transporte por oleoductos y para su refinación. Además, no se requiere de ningún cálculo adicional ni tratamientos especiales para disminuir el contenido de agua y sedimentos. Vale la pena aclarar que los cálculos realizados anteriormente son suposiciones, solo se tuvieron en cuenta para hacer uso de la ecuación. 9
La obtención de un porcentaje de BSW de 0% puede estar relacionada con varios factores, entre ellos:
El crudo utilizado en la práctica fue evaluado y tratado anteriormente, es decir que ya se le había realizado esta importante prueba antes de llegar al laboratorio de crudos y derivados de la universidad. Las propiedades del desemulsificante utilizado. Es importante su pureza, pues una cantidad contaminada del mismo disminuye su eficiencia. Esto porque un desemulsificante puede acelerar y ayudar a la separación del agua, pero también puede inhibir el rompimiento de la emulsión. La prueba de la centrifuga no es la más exacta a la hora de determinar el BSW de un crudo. Sin embargo es el método más rápido y por tanto el más usado en las pruebas de campo. Errores instrumentales, que son de menor importancia en el desarrollo de la prueba, como son las vibraciones que presentaba la centrifuga durante su marcha a la velocidad requerida que podrían haber afectado los volúmenes de muestra en las zanahorias.
Como no se ha realizado la primera practica correspondiente a la determinación de la gravedad API, entonces no se puede hacer una corrección de dicha gravedad. No obstante, este crudo no requiere una corrección de API en base seca de petróleo ya que en su composición no registra agua. Se puede afirmar que este crudo es apto y económico para su distribución, pues el crudo se comercializa en base seca, igualmente tiene costos menores de refinación y un costo casi nulo a las infracciones impuestas por el no cumplimiento de las normas establecidas para el contenido de BSW en el crudo. Este es un crudo que no presentara problemas operacionales asociados a la corrosión, incrustaciones en la tubería y facilidades de producción.
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CONCLUSIONES
La determinación del porcentaje de BSW en crudo es de gran importancia a nivel industrial, pues ayuda a determinar en qué nivel de facilidad operacional se encuentra este, además dicho porcentaje sirve en términos legales para que una empresa cumpla con los estándares de calidad establecidos y así evitar sanciones económicas. La determinación del BSW es importante pues da información acerca de la depositación de inorgánicos, que pueden disminuir el área de flujo produciendo tapones que afectan la producción de petróleo, esta información luego será requerida para decidir qué acción se llevara para contrarrestar la creación de estos tapones. Con la realización de esta práctica se pudo verificar el contenido de agua y sedimentos BSW en el crudo, el cual fue igual a cero; es decir que cumple con los parámetros establecidos para el transporte por oleoductos y refinería.
CUESTIONARIO 1. ¿Qué efectos tiene el desemulsificante y el solvente sobre la emulsión? Lo que se busca al agregar un desemulsificante es romper la tensión interfacial entre las moléculas agua crudo, es decir promover la separación del agua del crudo, evitando que el agua se aferre a las paredes del tubo de centrifuga y mejorando el carácter distintivo de la interfaz que se forma. La función del desemulsificante es ayudar a disminuir la viscosidad de la muestra para la obtención de mejores resultados en la prueba.
2. ¿Tiene alguna importancia la escogencia del desemulsificante apropiado? Si, la escogencia del ellos es muy importante ya que los desemulsificantes comerciales en todos los casos son mezclas de varios componentes y cada componente del desemulsificante tiene diferente habilidad o actividad interfacial la cual provee un rango de propiedades que favorecen el rompimiento de la emulsión de las cuales cabe mencionar: a. Fuerte atracción en la interface o/w, con la habilidad de desestabilizar la película protectora que rodea a la fase dispersa b. La habilidad de actuar como agente humectante c. La habilidad de actuar como floculante 11
d. La habilidad de cambiar las propiedades geológicas reduciendo la viscosidad e incrementando la compresibilidad de la película interfacial Es decir que dependiendo del desemulsificante que se emplee así mismo se van a tener los resultados y por esto es que debe tenerse cuidado en la escogencia del mismo.
3. ¿Por qué se sumerge la zanahoria en el baño de temperatura hasta la marca de 100ml? La zanahoria se sumerge hasta 100 ml porque ese es el volumen total que tenemos de la muestra (50 ml de crudo y 50 ml de varsol), la cual debe experimentar un calor uniforme para empezar con las primera etapa de separación de agua, sedimentos y crudo ya que la temperatura reduce la viscosidad del crudo, aumentando el movimiento de las moléculas y promueve una separación por diferencia de densidades, además de expandir las moléculas de agua, reduciendo de esta manera la resistencia de la interface que la rodea ayudando así a que los sedimentos y el agua se separaren más fácilmente del petróleo.
4. ¿Por qué la cantidad de agua detectada por el método de centrifugación es casi siempre menor que el contenido de agua real? Debido a que no se aplica la velocidad adecuada durante el rango de tiempo necesarios para el rompimiento de los encales y la tensión interfacial para separar la emulsión crudo agua, debido a que no es suficiente para la formación de la fase continua de agua.
5. ¿Por qué no se debe adicionar mucha cantidad de desemulsificante a la muestra? Debido a que la muestra se puede saturar, y el rompedor ya no estará cumpliendo la función de separar la emulsión agua aceite, si no que entrara a formar parte de otra fase, y aumentando la cantidad de volumen separado de agua que será leído como BSW.
6. ¿Cuál es la aplicabilidad industrial de esta práctica? Determinar el BSW de un crudo es de gran importancia, ya que un alto BSW puede producir problemas en los equipos de transporte, refinamiento, además existen unas normas que estipulan que el crudo para refinería debe tener un BSW máximo de 0.5% y para oleoductos de 1%, si esto no se cumple esto traerá sanciones a las empresas.
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La venta y refinería de crudo depende de la ºAPI, entre mayor sea la gravedad API mayor precio del crudo y menor costo para refinar. Un crudo con una gran cantidad de BSW presenta una gravedad API lo que implicaría mayor costo a la industria por eso es necesario drenarlo.
7. ¿Qué sucede si la centrifuga se coloca desbalanceada? Podría presentarse una alteración y por consiguiente generarse un daño en las zanahorias y con ellas en la muestra, dando un mal resultado en los datos, generándose pérdida en las muestra y desencadenando una serie de derrames, daños y accidentes en el laboratorio; puesto que la centrifuga maneja altas revoluciones, debe lograrse un equilibrio en la rotación y en la posición de las muestras de tal manera que exista un balance y se culmine la práctica en total normalidad.
8. ¿Cuáles son los rangos de calibración de los tubos de centrifuga utilizados? Los rangos de calibración presentados en esta práctica oscilan entre 1500 y 1600 RPM con temperaturas entre 57°C a 63°C.
CALIBRACION Y TOLERANCIA PARA EL TUBO DE CENTRIFUGA DE 6 PULGADAS RANGO SUBDIVISIONES TOLERANCIA AL (mm) (mm) VOLUMEN (mm) 0.05 0.0 a 0.1 ±0.020 0.05 0.1 a 0.3 ±0.030 0.05 0.3 a 0.5 ±0.050 0.10 0.5 a 1.0 ±0.075 0.10 1.0 a 1.5 ±0.100 0.10 1.5 a 2.0 ±0.200 0.20 2.0 a 3.0 ±0.300 0.50 3.0 a 5.0 ±0.500 1.00 5.0 a 10 ±0.750 5.00 10 a 25 ±1.000 50 a 75 a 100 10.0 ±1.500
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CALIBRACION Y TOLERANCIA PARA EL TUBO DE CENTRIFUGA DE 8 PULGADAS RANGO SUBDIVISIONES TOLERANCIA AL (mm) (mm) VOLUMEN (mm) 0.05 0.0 a 1.0 ±0.02 0.05 0.1 a 0.3 ±0.03 0.05 0.3 a 0.5 ±0.05 0.10 0.5 a 1.0 ±0.05 0.10 1.0 a 2.0 ±0.10 0.20 2.0 a 3.0 ±0.10 0.50 3.0 a 5.0 ±0.20 1.00 5.0 a 10 ±0.50 5.00 10 a 25 ±1.00 25 a 100 25.0 ±1.00
BIBLIOGRAFIA
ASTM, Standards petroleum Products and Lubricants (ASTM D 96-88) Guía de laboratorio de crudos y derivados (determinación del contenido de agua y sedimentos en el petróleo crudo por método de la centrífuga (procedimiento de campo)), MORALES Haydee WEBGRAFÍA http://www.fichatecnica_co-hs_seprol.com.html http://repositorio.ute.edu.ec/bitstream/123456789/5778/1/30056_1.pdf
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