EXPOSICION 3 GRUPO S

TRATAMIENTO DE CRUDO E INYECCION QUIMICA

Integrantes: Bryan Claros Tordoya Carlos Ghigo Saucedo Cliver Macedo Carpio Romane Paz Davalos Alexandra G. Ruiz Ramos Mauricio Venegas Añez

INTRODUCCIÓN

• El crudo extraído de los pozos está mezclado con cantidades importantes de agua de los yacimientos, la cual debe ser separada.

• Uno de los problemas fundamentales es la elección del método a seguir para su efectividad, tanto la cantidad exacta de desemulsionante necesaria como la temperatura optima, sin llegar a perdida de fracciones ligeras.

INTRODUCCIÓNEntre los equipos utilizados en el tratamiento de crudo, están:

Eliminador de agua libre Tanque deshidratador Tratadores electrostáticos Tratadores termoquímicos Equipos de calentamiento

OBJETIVOSExplicar el concepto de emulsión y su formación.

Identificar los distintos tipos de emulsiones.

Identificar los agentes emulsificantes y desemulsificantes.

Identificar y describir los factores que afectan la estabilidad de las emulsiones.

OBJETIVOSIdentificar los métodos de destrucción de emulsiones.

Identificar y describir los equipos para tratamiento de crudo (tanques de lavado, tratamiento dinámico y estático, eliminadores de agua libre (FWKO), tratadores, etc.).

Describir el funcionamiento de las Instalaciones de tratamiento de crudo.

FORMACIÓN DE LA EMULSIÓN

Se llama emulsión a una mezcla mecánica de dos líquidos no miscibles.

El líquido disperso (fraccionado) se considera al interno, llamándosele fase dispersa y al líquido en el cual este se encuentra, fase dispersante.


Las emulsiones de petróleo crudo se encuentran fundamentalmente de dos tipos:

Agua en petróleo (A/P), es decir, la fase dispersa es el agua y la dispersante el petróleo.

Petróleo en agua (P/A), o sea, donde la fase dispersa s el petróleo y el agua la dispersante.


Una característica de las emulsiones a/p es, además de su fácil formación, su persistencia conocida como tenacidad. Ello se debe a la existencia de agentes naturales (arcillas, asfáltenos, parafinas) que estabilizan la emulsión

La formación de la emulsión, requiere de energía, que los fluidos coproducidos (agua y petróleo) capturan "aguas abajo" del reservorio.


Los emulsionantes son sustancias que facilitan la formación de emulsiones, las cuales pueden ser de dos tipos:

Hidrófilos: solubles en agua y facilitan la formación de emulsiones petróleo en agua.

Hidrófobos: solubles en petróleo y facilitan la formación de emulsiones agua en petróleo.


Resolver una emulsión significa separarla en sus componentes, ello se logra con la desemulsificación. Este proceso comprende dos etapas sucesivas:

Floculación. Proceso químico mediante el cual, con la adición de floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando su decantación y filtración.

Coalescencia. Crecimiento de gota de agua hasta un tamaño que hace inestable la emulsión con lo cual el agua se separa por decantación.

La floculación es una etapa reversible de "colisión entre gotas" que, por su carácter de reversibilidad no siempre conduce a la coalescencia. La velocidad de floculación es mayor cuando:

Mayor es el contenido de agua de la emulsión

La temperatura de la emulsión es alta La viscosidad de la fase continua es baja Se "excitan" por un medio externo los choques con campos eléctricos



La coalescencia es una etapa irreversible de crecimiento de gota, es mayor cuando:

La velocidad de floculación es alta. El film interfacial es muy débil o poco estable (los químicos de tratamiento contrarrestan el efecto de ciertos emulsionantes naturales).

Se inactiva térmicamente la película interfacial por disolución de parafinas y/o asfáltenos sólidos.

TIEMPO DE RETENCIÓN PARA LA RESOLUCIÓN

Existe un "tiempo teórico" que se obtiene de dividir la capacidad del tanque de tratamiento por el caudal

Existe también un "tiempo real o efectivo", Esto se debe a que la emulsión sigue un camino de menor resistencia al flujo lo cual resulta en una modificación del tiempo de residencia "teórico".

La diferencia entre ambos tiempos depende del diseño interior del equipo de tratamiento, si este es deficiente mayor será la diferencia.

INSTALACIONES PARA EL TRATAMIENTO DE CRUDO

Una instalación de tratamiento comienza con la separación de los fluidos provenientes del pozo en tres componentes, típicamente llamadas "fases" (petróleo, gas y agua).

La primer instalación es el separador donde el gas es "flasheado" de los líquidos (crudo y agua) y separado de los líquidos. Dependiendo de la presión de los fluidos, puede ser conveniente emplear "separación en cascada" para lograr un petróleo estabilizado optimo (velocidad o presión de vapor en especificación).


El crudo debe cumplir con las siguientes especificaciones de calidad:

Contenido de Agua: Menor que 0,5% de vol. Sales: 10 - 20 lbs/1.000 bbl (20 - 60 mg/lt).

Material Particulado (arena): No debe tener.

Cenizas: Debe ser menor a 0,01%. Contenido de Metales (vanadio, níquel, hierro, cobre, sodio): Debe ser menor a 10 ppm en promedio.


Entre los equipos para la deshidratación del crudo están:

Tanques lavadores (wash tanks – gun barrel`s).

Calentadores - tratadores (heaters - treaters).

Separadores de agua libre (free wáter knockout).

Separadores electrostáticos (electric traters).

TRATAMIENTO DE LA EMULSIÓN

Para elegir el método de destrucción de las emulsiones, es necesario conocer las características que presentan los crudos al salir de los pozos, como son:

Contenido de sales Contenido de azufre Contenido de BSW Viscosidad cinemática Cantidad de parafinas Cantidad de sustancias resinosas Emulsión Contenido de asfaltenos Densidad

TRATAMIENTO DE LA EMULSIÓN

Los tratamientos conocidos son los siguientes:

Tratamiento Químico.

Tratamiento Gravitacional o Estático.

Tratamiento Térmico.

Tratamiento Electroestático.

TRATAMIENTO QUÍMICO

Propósito: Inducir la coalescencia del aceite y el agua para que puedan separarse rápidamente.

Consiste en aplicar un desemulsificante, el cual debe ser inyectado tan temprano como sea posible a nivel de superficie o en el fondo del pozo. Esto permite más tiempo de contacto y puede prevenir la formación de emulsión corriente abajo.

TRATAMIENTO QUÍMICO

La acción de los desemulsificantes hacen que la película del agente emulsificante adquiera una rigidez quebradiza hasta provocar una contracción que causa el rompimiento de la película, con lo cual las gotas de agua se juntan y decantan.

Este es el método más común de tratamiento de la emulsión.

TRATAMIENTO QUÍMICOEl proceso de tratamiento y los equipos no deben ser seleccionados hasta que las características físico - químicas del aceite y el agua se han determinado y un estudio del efecto de productos químicos en la emulsión.

Los rangos de dosificación pueden variar de 2 a 200 ppm, aunque generalmente se dosifican en un rango de 10 a 60 ppm. Los crudos pesados requieren mayor dosificación que los crudos ligeros.

TRATAMIENTO QUÍMICOSISTEMAS DE SELECCIÓN ACEITE / AGUA /

DESEMULSIFICANTE

Análisis del crudo Densidad o °API Acidez, como una indicación de la presencia de ácidos carboxílicos y nafténicos.

Saturación, contenido de aromáticos, resinas y asfáltenos (SARA), para establecer el tipo de crudo (polaridad).

TRATAMIENTO QUÍMICOAnálisis del agua asociada pH, afecta a la estabilidad de la emulsión. La salinidad. Conductividad eléctrica.

Análisis del desemulsificante Numero relativo de solubilidad (RSN), esta es una medida de la afinidad resultante del componente del surfactante polar (parte hidrófila) y no polar (parte lipófila).

Solubilidad en agua, peso molecular promedio y punto de nube.

EQUIPO DE INYECCIÓN DE QUÍMICO DESHIDRATANTE

Bombas de dosificaciónEl equipo de inyección es una bomba pequeña que puede ser operada por gas a presión, aire o eléctricamente; estas liberan reactivos químicos al sistema a un caudal predeterminado, la bomba está conectada al depósito del químico de donde los succiona y lo descarga a la presión requerida para poderlo inyectar a la línea de la emulsión.

EQUIPO DE INYECCIÓN DE QUÍMICO DESHIDRATANTE

Tanques de almacenamiento del desemulsificanteUna forma eficiente de suministrar reactivos químicos a las bombas de inyección es almacenar los mismos en tanques, el tanque debe contar con regla de medición para conocer la cantidad inyectada por cada 24 horas.

InyectoresLos productos químicos deben ser inyectados a la producción a través de sistemas atomizadores, que permitan la distribución homogénea del producto en la emulsión. Los inyectores se encuentran instalados en las líneas de flujo.

TRATAMIENTO GRAVITACIONAL O ESTÁTICO

Eliminadores de agua libre FWKO´s.

Tanques de lavado “gun barrels”


ELIMINADORES DE AGUA LIBRE o (FWKO)


Liquido con poco gas arrastrado.

Diferente a un separador de 3 fases.

Grandes cantidades de agua libre.

Todavía contiene agua a la salida.


TANQUES DE LAVADO – GUN BARREL`S


Operan con media parte de agua.

La entrada es por abajo.

Se utilizan químicos para la emulsión.

TRATAMIENTO TÉRMICO

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.

El tratamiento térmico consiste en el calentamiento del crudo mediante fluidos térmicos (vapor de agua, downtherm, etc) y equipos de intercambio de calor, tales como intercambiadores de carcasa y tubos, calentadores indirectos de crudo y tratadores térmicos.

TRATAMIENTO TÉRMICOTRATADOR TÉRMICO


El proceso requiere que las gotas de agua tengan suficiente tiempo de contacto una con otra.

Por esta razón en el diseño se debe tener en cuenta la temperatura, tiempo de residencia, viscosidad del aceite, diámetro mínimo del tratador, los cuales determinan la velocidad a la cual puede ocurrir el asentamiento.

Un análisis de laboratorio, junto con la experiencia de campo, son elementos básicos para especificar la configuración del tratador.

TRATAMIENTO TÉRMICOEFECTOS DE LA TEMPERATURA

Un aumento de temperatura puede causar una pérdida significativa de hidrocarburos del punto de ebullición más bajo (productos livianos).

El aumento de la temperatura tiene la desventaja de hacer que el petróleo crudo que se recupera en el tanque de almacenamiento sea más pesado.

Normalmente, en el tratamiento térmico las temperaturas se fijan entre 100-160 °F. En el tratamiento de crudos pesados la temperatura puede ser tan alta como temperaturas de 270 °F.


TIPOS DE TRATAMIENTO TÉRMICOLos tipos de calentamiento pueden ser :

Calentadores de fuego directo

Calentadores de tipo indirecto (Tubo de fuego)

TRATAMIENTO TÉRMICOCalentadores de fuego directo El calor es transferido por contacto directo de la corriente alimentada con la superficie interna del calentador.

Operan eficientemente en procesos de baja presión y donde los fluidos manejados no son muy corrosivos.

Los mecanismos de transferencia de calor de los gases de combustión calientes en los calentadores a fuego directo, son por radiación y por convección.


Calentadores de fuego directo La selección de la eficiencia depende de un balance económico entre la inversión inicial en el calentador, la cual incrementa con la eficiencia, y el costo del gas combustible.

El calor para calentar la emulsión es generado en el mismo recipiente y se hace un calentamiento directo.

TRATAMIENTO TÉRMICOCALENTADOR DE FUEGO DIRECTO


Calentadores de tipo indirecto (Tubo de fuego) El proceso de transferencia de calor se efectúa mediante un baño de agua caliente, en el cual se encuentra sumergida la tubería que transporta la emulsión.

Este tipo de calentadores disminuye el riesgo de explosión y son utilizados en instalaciones donde es posible recuperar calor.


Calentadores de tipo indirecto (Tubo de fuego)

El calentamiento se hace por medio de un

fluido (agua) que se ha calentado por medio

de un combustible en el tubo de fuego, y el

fluido que se va a calentar (la emulsión) va

a través de un serpentín que se encuentra

rodeado por el fluido de calentamiento.

TRATAMIENTO TÉRMICOCALENTADORES DE TIPO INDIRECTO

TRATAMIENTO TÉRMICOVARIABLES A CONTROLAR EN EL PROCESO DE CALENTAMIENTO

Temperatura: La cantidad de calor suministrado al sistema, incide en el nivel de temperatura a controlar en el tratamiento de los fluidos, para un proceso donde no hay cambio de fase.

Presión: El nivel de presión de operación debe ser tal que no permita la vaporización del agua a la temperatura de operación, es una variable que representa una indicación del comportamiento de un fluido.

Flujo: Se define como el movimiento de un fluido y debe ser controlado para un proceso efectivo, se puede medir en unidades de masa.

TRATAMIENTO ELECTROESTÁTICO

El tratamiento eléctrico consiste en aplicar un campo eléctrico para ionizar las gotas de fase entre dos electrodos incrementando el tamaño de las mismas y por ende la coalescencia y posterior separación por gravedad.

Las ventajas que poseen los deshidratadores electrostáticos en comparación con los sistemas de tanques FWKO es que se ven menos afectados por las características de los crudos (densidad, viscosidad), agua o agentes emulsionantes, ofrecen mayor flexibilidad, el tiempo de residencia asociado es relativamente corto y por otra parte, son de menor dimensión.

Con el tratamiento electrostático se obtiene una mejor calidad del agua separada y una mayor flexibilidad en cuanto a las fluctuaciones o variaciones en los volúmenes de producción.


DESCRIPCIÓN TRATADOR ELECTROSTÁTICO

Consiste generalmente de 3 secciones: La primera ocupa aproximadamente el 50% de su longitud y se llama “sección de calentamiento”, por donde entra la emulsión W/O y se calienta a fin de separar el gas disuelto y disminuir su viscosidad.

La segunda es la “sección central o control de nivel” y ocupa alrededor del 10% de su longitud, ubicada adyacente a la sección de calentamiento.


La tercera abarca el 40% y es denominada “sección de asentamiento”; es donde la emulsión entra en contacto con las parrillas de electrodos energizadas y ocurre la separación de las fases; el crudo deshidratado sale por el tope y el agua separada por el fondo.

El nivel de agua libre es controlado por dos medidores de nivel en paralelo y con diferentes principios de operación. Este equipo se utiliza cuando la velocidad de asentamiento por gravedad es muy lenta.


TRATADOR ELECTROESTÁTICO


Los tratadores electrostáticos son usados generalmente cuando existen las siguientes circunstancias:

Cuando el gas combustible para calentar la emulsión no está disponible o es muy costoso.

Cuando la pérdida de gravedad API es económicamente importante.

Cuando grandes volúmenes de crudo deben ser tratados en una planta a través de un número mínimo de recipientes.

CONCLUSIONES Todos los equipos de TC se diseñan, en base a las propiedades de los fluidos a tratar y a los parámetros operativos que un tratamiento eficiente requiere.

En general, durante el diseño no se considera la necesidad, el tipo y la concentración de los químicos que será necesario incorporar para coadyuvar (asistir) a la eficiencia de los procesos.

El mayor inconveniente con el que tropieza el operador de la PTC es la variación temporal y espacial de la carga a la PTC.

CONCLUSIONES Generalmente, una vez puesta en marcha la PTC la variación de los fluidos (otros horizontes y diferentes fluidos), de los sistemas de producción / extracción y la llegada de químicos de tratamiento de pozos, atentan contra la normal operación de la PTC.

Una vez diseñada, construida y montada no hay mucho margen para cambiar condiciones operativas, el primer gran inconveniente surge cuando se supera la capacidad de tratamiento de diseño (deben reducirse los tiempos de residencia). El segundo gran inconveniente es la irrupción de agua con la necesidad de manejar grandes % de la misma.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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