UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ESCUELA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS PREVIA LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE TECNÓLOGO EN PETRÓLEOS “OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA DE FORMACIÓN EN EL CAMPO SHUSHUFINDI - AGUARICO” AUTOR: WILSON DANIEL MOSCOSO GUEVARA DIRECTOR: ING. IRVING SALAZAR 2005
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LIBRO_Ahmed, Tarek - Equations of State & PVT Analysis
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ESCUELA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS
PREVIA LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE TECNÓLOGO EN PETRÓLEOS
“OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA DE
FORMACIÓN EN EL CAMPO SHUSHUFINDI - AGUARICO”
AUTOR:
WILSON DANIEL MOSCOSO GUEVARA
DIRECTOR:
ING. IRVING SALAZAR
2005
III
DECLARACIÓN
Del contenido de la presente tesis se responsabiliza el autor:
______________________
Wilson Daniel Moscoso Guevara
IV
CERTIFICACIÓN
Certifico que bajo mi dirección la presente tesis fue desarrollada
en su totalidad por el señor Daniel Moscoso
___________________
Ing. Irving Salazar
Director de Tesis
V
DEDICATORIA
Primero a Dios por cuidarme y ayudarme a tratar de hacer bien las cosas aunque a
veces no me salgan y a no dejar que me pierda en el camino.
A mi papá la mejor persona del mundo, el me ha enseñado todo de él, pero lo más
importante me enseño a vivir sin importar los problemas que tenga y a no darles la
espalda, es la persona más grande que tengo y toda mi vida es de él, para ti este
trabajo.
A mi hermano Jorge quien me ha tenido que soportar toda su vida y nunca se ha
separado de mi, y de igual modo a David y a Vale, les quiero mucho!!.
A mis Abuelitos Olga y Mesias y todos mis tíos, Franklin, Lia, Alicia, Rodrigo,
Marco, Manuel, Yola, Leonardo, que son mis otros papás y siempre me han ayudado
en todo, nunca les podré pagar todo lo que por mi han hecho y este trabajo refleja lo
que ellos han esperado de mi, muchisimas gracias a todos ellos, son los mejores!
A mis amigos de toda la vida Edison y Ricardo , que en las buenas y en las malas
hemos estado ahí, también a mis otros amigos Wilson, Maycol, Rodrigo, Juan
Francisco, Alex, Ronald y a todas mis amigas también.
VI
Y lo dedico de una manera muy, pero muy especial a mi amigo Lucho Torres,
siempre pensamos en ti y todos te extrañamos mucho, cuando todos nos volvamos a
reunir , terminamos lo que dejamos pendiente.
Daniel Moscoso.
VII
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a las personas que hicieron posible poder terminar esta trabajo,
primero a la Universidad, al Decano de la mi facultad que me dieron la oportunidad
de estudiar y forjar mi futuro aquí.
A todos mis profesores muchas gracias, algunos llegaron a ser amigos.
Al Personal de Corrosión e Ingeniería de Petroproducción en Shushufindi y al
personal de cuadrilla de turno que me enseñaron todo en cuanto referente a esta tesis
desinteresadamente y me brindaron su amistad sin ustedes no habría podido terminar
esta trabajo.
Al Ing. Irving Salazar director de este proyecto que me brindo su tiempo y
experiencia para terminar la primera etapa de mi vida profesional
A todos ellos Mil Gracias.
Daniel Moscoso.
VIII
RESUMEN
La Reinyección de agua en el Distrito Amazónico, tiene como fundamental objetivo
la preservación del medio ambiente y consciente del problema se a implementado hace
unos años un sistema para reinyectar el agua que se produce con el crudo.
Desde que se inició las operaciones de extracción de petróleo en el año de 1972, , el
agua producida luego de la separación del petróleo se vertía directamente al entorno
sin ningún tipo de control del contenido de petróleo y sin tratamiento.
El agua de formación por ser de un tipo complejo debido a su alto contenido de iones
en solución, pequeñas cantidades de metales pesados y además con los químicos
utilizados en el proceso de separación agua-petróleo (anticorrosivos, anti-incrustantes,
desmulsificantes, etc.) hacen que el agua enviada directamente al medio ambiente ponga
en peligro no solo la naturaleza sino al hombre y su entorno.
Anteriormente el agua de formación se almacenaba en piscinas de tierra y luego se
las evacuaba a los esteros, ríos, laguna, al pasar el tiempo debido a los mecanismos
de producción en todo yacimiento de crudo, el corte de agua aumenta
significativamente y el manejo de agua producida era cada vez más problemático, y de
allí nace la necesidad de instalar un sistema para eliminar esta agua inyectándola a
niveles cercanos a los 7000 pies, evitando el peligro para el hombre y su medio.
IX
SUMMARY
Water re-injection in the Amazon District has as a fundamental objective that of
preserving environment, and, by being aware of the problem since some years ago, a
water re-injection system in order to inject water produced with crude, has been
implemented.
Since oil extraction operations were initiated in 1972, water produced after
separating from oil, was directly poured into the environment with no control or
treatment of the type of oil content.
Water formation, because of being a complex one type due to its high ion-in-
solution content, small heavy metal amounts, and also chemicals utilized for water-
oil separation (anti-corrosives, anti-inlaying, demulsifying, etc.) cause water directly
sent into the environment to endanger not only nature but also man and his
surrounding.
Formerly, formation water was collected in ground-dug pools, then to be evacuated
into water streams, rivers, lagoons. As time went by, due to production mechanisms
of every crude field, water cut off augmented significantly, and management of
water produced was more and more challenging, therefore, it comes out the need of
installing a system in order to eliminate this water by injecting it at levels near 7000
feet deep, thus avoiding the risk both for man and his environment.
X
CAPITULO I
1.1 TEMA 1
1.2 PROBLEMA 1
1.3 PLANTEAMIENTO. 2
1.3.1 DIAGNOSTICO. 2
1.3.2 PRONOSTICO. 2
1.3.3 CONTROL. 3
1.3.4 FORMULACIÓN. 3
1.3.5 SISTEMATIZACIÓN. 3
1.3.6 .SUJETO DE INVESTIGACÓN 4
1.3.7 .OBJETO DE INVESTIGACIÓN 4
1.4 OBJETIVO GENERAL. 5
1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. 5
1.6 JUSTIFICACIÓN. 5
1.6.1 IMPACTO AMBIENTAL DE LA PROPUESTA 5
1.6.2 IMPACTO SOCIAL DE LA PROPUESTA 5
1.6.3 IMPACTO PRÁCTICO DE LA PROPUESTA 6
1.7 HIPÓTESIS. 6
1.7.1. VARIABLES INDEPENDIENTES. 6
1.7.2 .VARIABLES DEPENDIENTES. 7
1.8 MARCO TEÓRICO. 7
1.9 MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN. 8
1.10 TECNICAS / INVESTIGACIÓN 9
XI
CAPITULO II
GENERALIDADES
2.1. DESCRIPCIÓN ACTUAL DEL SISTEMA 10 2.2 POZOS REINYECTORES. 12
2.2.1 Características del yacimiento receptor. 12
2.3 COMPLETACIÓN DE POZOS REINYECTORES. 15
2.4 REACONDICIONAMIENTO DE POZOS REINYECTARES. 30
CAPITULO III
FUNCIONAMIENTO DEL SISTE MA DE REINYECCIÓN DE AGUA
FORMACIÓN
3.1 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA PRODUCIDA 32
3.2. TANQUES . 36
3.2.1 Wash tank 36
3.2.2 Tanque de agua Cruda (Polish tank) 38
3.2.3 Tanque Clarificador 38
3.2.4 Tanque Sedimentador 39
3.2.5 Tanque de Agua Tratada.- 40
3.3 REMOSIÓN DE PETRÓLEO DISPERSO. 45
3.3.1 Alternativas para el proceso de tratamiento de agua. 45
3.3.1.1 Sistema de tratamiento del agua. 45
3.3.1.2 Separación Gravitacional 45
3.3.1.3 Dispersión. 47
3.3.1.4 Coalescencia . 48
3.4 DISEÑO DEL EQUIPO DE BOMBEO DE RE-INYECCIÓN DE
XII
SUPERFICIE. 48
3.4.1 Sistema de bombas horizontales para la re-inyección de agua 48
3.4.2 Estación de bombeo. 49
3.4.3 Equipos de Re-inyección 49
3.4.4. Bombas Horizontales. 50
3.4.5 Sistema de bombeo horizontal. 51
3.4.5.1 Descripción de los componentes del Sistema de Bombeo
Horizontal Centrífugo Multi-Etapa 52
3.4.6 Bomba de inyección de químicos . 62
3.5 FILTROS. 64
3.5.1 El Filtro de Lecho Profundo (descendente) 64
3.5.2 El Filtro de Lecho Profundo (ascendente) 64
3.5.3 Filtros de Cáscara de Nuez 65
3.6 MÉTODO DE DESECHO DE SOLIDOS. 66
CAPITULO IV
APLICACIÓN DE UN SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA DE FORMACIÓN
EN EL CAMPO SHUSHUFINDI AGUARICO.
4.1 FACTORES QUE AFECTAN A LA CALIDAD DE AGUA PARA
REINYECTARSE Y COMO INCIDEN EN LA INFRAESTRUCTURA FISICA
(FACILIDADES DE REINYECCIÓN). 68
4.1.1 Conductividad 71
4.1.2.Turbidez 72
4.1.3.Color 72
XIII
4.1.4.Sólidos suspendidos 73
4.1.5.Dureza 73
4.1.6.Alcalinidad.- 73
4.1.7.Solubilidad.- 74
4.2 ASPECTOS BÁSICOS Y CONTROL DE CALIDAD DEL
TRATAMIENTO DELAGUA DE REINYECCIÓN. 74
4.3 ANALISIS DE LABORATORIO SOBRE LA CALIDAD DE
AGUA PARA REINYECTARSE. 77
4.3.1. Sólidos en suspensión. 77
4.3.1.1Pruebas de Flujo. 79
4.3.1.2 Mediciones de Sólidos Suspendidos Totales (SST). 80
4.3.1.3 Procedimiento de Análisis de Sólidos Suspendidos. 81
4.3.2.Corrosión. 85
4.3.3 Formación de incrustaciones. 88
4.3.4 .Problemas bacteriológicos. 90
4.3.5.Bacterias en el proceso de corrosión (H2 S). 90
4.3.6.Contenido de petróleo. 92
4.3.7.Sólidos y gases disueltos (CO2, O2, H2 S). 93
Tabla 6.ESTACIÓN AGUARICO 44 Tabla 7. FLANGES TIPO RF Y RTJ 56
Tabla 8. TRATAMIENTO QUIMICO EN LA REINYECCIÓN
DE AGUA ESTACIÓN CENTRAL 100
Tabla 9. TRATAMIENTO QUIMICO EN LA REINYECCIÓN
DE AGUA ESTACIÓN SUR OESTE 101
Tabla 10. TRATAMIENTO QUIMICO EN LA REINYECCIÓN
DE AGUA ESTACIÓN SUR 102
Tabla 11. TRATAMIENTO QUIMICO EN LA REINYECCIÓN
DE AGUA ESTACIÓN AGUARICO 103
Tabla 12. TRATAMIENTO QUIMICO EN LA REINYECCIÓN
DE AGUA ESTACIÓN NORTE 104
Tabla 13.CAUDALES MÁXIMOS Y MÍNIMOS PARA
DIFERENTES DIÁMETROS DE TUBERÍA 121
Tabla.14 DIÁMETROS, CAUDALES, LONGITUD Y PRESIONES
EN POZOS REINYECTORES DE ESTACIÓN SHUSHUFINDI CENTRAL 122
XVI
INDICE DE GRAFICOS
Gráfico 1 . POZO REINYECTOR AGUARICO 07 16 Gráfico 2 . POZO REINYECTOR AGUARICO 06 17 Gráfico 3 . POZO REINYECTOR AGUARICO 04 18 Gráfico 4 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 93 19 Gráfico 5 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 58 20 Gráfico 6 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 50 21 Gráfico 7 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 47 22 Gráfico 8 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 45-A 23 Gráfico 9 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 45-A 24 Gráfico 10 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 38 25 Gráfico 11 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 33 26 Gráfico 12 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 25 27 Gráfico 13 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 13 28 Gráfico 14 . POZO REINYECTOR SHUSHUFINDI 13 29 Figura 15.SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE FORMACIÓN, ESTACIÓN AGUARICO 34 Figura .16 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE FORMACIÓN 35 Figura .17.UNIDADES DE BOMBEO ( BHT ) 56 Figura 18. BOMBA BHT 60 Figura 19. BOMBAS DE INYECCIÓN DE QUÍMICOS 63 Figura 20.CASETA DE BOMBAS PARA INYECCIÓN DE QUÍMICOS 63 Figura 21. ANÁLISIS DE SST 84 Figura 22. ESCALA SUSTRAÍDA DEL EJE DE UNA BOMBA BHT 89 Figura 23.SAL CRISTALIZADA EN EL CABEZAL DEL POZO SSFD 05 93 Figura 24 .H2S EN GAS 95 Figura 25 . SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA DE FORMACIÓN 107 Figura 26 ESQUEMA DEL TANQUE DE AGUA CRUDA (DESNATADOR) 109
Figura 27 ESQUEMA DEL SEDIMENTADOR 111
XVII
Figura 28 . DISEÑO DE FILTRO 117
ANEXOS
Figura 29 DISEÑO DEL SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA
DE FORMACIÓN SSFD NORTE 126
Figura 30 DISEÑO DEL SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA
DE FORMACIÓN SSFD SUR OESTE 127
Figura 31 DISEÑO DEL SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA
DE FORMACIÓN SSFD CENTRAL 128
Figura 32 DISEÑO DEL SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA
DE FORMACIÓN SSFD SUR 129
Figura 33 .SISTEMA DE TANQUES EN MANTENIMIENTO
ESTACIÓN AGUARICO 130
Figura 34 ROTURA DE TANQUE POR EXCESO DE PRESIÓN 130
Figura 35. UNIDADES DE BOMBEO BHT 131
Figura 36 BOMBAS BOOSTER 131
Figura 37.CABEZAL DE UN POZO PRODUCTOR 132
Figura 38. CABEZAL DE UN POZO REINYECTOR 132
Figura 39. SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA DE FORMACIÓN 133
CAPITULO I
1
1.1. TEMA.
OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA DE
FORMACIÓN EN EL CAMPO SHUSHUFINDI - AGUARICO.
1.2. PROBLEMA
La explotación petrolera trae como consecuencia la producción de agua de
formación que al tener altas concentraciones de elementos pesados como hierro,
magnesio, azufre, bario, etc, en forma de iones, así como cloruros, carbonatos, y
sulfatos además de productos hidrocarburíferos hace que el agua sea nociva para la
vida vegetal y animal. Si a esto le añadimos los químicos que se utiliza en el
tratamiento de petróleo, tales como demulsificantes, antiparafínicos, anti-
incrustante, entre otros, hace que el agua separada del petróleo sea altamente tóxica
lo que provoca problemas en las vías respiratorias, enfermedades cardiacas y del
estómago, llegando incluso a contraer cáncer cuando las aguas se eliminan a través
de ríos y esteros. A la vez la gran cantidad de contaminantes que presenta el agua de
formación puede provocar severos e irreversibles daños en le infraestructura física
de una estación petrolera por lo que un buen programa de clarificación de agua y un
buen diseño de un sistema de reinyección de agua de formación es de suma
importancia en la industria petrólera.
2
1.3. PLANTEAMIENTO.
1.3.6 DIAGNOSTICO.
En la actualidad muchas compañías petroleras ya sea por la falta de
experiencia de utilización de este tipo equipos o a su vez por no incurrir
en un costo adicional el mismo que no seria recuperado económicamente
no utilizan este sistema el cual es encargado de reinyectar el agua de
formación previamente tratada en pozos no productivos, la cual tiene un
alto índice de contaminantes que causan graves problemas ecológicos.
El alto índice de contaminación principalmente en la región amazónica,
obliga a que todas las empresas petroleras implementen en su
infraestructura este tipo de equipos ya que de esta forma se evitaría lo que
actualmente ocurre.
1.3.2. PRONOSTICO.
Si la utilización de equipos para reinyección de agua de formación en un
campo se utilizaría en todas las compañías petroleras del país
reduciríamos considerablemente los grados de contaminación que trae
consigo la búsqueda, explotación y producción petróleo.
Uno de los argumentos y el más importante para recomendar la
utilización de equipos para reinyección de agua de formación, es la
contaminación del agua que afecta directamente a la salud de los
habitantes de los alrededores del área de explotación y por ende a sus
3
actividades como son la pesca, agricultura, ganadería, adicionalmente
reduce en un alto porcentaje a la afluencia turística.
1.3.3 CONTROL.
Con la implementación de los equipos de reinyección de agua, las
empresas petroleras controlarían de mejor forma la contaminación
ambiental de esta forma las comunidades indígenas que son las más
afectadas mejorarían su calidad de vida y se otorgaría un valor cultural al
entorno natural del cual dependen sus identidades. Estos pueblos tienen
derecho a la defensa de su patrimonio cultural, económico y ecológico.
1.3.4 FORMULACIÓN.
La implementación de los equipos para reinyección de agua de formación
dentro de la infraestructura de la compañías petroleras se debe realizar
por un sistema actual de manejo de agua( 100% agua de reinyección), que
incluye tanque de lavado y tanque de reposo, separadores de petróleo
API, planta de tratamiento de agua producida, bombas de inyección y
pozos de inyección, los cuales tienen un manejo específico dentro de la
función general del sistema
1.3.5 SISTEMATIZACIÓN.
Qué tipo de equipos se utilizan para la reinyección de agua de formación
en un campo?
Cuáles son las diferentes operaciones a seguir para la reinyección de
agua?
4
En la compañía petrolera cómo será el manejo adecuado de este sistema?
Qué condiciones legales cumple la compañía petrolera al incorporar en su
estructura el sistema de reinyección de agua?
Qué ventajas conlleva la implementación de este sistema en las empresas
petroleras?
1.3.6 .SUJETO DE INVESTIGACÓN
Visión general del sitio
Información detallada del funcionamiento del tanque de lavado y
tanque de Reposo.
Información detallada del funcionamiento de separadores de petróleo
API / separación de aguas.
Información detallada de la planta de tratamiento de agua producida
Información detallada de bombas de inyección y pozos de inyección
1.3.7 .OBJETO DE INVESTIGACIÓN
Optimizar el sistema de reinyección de agua de formación del campo
Shushufindi – Aguarico para obtener un trabajo óptimo en la
separación de los sólidos en suspensión y tener como resultado un
agua apta para la reinyección.
5
1.4. OBJETIVO GENERAL.
Describir y conocer el funcionamiento, operación y mantenimiento de los equipos y
facilidades que se utilizan para la reinyección de agua de formación en el campo
Shushufindi – Aguarico, con el objetivo de optimizar su operación y durabilidad de
los equipos utilizados en esta actividad.
1.5. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
• Determinar el rendimiento de operación y capacidad de la planta de
tratamiento de agua producida ( Sistema de reinyección de agua de
formación) y bombas de inyección que se utilizan en este sistema y de
este modo mejorar su funcionamiento.
• Determinación de capacidad de superficie y tipo de tratamiento a las
aguas de formación antes de la reinyección.
• Determinación volumétrica de agua a reinyectarse en función de la
capacidad de admisión del pozo reinyector.
1.6 . JUSTIFICACIÓN.
1.6.1 IMPACTO AMBIENTAL DE LA PROPUESTA
El impacto ambiental en un medio muy sensible en donde se desarrolla la industria
hidrocarburífera, como es el oriente ecuatoriano obliga a que todo contaminante sea
eliminado sin causar grados de contaminación.
6
1.6.2 IMPACTO SOCIAL DE LA PROPUESTA
En el caso de agua de formación, que se separa a través de los procesos de
deshidratación de crudo, requiere ser eliminada previo tratamiento y en la actualidad
la mejor manera es reinyectarla a pozos previamente escogidos que pueden ser
perforados para este objetivo o pozos antiguos de producción, acondicionarlos para
que puedan ser reinyectores.
1.6.3 IMPACTO PRÁCTICO DE LA PROPUESTA
La implementación de este sistemas en las compañías petroleras en el país abrirán
puertas al turismo ya que se baja el impacto ecológico y los turistas visitan
principalmente a las áreas protegidas y reservas indígenas que ofrecen las variadas
bellezas naturales del lugar.
1.7. HIPÓTESIS.
En la industria petrolera existe una constante innovación tecnológica en equipos y
herramientas que se utilizan en diferentes actividades, el conocimiento cabal del
funcionamiento y un programa actualizado de mantenimiento permiten optimizar las
operaciones y la vida útil de los mismos .
Por lo tanto en la etapa para la reinyección de agua de formación se requiere de
equipos y herramientas que sean en lo posible de última tecnología para optimizar
las operaciones de reinyección de agua de formación basados en función del
conocimiento en detalle de cada uno de ellos.
7
La experiencia permite elaborar programas de mantenimiento permitiendo mejorar
su vida útil y aprovechamiento de las operaciones realizadas.
1.7.1. VARIABLES INDEPENDIENTES.
• Tipo de formación que servirá como receptora de agua
• Calidad de agua a inyectarse ( tanquería, torres desoxigenadoras, productos
químicos a utilizarse)
• Volumen de agua a inyectarse ( Tipo y capacidad de bombas, líneas de
superficie)
1.7.2 .VARIABLES DEPENDIENTES.
• Condiciones de equipos y materiales a utilizarse en superficie
• Capacidad de tanques, bombas, presiones a utilizarse en función de los
volúmenes a inyectarse .
• Condición de completación de pozo y resultados de pruebas de inyectabilidad
del pozo inyector.
1.8 . MARCO TEÓRICO.
Los elementos teóricos en los que se van a apoyar los fundamentos de esta tesis son:
*Según MUKUL M SHARMA explica el manejo y utilización de este sistema,
siendo como es la reinyección de agua de formación, el uso, mantenimiento y
8
operación de equipos y materiales va a ser de suma importancia para que las
operaciones que se lleven a cabo durante la eliminación del agua de formación sea
óptima.
*Guía de Referencia CHEVRON TEXACO Octubre 27, 2004.
Para esto es necesario contar con los equipos y materiales mencionados
anteriormente, si no que estos estarán en función de los cálculos de agua a
manejarse, de los volúmenes calculados, de la capacidad de admisión de la
formación y de la completación del pozo reinyector .
En todo caso siempre será conveniente contar con un rango de especificación extra
de operación como rango de seguridad en la capacidad de los tanques, tuberías y
presiones a manejarse en las bombas con el objetivo de asegurar una operación
exitosa.
*Ministerio de Energía y Minas.- Guía para las presentaciones Públicas de los
estudios ambientales en el sector Hidrocarburífero.
La presente guía no constituye un reglamento o norma oficial de la DINAPA
( Dirección Nacional de Protección Ambiental) ha sido producida con la finalidad de
orientar a los sujetos de control sobre los procedimientos a seguir para planificar y
ejecutar las presentaciones públicas de los estudios de impacto ambiental, esta
basada en experiencias previas y por tanto en procesos de mejoramiento continuo.
9
1.9 . MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN.
• Método Inductivo.- Recolección, clasificación y análisis de la formación de
volúmenes a manejarse, especificaciones de equipos, materiales y condición
de pozo escogido que va a recibir el agua de formación a inyectarse .
• Método Deductivo.- Se utilizará información de pozos y sistemas aplicados
en zonas similares a fin de aprovechar el máximo esta información para
solucionar problemas de agua de formación.
• Método Estadístico.- Se realizará curvas de comportamiento de bombas a
diferentes ratas de inyección de acuerdo a las pruebas de inyectabilidad
realizadas en el pozo y dosificaciones de químicos utilizados en aguas de
formación de características similares de otros campos.
1.10 . TÉCNICAS / INVESTIGACIÓN
1. Revisión de folletos y manuales de equipos de reinyección de agua
2. Revisión de libros
3. Revisión de páginas de Internet
TÉCNICAS
1. Visión general del sitio, a través de visita de campo (pasantía).
2. Observación detallada del funcionamiento de la infraestructura física
de un sistema de reinyección de agua
CAPITULO II
10
2. GENERALIDADES
2. 1 DESCRIPCIÓN ACTUAL DEL SISTEMA.-
El campo SSFD – Aguarico consta de cinco estaciones : SSFD Norte, SSFD central,
SSFD Sur, SSFD Suroeste y Aguarico y cada una de las estaciones tiene un sistema
de reinyección de agua debido a que este campo es gran productor de agua y esta
agua no puede ser desechada al medio ambiente, tiene que ser tratada, en la
actualidad los sistemas de reinyección de agua de cuatro de las cinco estaciones se
encuentran fuera de servicio, quedando únicamente en funcionamiento SSFD Norte,
estos sistemas están al momento en mantenimiento ya que han sufrido daños por el
exceso de contaminantes que acarrea el agua como sólidos, sales y bitumen, etc que
han deteriorado de un modo apresurado la viada útil de los componentes del sistema
como Tanques, bombas, líneas de flujo, etc.
Además el diseño de este sistema no es el más óptimo ya que es similar a un sistema
de clarificación de agua dulce y no de agua de formación, los tanques agua cruda
son únicamente tanques de almacenamiento y deberían ser desnatadores, los tanques
sedimentadores han cambiado de su diseño original y no trabajan como debe, estos
tienen una campana central en su interior que cuelga del techo y ayuda a separar los
sedimentos que arrastra el agua de formación y debe pasar por el interior de esta
campana para que el proceso funcione, pero esta agua no entra a la campana y los
sedimentos no se pueden separar, a continuación pasa al tanque de agua tratada en
donde se supone debería estar con el contenido de sólidos permitido o óptimo para
su reinyección.
11
El sistema no cuenta con un sistema de filtros indispensables para le separación de
sólidos suspendidos.
El tener un exceso de sólidos en el agua produce una reducción en el diámetro
interno de las tuberías, acumulación de escala en los ejes y bandas de las bombas
ocasionando un daño de consideración y que esta deje de funcionar, taponamiento
en la arena receptora ( Tiyuyacu) ocasionando que esta pierda su permeabilidad y el
agua afore a la superficie.
En la actualidad el agua de formación no es desechada al medio ambiente y en las
estaciones que están fuera de servicio lo que se hace es dejar pasar el agua que sale
del Wash Tank por las línea de flujo a las unidades de bombeo (BHT) obviando los
tanques clarificadores porque no sirven y pasa a continuación directo al pozo
reinyector.
En este trabajo detallaré todos los componentes del sistema de reinyección y
soluciones para la optimización de este sistema .
12
2.2 POZOS REINYECTORES.
2.2.1 Características del yacimiento receptor.
Pozos reinyectores del agua de formación
“Para la reinyección fueron reacondicionados aquellos pozos que dejaron de ser
económicamente productivos o que fueron abandonados y cuando sea estrictamente
necesario y ambientalmente justificable se perforará otros pozos adicionales.
No se descargará el agua de formación a cuerpos de agua dulce, ríos, estratos,
lagunas mientras no cumplan los límites permisibles constantes especificados en la
tabla . Si el agua de formación fuese arrojada hacia algún río o estero contaminaría
con fenoles el agua, terminando con la fauna acuática y si fuese al suelo de igual
manera.
Si estos fluidos se dispusieren de otra forma que no sea cuerpos de agua en el plan
de manejo ambiental se establecerán los métodos y parámetros que deben cumplir
para su disposición.
La arena Tiyuyacu hasta el presente debido a su buena porosidad y alta
permeabilidad, no ha presentado problemas de taponamiento, la presión necesaria
para la reinyección no ha variado mayormente, se han reinyectado sólo por parte del
campo Shushufindi- Aguarico un total acumulado hasta el mes de octubre del 2005
13
101.478.817 bbls desde que la compañía Solipet tomo el contrato y el total
acumulado que se ha reinyectado a la arena Tiyuyacu es más de 9.129.826 bbls
aproximadamente.”1
Uno de los parámetros más importantes para determinar si un pozo puede ser
inyector se conoce como “pruebas de inyectabilidad” y consiste en bombear
diferentes caudales o ratas de agua dulce o salada ( pruebas de ratas múltiples) a la
arena que vaya a inyectarse a determinadas presiones en superficie. El objeto es
cuantificar el nivel de aceptación que tiene una formación luego que la misma ha
sido reacondicionada.
Según PETROPRODUCCIÓN debido a trabajos anteriores realizados, valores de
0.25 Bls. / min. A 1250 psig son considerados aceptables para la reinyección de
agua.
1 Información obtenida por parte de la compañía SOLIPET
14
“Tabla 1.- Límites permisibles de descarga del agua de formación
Parámetros Expresado Unidades Máximo valor
permitido pH pH 5 a 9 *Temperatura º C º C * Material flotante Ausencia Hidrocarburos y grasas mg/l <15 Sólidos totales disueltos STD mg/l <2500 Cloruros Cl mg/l <2500 Sulfatos Sulfatos mg/l <1200 Sólidos en suspensión SS mg/l Remoción<80%
* Los límites para la temperatura serán fijados teniendo en cuenta el caudal del cuerpo receptor, zona de dilución, temperatura ambiental del área donde va ha ser descargado el efluente. ** Las muestras serán tomadas del volumen del líquido de descarga”2
Fuente : Petroproducción
Elaborado por. Daniel Moscoso
2 Petroproduccion, Archivos Distrito Amazónico. Departamentos de Ingeniería, Corrosión
15
2.3 COMPLETACIÓN DE POZOS REINYECTORES.
La completación de un pozo reinyector es casi similar a la del pozo productor. El
tubing de clase N-80 puede resistir hasta 10.000 psi de presión, tiene una camisa y
un packer Se debe tener mucho cuidado el estado del casing en los pozos
abandonados, ya que dependiendo del lapso de tiempo y las características del fluido
que pueden ser la naturaleza corrosiva, degradan su estructura ocasionando cierto
daño en el mismo, razón por la cual uno de los procedimientos para la verificación
de su estado es presurizar con 500 psig en superficie, y evitar la fuga del agua de
reinyección.
A continuación se muestra la completación de todos los pozos reinyectares de las
cinco estaciones del campo Shushufindi – Aguarico.
16
Gráfico 1 . Pozo Reinyector Aguarico 07
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
17
Gráfico 2 . Pozo Reinyector Aguarico 06
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
18
Gráfico 3 . Pozo Reinyector Aguarico 04
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
19
Gráfico 4 . Pozo Reinyector Shushufindi 93
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
20
Gráfico 5 . Pozo Reinyector Shushufindi 58
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
21
Gráfico 6 . Pozo Reinyector Shushufindi 50
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
22
Gráfico 7 . Pozo Reinyector Shushufindi 47
Fuente : Petroproducción
Elaborado por : Daniel Moscoso
23
Gráfico 8 . Pozo Reinyector Shushufindi 45-A
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
24
Gráfico 9 . Pozo Reinyector Shushufindi 45-A
Fuente : Petroproducción
Elaborado por : Daniel Moscoso
25
Gráfico 10 . Pozo Reinyector Shushufindi 38
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
26
Gráfico 11 . Pozo Reinyector Shushufindi 33
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
27
Gráfico 12 . Pozo Reinyector Shushufindi 25
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
28
Gráfico 13 . Pozo Reinyector Shushufindi 13
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
29
Gráfico 14 . Pozo Reinyector Shushufindi 13
Fuente : Petroproducción Elaborado por : Daniel Moscoso
30
2.4 REACONDICIONAMIENTO DE POZOS REINYECTARES.
“Aquí se tomo como referencia el reacodicionamiento realizado al Pozo SSF – 05
por parte de PETROPRODUCCIÓN , este reacondicionamiento se lo hizo el 05 de
Abril del presente año con una duración de 576 horas
Primero se debe controlar el pozo con agua filtrada+tratada con químicos de 8,3 lpg. Y
se procede a desarmar el cabezal, a continuación se arman bop. Prueban
Se desasientan packers arrows @ 9170' y 8947 con 110000 libras. Sacan bha de
producción en 2 7/8" tubería, este
Se baja bha de limpieza en 2 7/8" tubería hasta 9295'. Circulan, limpian y sacan.
Con cable eléctrico asientan 5 1/2" tapón ez-drill. Punzonan 757q'-7574' (41) para sqz.
Bajan 5 1/2" retenedor de cemento en 2 7/8" tubería. Asientan retenedor @ 7485'.
Prueban anular con 600 psi ok.
Se realiza prueba de inyectividad con 5 bbl de agua: 0,3 bpm con 3500 psi. Forzan 12
bbl de HCL al 15% a la formación a 0.6 bpm con 3500 psi. Mezclan 11 bbl de cemento
tipo "G" de 15,6 lpg y se realiza cementación forzada a la formación 8 bbl de cemento
con una presión de cierre de 3300 psi. Sacan tubería
Se punzona 7094'-7098' (41) para sqz. Bajan bha de prueba con ret. Matic. Asientan
packer @ 7058', prueban ok.
31
Se realizan prueba de inyectividad con 10 bbl de agua: 1,9 bpm con 2800 psi. Sacan
bha de prueba.
Bajar 5 1/2" retenedor de cemento en 2 7/8' tubería. Asientan retenedor @ 7018',
prueban anular con 600 psi, mezclan 30 bbl de cemento tipo "g" de 15,6 lpg y realizan
cementación forzada, a la formación 24,7 bbl de cemento con una presión de cierre de
3700 psi. Sacan tubería.
Se suelta la barra detonadora y punzonan arena Tiyuyacu:
Realizan pruebas de ratas múltiples y se baja BHA definitivo de Reinyección con
5 ½ ‘’ “packer Lock Set en 2 7/8” tubería . se debe ir Midiendo, calibrando y
probando con 3000 psi cada 20 paradas hasta 7031’ , se retira el BOP, se arma el
cabezal y se prueba con 3000 psi”3
3 Información obtenida de la DNH, Resultados de trabajos de Reacondicionamiento
CAPITULO III
32
3. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA
FORMACIÓN
3.1 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA PRODUCIDA
“ Funcionamiento del sistema de reinyección Shushufindi-Aguarico, la capacidad de
los tanques, bombas va a cambiar de acuerdo a cada estación y a la rata de flujo que
estos presenten pero básicamente el sistema es el mismo en todas las estaciones.
• Este sistema consta de cuatro tanques de diferentes capacidades.
* Tk. Desnatador o agua cruda.
* Tk Clarificador.
* Tk. Sedimentador.
* Tk. De agua tratada.
• Sistema de bombas:
* Bombas de succión
* Bombas de químicos
• Piscina de sólidos.
• Sumidero.
• Oficina de control.
• Transformadores.
33
El sistema fue diseñado para que el agua que viene del tanque de lavado vaya al
tanque desnatador o de agua cruda con el propósito de almacenar agua para poder
suministrar al tanque clarificador por medio de dos bombas de alimentación. Esta
agua que entrega PPR tiene que tener 20 ppm de aceite en agua. Entre los tanques de
agua cruda y clarificador se encuentra un medidor de turbidez, el cual nos va a
indicar de una manera mejor en que condiciones llega el agua a dicho tanque. En
este tanque (sedimentador) se van a inyectar coagulantes y floculantes que por
medio de agitadores van a permitir que los químicos actúen de mejor manera y los
sólidos se asienten en la parte inferior del tanque. El tanque sedimentador y el
tanque clarificador van a tener la misma función y van a trabajar en paralelo es
decir; que los dos tanques van a mantener por un tiempo determinado el agua
mientras los químicos actúan, entre estos dos tanques también se encuentra otro
medidor de turbidez. El objetivo del segundo tanque (sedimentador) es que los
sólidos que no se asentaron en el primero se asienten en este.
El agua que se almacene en el tanque de agua tratada que es la que viene del tanque
clarificador va a ingresar a un pulmón en donde se va a inyectar el inhibidor de
corrosión P-1106 y Surfactante D-273, esta agua será enviada a las bombas de alta
presión (bombas horizontales) por medio de dos bombas booster; y luego enviada al
pozo reinyector.
Los sólidos que se van depositando en la parte inferior de los tanques sedimentador
y clarificador se dirigen por medio de un drenaje al sumidero; de este sumidero los
sólidos serán transportados a una caseta de sólidos en donde por medio de un mixer
34
encapsularán los sólidos y liego serán llevados para un relleno sanitario.. El agua
que salga de este sumidero será devuelta a la recirculación en el tanque de agua
filtrada por medio de una bomba.”4
Figura 15.Sistema de Tratamiento de agua de formación, Estación Aguarico
Fuente. Información obtenida en la estación Aguarico
Elaborado por : Daniel Moscoso
4 Información obtenida de prácticas en el Distrito Amazónico Compañía Petroproducción
35
Figura .16 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE FORMACIÓN
Fuente: Departamento de Ingeniería, Petroproducción
Elaborado por Daniel Moscoso
36
3.2. TANQUES .
Componentes y descripción de un sistema cerrado para la reinyección de agua.
El sistema cerrado con que contaban las estaciones estaba formado por : Tanque de
“Es un tanque cuya función es mantener por un instante de tiempo el fluido en
reposo y con la ayuda del químico en este caso el desmulsificante, produce la
deshidratación; es decir separa las tres fases de la producción de petróleo como es
crudo, agua de formación y gas natural; para lo cual dispone de divisiones internas
en forma de laberinto y de un continuo tratamiento con químicos que aceleran esta
separación. Por diferencia de densidades el agua de formación tiende a ubicarse en
la parte inferior, sobre el agua se encuentra el crudo que es desalojado por gravedad
a un tanque de transferencia”5
3.2.2 Tanque de agua Cruda (Polish tank) –
La función de este tanque con sus placas internas es permitir que la
concentración de crudo que viene del tanque de lavado se separe por diferencia de
5 Información obtenida por parte de la compañía SOLIPET
37
densidad. El crudo se acumula en la parte superior del tanque de lavado, el agua
libre o con bajo contenido de aceite pasa al filtro.
3.2.3 Tanque Clarificador .-
El sistema de clarificación está diseñado de la siguiente forma: El agua tratada
previamente con químicos, es transferida a la unidad del clarificador, en esta unidad
se sedimentan los flóculos y las grasas que no se han eliminado en el primer
tratamiento de agua de formación y si permanecen aún en el sistema se elevarán a la
superficie .
“El tanque metálico será construido según exigencias de alta calidad en acero al
Carbono tipo ASTM A – 36, incluyendo compartimentos de mezcla en la separación
primaria.
Interiormente se encuentran revestidos y tratados con Sandblasting sp5, Coal-tar
epóxico y recubrimiento especial para tanques que contienen agua de formación
corrosiva, cumpliendo con las normas ISO 9002, NSF, FDA.
Exteriormente serán tratados con Sandblasting sp10, Zinc inorgánico, Epóxico y
acabado de Poliuretano.
38
También posee escaleras de inspección, controles electrónicos del agua para alto y
bajo nivel para el accionamiento inmediato de bombas, Skimmer y bomba de
lodos”6.
El agua de formación mezclada con el químico entra por la parte superior del tanque
a una campana deflectora ubicada en el centro del tanque, dentro de este se
encuentra un mixer o mezclador para aumentar la eficiencia en la separación de
sedimentos reduciendo la velocidad de entrada del agua.
Tiene un sumidero interno donde los sedimentos que decantaron se acumulan y son
eliminados del sistema por medio drenaje al sumidero.
3.2.4 Tanque Sedimentador .-
Tiene las mismas características en el diseño de su construcción que el tanque
clarificador, además va a tener la misma función que el tanque clarificador y va a
trabajar en paralelo, es decir los dos tanques van a mantener por un tiempo
determinado el agua mientras los químicos actúan, entre estos dos tanques se
encuentra un medidor de turbidez . El objetivo del tanque sedimentador es que los
sólidos que no se asentaron en el tanque clarificador se asienten en este .
Por lo general estos tanque para mejorar su eficiencia son de forma cónica.
6 Ingeniería en Tratamiento de Aguas, ECUA CHEM
39
3.2.5 Tanque de Agua Tratada.-
Aquí se va almacenar el agua que viene de los otros tanques con el propósito de
proveer agua al sistema de bombas y ser inyectada al pozo en la arena Tiyuyacu.
Tabla 2. ESTACIÓN CENTRAL
Capacidad(bbl) Diámetro ( m ) Altura ( m )
Wash tank 28870 20 12
Tanque de
Agua Cruda
5000 9.08 7.32
Tanque
Clarificador
2500 7.32 7.62
Tanque
Sedimentador
2150 7.32 8.63
Tanque de agua
Tratada
3000 7.82 8
Fuente : Datos obtenidos en Petroproducción
Elaborado por: Daniel Moscoso
40
Tabla. 3ESTACIÓN NORTE
Capacidad
(bbl)
Diámetro ( m ) Altura ( m )
Wash tank
35840 22.4 11.2
Tanque de Agua
Cruda
4200 10 8
Tanque
Clarificador
2125 7.62 7.32
Tanque
Sedimentador
2125 7.62 7.32
Tanque de agua
Tratada
5000 11 8
Fuente : Datos obtenidos en Petroproducción
Elaborado por: Daniel Moscoso
41
Tabla 4. ESTACIÓN SUROESTE
Capacidad
(bbl)
Diámetro ( m ) Altura ( m )
Wash tank
8256 12.04 8.96
Tanque de Agua
Cruda
5000 7.85 5
Tanque
Clarificador
1250 6.40 4.80
Tanque
Sedimentador
1050 6.40 4.80
Tanque de agua
Tratada
5000 7.85 5
Fuente : Datos obtenidos en Petroproducción
Elaborado por: Daniel Moscoso
42
Tabla 5. ESTACIÓN SUR
Capacidad
(bbl)
Diámetro ( m ) Altura ( m )
Wash tank
28500 21 10.08
Tanque de Agua
Cruda
6000 11.25 9.75
Tanque
Clarificador
4150 10.52 7.32
Tanque
Sedimentador
3600 9.75 7.32
Tanque de agua
Tratada
6000 11.24 9.75
Fuente : Datos obtenidos en Petroproducción
Elaborado por: Daniel Moscoso
43
Tabla 6.ESTACIÓN AGUARICO
Capacidad
(bbl)
Diámetro ( m ) Altura ( m )
Wash tank
16500 19.6 6.72
Tanque de Agua
Cruda
2250 7.85 5
Tanque
Clarificador
1250 6.40 4.88
Tanque
Sedimentador
1050 6.40 4.80
Tanque de agua
Tratada
2250 7.85 5
Fuente : Datos obtenidos en Petroproducción
Elaborado por: Daniel Moscoso
44
3.3 REMOSIÓN DE PETRÓLEO DISPERSO.
3.3.1 Alternativas para el proceso de tratamiento de agua.
3.3.1.1 Sistema de tratamiento del agua.
La función de todo equipó de tratamiento de agua de formación es causar que las
gotas de petróleo, las cuales existen en la fase continua del agua floten hacia la
superficie del agua. Estas gotas de petróleo están sujetas a la dispersión continua y a
la coalescencia durante su viaje desde el pozo a través de los estranguladores en la
superficie, líneas de flujo, válvulas de control, equipos de procesamiento y las
bombas.
Cuando el flujo de agua es alto las gotas se dispersan en tamaños más pequeños,
mientras que cuando el flujo es bajo, las gotas pequeñas chocan y se juntan unas con
otras en el proceso de coalescencia.
3.3.1.2 Separación Gravitacional
“Los equipos de tratamiento de agua más comúnmente usados cuentan con las gotas
de petróleo de la fase continua de agua. Las gotas de petróleo en contacto con un
volumen de agua están sujetas a dos tipos de fuerzas, una de flotación y otra de
arrastre.
45
Cuando se igualen las dos fuerzas, se alcanza una velocidad constante, la cual esta
dada por la Ley de Stokes, así:
1.78*10-6x (∆S.G.)x(dm)²
Vt = µ
Donde:
Vt= Velocidad de asentamiento Terminal, pies/s.
dm= Diámetro de las gotas de petróleo, micrón.
∆S.G= Diferencia entre la gravedad específica del petróleo y la del agua relativa del
agua.
µ= Viscosidad de la fase continua de agua, centipoise (cp).
Varias conclusiones pueden ser obtenidas de esta ecuación:
1. A mayor tamaño de las gotas de petróleo, menor tiempo toman estas para
subir a la superficie y de este modo es más fácil tratar el agua.
46
2. Con la presencia de crudo más liviano es más fácil tratar el agua.
3. A mayor temperatura menor es la viscosidad del agua, y así mayor es la
velocidad vertical. Es decir, es más fácil tratar el agua a temperaturas altas
que a temperaturas bajas”7.
3.3.1.3 Dispersión.
Una gota de petróleo oscilante llega a ser inestable cuando la energía cinética es
suficiente para suplir la diferencia de energía superficial entre una sola gota y las dos
gotas más pequeñas formadas de esta. Al mismo tiempo que ocurre este proceso, el
movimiento de las partículas de petróleo más pequeñas causa coalescencia .
Puede observarse que a mayor caída de presión, menor será el diámetro máximo de
las gotas de petróleo. Es decir , las caídas de presión más grandes que ocurren en
pequeñas distancias a través de estranguladores, válvulas de control, bombas, etc,
dan por resultado gotas más pequeñas.
Para propósito de diseño , podría asumirse que siempre que ocurran grandes caídas
de presión, todas las gotas mayores que el diámetro máximo (dmax) se dispersan
instantáneamente.
7 7mo Congreso de Ecuatoriano de Geología, Minas, Petróleos y Medio Ambiente. “TRABAJOS TECNICOS”. Tomo II, Octubre 1996
47
3.3.1.4 Coalescencia .
Los sistemas de tratamiento del agua dependen más del proceso de coalescencia que
el proceso de dispersión. En la dispersión de dos líquidos inmiscibles, la
coalescencia inmediata ocurre rara vez cuando dos gotas chocan.
El tiempo para que el tamaño de la gota crezca debido a la coalescencia en un
asentamiento gravitatorio es proporcional al diámetro de la gota e inversamente
proporcional a la concentración de las fases del petróleo. De esto se puede concluir
que después de un período inicial de coalescencia a mayor asentamiento, el tiempo
de retensión adicional tiene una capacidad de disminución rápida para causar la
coalescencia y la captura de las gotas de petróleo.
3.4 DISEÑO DEL EQUIPO DE BOMBEO DE RE-INYECCIÓN DE
SUPERFICIE.
“3.4.1 Sistema de bombas horizontales para la re-inyección de agua”8.
Dependiendo de la distancia que se encuentra el pozo re-inyector, se requerirá un
sistema de bombeo formado por una o más bombas centrífugas “booster”, para
elevar la presión o requerimientos de succión de las bombas de alta presión.
8 Centrilift.- Manual de Ventas, Bombas horizontales de transferencia
48
Generalmente las bombas centrífugas horizontales multietapa, las mismas que
descargarán con valores de 1250 a 3000 psig.
El agua se lleva por una línea de diámetro y espesor adecuado, que no genere
pérdidas de presión grandes para los requerimientos de inyección futuros ya que con
el tiempo se producirá más agua que petróleo. Se debe emplear tuberías de grado
API 5L X52, para proporcionar mayor resistencia al desgate corrosivo interno.
3.4.2 Estación de bombeo.
“Una estación de bombeo de inyección, que consiste en tres bombas eléctricas de
inyección está ubicada inmediatamente al oeste de los separadores API. Las bombas
están montadas en un cojín de concreto equipado con un canal perimétrico de
contención de derrames y con una cubierta (follaje) superior. Las bombas de
inyección dirigen el agua recibida desde el tanque de agua tratada, hacia los pozos
de re-inyección SSF-45ª, 47 y 93 para su re-inyección en la zona de producción”9.
“3.4.3 Equipos de Re-inyección”10.
Los equipos de re-inyección en el Oriente Ecuatoriano están compuestos por
bombas booster y bombas horizontales de alta presión .
9 Petroproducción. Departamento de Reinyección de agua Shushufindi – Septiembre 2005 10 Centrilift.- Manual de Ventas, Bombas horizontales de transferencia
49
Las booster utilizadas son bombas centrífugas horizontales de una sola etapa, en las
cuales le energía cinética o velocidad del fluido (agua de formación) es al inicio
incrementada y entonces convertida en energía potencial o de presión.
La energía cinética es impartida al fluido por la rotación del impeler generando una
fuerza centrífuga. Estas bombas sirven para proporcionar la presión de succión
necesaria para que arranquen las bombas horizontales de alta presión.
Las bombas horizontales de alta presión más utilizadas en el campo petrolero son de
dos tipos: bombas centrífugas horizontales multietapas y bombas horizontales de
desplazamiento positivo pistón, de las cuales, las primeras son las comunes
utilizadas en los sistemas de tratamiento y re-inyección cerrados de
Petroproducción, y en las cuales centraremos nuestra atención.
3.4.4. Bombas Horizontales.
La idea de una bomba horizontal HPS es satisfacer varias aplicaciones como:
desecho de agua salada, proveer agua, servicio de potencia, transferencia de crudo,
inyección de líquido propano, servicio de bombeo de nitrógeno líquido.
Estas bombas son operadas de forma automática con la función arranque/parada
controlada por switch de nivel ubicado en la parte inferior del tanque ecualizador.
50
Para regular su operación estas bombas cuentan con un orificio calibrado que
permite que parte del agua de descarga retorne a la línea de succión.
Diseñado para años de servicio sin fallas, no requieren mantenimiento diario. No
tienen correas en “V” o empacaduras para su servicio. Por su baja vibración y
quietud, se extiende la vida del equipo y se reduce la posibilidad de fugas asociadas
con tubería. La operación quieta de la bomba la hace ideal para áreas sensibles al
medioambiente o zonas urbanas,
3.4.5 Sistema de bombeo horizontal.
“El sistema do bombas horizontales REDA HPS es una bomba centrífuga de
multifase montada en una base para aplicaciones de superficie.
El sistema de bombeo horizontal centrífugo multietapa consta de los siguientes
componentes principales:
1) Estructura (skid – viga de algún tipo de perfil).
2) Motor (eléctrico o de combustión).
3) Acople.
4) Cámara de empuje,
5) Sección de entrada.
6) Bomba centrífuga multietapa
51
7) Controles eléctricos (panel – arrancador)
8) Switches de presión y vibración.
El rango de unidades en este tipo de sistema de bombeo horizontal es el siguiente:
1) Potencia de 25 a 1.000 HP
2) Caudales de 400 BFPD a 50.000 BFPD
3) Presión de descarga de 250 a 4.500 Psi
4) Presión de entrada o de succión desde 1 Psi, hasta 3.000 Psi”11.
3.4.5.1 Descripción de los componentes del Sistema de Bombeo Horizontal
Centrífugo Multi-Etapa.
A continuación daremos una breve descripción de los componentes de los sistemas
de bombeo horizontal centrífugo multi-etapa.
• Skid.- El skid está construido por un perfil de viga determinado (perfil “I”) y
tubería de sección cuadrada, viene con los soportes para la cámara de empuje
y switches, y además con grapas para la bomba, que permiten hacer girar a la
bomba 360°. El montaje del skid requiere una base reforzada de concreto y
hierro con un espesor de 4 a 6” y con un mínimo borde de 1 pie alrededor del
skid.
11 REDA – Manual de Ventas , Bombas horizontalesde transferencia
52
• “Motor.- Se tiene dos tipos de motores: motores eléctricos, y de combustión
interna que usa como combustible diesel o gas natural
Las especificaciones generales de un motor eléctrico son:
a. 460 V/3 fases, 60 Hz. (Disponible en otros voltajes)
b. 3.590 RPM
c. Tipo de carcaza, TEFC, ODP (entre las más comunes)
d. Clase de aislante, F
e. Eficiencia
f. 1,15 factor de servicio
g. Troqué NEMA A o B
h. Frame I o T (viga del soporte del motor)
i. Eje corto (dirección de rotación)
j. Cojinete de bolas.
• Cámara de empuje.- La cámara de empuje absorve el empuje generado por
la bomba y es acoplada al motor con un acople de acero (FALK). El eje
estándar de la cámara absorbe un empuje de 10.000 lb. a 3.600 RPM, y puede
absorber hasta 25.000 lb. en unidades de alto rendimiento.
La cámara de empuje está formada interiormente por cojinete de bolas de
empuje radial, totalmente lubricados por aceite e incluye en sus extremos
53
sellos del eje que operan a una misma presión en ambos sentidos, estos sellos
mecánicos evitan que ingrese aceite u otro fluido al motor. La disposición de
los cojinetes (tipo contacto en “TANDEM”), permite manejar el empuje con
baja generación de calor.
• Cámara de succión.- La cámara de succión está montada entre la cámara de
empuje y la bomba, esta puede rotar a 360° para posicionarse en cualquier
dirección la tubería de succión. Esta incluye un sello mecánico ya que sus
caras están sometidas a un diferencial de presión. Para altas presiones de
succión esta cámara se diseña con aceros de 316 SS y bridas de alta presión.
Se construyen también en materiales resistentes a la corrosión recubiertos por
materiales sintéticos (coated).
• Misceláneos.
a. Switch de vibración.
Está conectado al circuito del motor, lo que permite cortar la energía al motor en
caso de alta vibración en el sistema. Además este switch es ajustable por
sensibilidad.
54
b. Switch de presión Murphy.
Tienen puntos de contacto para alta y baja presión para las presiones de succión y
descarga. Son cableados dentro del panel del motor para apagar la unidad en caso de
válvulas cerradas, rompimiento de líneas o baja presión de succión.
c. Controlador de nivel.
Este controlador se compone del controlador propiamente dicho y el display, y
permite registrar alrededor de 250 eventos.
d. Mangueras flexibles y juntas de expansión.
Son recomendadas para acoplarse al flange (brida de unión) del intake, para evitar la
vibración y la expansión térmica que provocan las altas temperaturas de los fluidos.
e. Bridas de unión para succión y descarga.
Estas bridas pueden ser de tipo RF y RTJ que se muestran en la siguiente tabla y
están disponibles en diferentes diámetros”12.
12 REDA – “Horizontal Pumping System” 1998
55
Figura .17.Unidades de Bombeo ( BHT )
Fuente . Estación SSFD Suroeste
Elaborado por: Daniel Moscoso
Tabla 7. Flanges tipo RF y RTJ
Clase ANSI Máxima presión de
Trabajo permitido
150 275
300 720
600 1440
900 2160
1500 3600
2500 6000
Fuente REDA “horizontal Pumping System “ 1998 Elaborado por Daniel Moscoso
56
La selección básica de un sistema de bombeo horizontal toma en cuenta parámetros
de diseño, tales como: presión de descarga, presión de succión y potencia requerida.
“Parámetros de Diseño Básico de un Sistema de Bombeo Horizontal”13.
[P x 2.31]
H = G esp
Donde:
H= altura
Gesp= gravedad específica del fluido, dimensional
P= diferencial de presión requerido, psi.
1.Presión de descarga (Pd).
Es la presión necesaria para inyectar el fluido a una velocidad requerida, es decir es
la sumatoria de la presión de inyección más las pérdidas de presión que se generan
13 Análisis de los sistemas de tratamiento y reinyección de aguuas de formación en las facilidades de producción de los campos Aguarico y Guanta. Flores Muñoz Luis Alfonso “Escuela Politécnica Nacional”2000Tesis de Grado
57
desde la cabeza del pozo hasta la estación.
2.Presión de succión (Ps).
Es la presión que se tiene en la succión de la bomba, esta puede ser el nivel del
fluido en un tanque o la presión de entregue una bomba de alimentación (bomba
booster). Las bombas centrífugas pueden trabajar con presiones de succión de hasta
1 psi.
3.Diferencial de presión (Pd – Ps).
Es la diferencia matemática entre la presión de descarga y la presión de succión.
Este valor permite determinar la presión requerida por el sistema, es decir la presión
que tiene que ser entregada por la bomba.
Con el valor del caudal escogemos un tipo de bomba y el levantamiento por etapa, y
entonces podremos tener la cantidad de etapas.
4.Potencia requerida.
La potencia de la bomba es igual al producto de los HP/etapa por la cantidad de la
misma.
58
Debe considerarse aproximadamente un 20% de seguridad para escoger la potencia
del motor respecto a los HP que requiere la bomba, y entonces poder seleccionar el
motor del sistema de bombeo horizontal.
Procedimiento de Arranque de Unidades del Sistema de Bombeo Horizontal.
“Para el arranque de la bomba el procedimiento es el siguiente:
1. Instale filtros antes de la bomba, con una válvula de alivio o ventilación
de aire (esto permite liberar el aire de las líneas).
2. Instale una válvula de compuerta y una check en la descarga de la bomba,
esto es importante para instalaciones TANDEM.
3. Cheque el nivel de aceite en la cámara de empuje.
4. Abra la válvula bloque e inunde la entrada y housing de la bomba con
fluido de inyección hasta que todo el aire sea removido de la bomba del
manifold de la descarga.
5. Arranque el motor, verificando el sentido correcto de giro (si la rotación
no es la correcta), pare la unidad y cambie los cables de energía.
6. Realice el ajuste de los switches de presión y vibración acorde a los
requerimientos de operación. La máxima presión de descarga no debe
exceder los límites de presión para el estallido de acuerdo al tipo de
bomba.
59
Mantenimiento.
En el mantenimiento de las unidades de re-inyección de agua se debe tomar en
cuenta lo siguiente:
1. El control de nivel de aceite en la cámara de empuje.
2. El control de los puntos de engrase del motor (rodamientos)
3. La limpieza de la bomba y el chequeo de rotación suave.
4. La limpieza de los sistemas de filtros y succión.
5. El mantenimiento de líneas de succión y descarga.
6. La verificación de puntos de liqueo (cambio de sellos u o-rings).
7. El chequeo de vibración (cada mes).
8. La verificación de la alineación de los componentes
9. El control de la temperatura de las diferentes partes de la bomba para
determinar si es que hay presencia o no de escala
Figura 18. Bomba BHT
Fuente.Compañía SOLIPET, proyecto de reinyección de agua de formación Campo SSFD – Aguarico
Elaborado por :Daniel Moscoso
60
Adicionalmente, se pueden considerar otras operaciones de mantenimiento, tales
como:
10. La frecuencia de los cambios de aceite en la cámara de empuje:
11. El nivel del aceite no debe sobrepasar el control de la mirilla .
12. El acople entre el motor y la cámara de empuje, debe ser engrasado con grasa
“FALK LONG TERM G” (LTG). Se recomienda que el acople sea
chequeado y engrasado una vez por año.”14
14 Información obtenida por prácticas en el campo Compañía Petroproducción
61
3.4.6 Bomba de inyección de químicos .
“Son bombas de desplazamiento positivo, tipo pistón consta de un motor con una
capacidad de ¼ HP el cuál se conecta con la bomba por medio de un eje o acople de
matrimonio que hace girar a los piñones para que el pistón pueda inyectar , pude ser
utilizado con dos cabezotes, es decir puede utilizarse para inyectar dos químicos a la
vez ,además posee un regulador para controlara la cantidad de químico que se desea
inyectar ya sea al pozo productor o a las líneas de flujo para reinyección de agua,
que por lo general dependiendo de los pozos reinyectores o productores oscila de 1 a
8 galones de químico por día , pero tiene una capacidad de inyección de 0.63 a 325
GPD , dos ejes para centrar el émbolo que arrastra al ,pistón, trabaja a 110 V y todos
sus componentes internos se encuentran sumergidas en un aceite lubricante para
evitar su daño por fricción, posee una mirilla externa la cual nos permite determinar
el nivel de aceite lubricante ya que estas bombas no paran su funcionamiento son de
marca TEXSTEAM (HOUSTON)”15.
15 TEXSTEAM RCS- AND CO COOPER, “Pump Catalog & Parts List”, Series 4300
62
Figura 19. Bombas de inyección de Químicos
Fuente. Información Obtenida en la estación SSFD Central Elaborado por Daniel Moscoso
Figura 20.Caseta de Bombas para inyección de Químicos
Fuente. Información Obtenida en la estación SSFD Central Elaborado por Daniel Moscoso
63
3.5 FILTROS.
“La opción de filtros es la parte más difícil del diseño. Es imposible predecir el desempeño
de filtros en aguas producidas. La opción de equipo de filtración depende de las
características de crudo disperso y sólidos para ser filtrados y la calidad deseada del afluente.
El desempeño de equipo de filtración en agua producida puede ser confiadamente
establecido solamente probando en el lugar con el agua de interés.
Hay tres tipos de filtros comúnmente usados para filtrar crudos producidos por agua
3.5.1 El Filtro de Lecho Profundo (descendente)
El filtro de lecho profundo (descendente) requiere de contenidos de crudo de menos que 50
ppm. y concentraciones de sólidos suspendidas menos que 50 ppm. Esperamos que ambas de
estas condiciones encontrarlas en Auca y este filtro podría ser considerado.
El filtro de lecho profundo (descendente) ha sido exitosamente empleado en una variedad de
entornos y ha sido una excelente pieza de equipo. 3.5.2 El Filtro de Lecho Profundo (ascendente)
Este filtro ha sido exitosamente empleado en agua de mar, agua de río y aguas de
producción. Tiene una capacidad extremadamente alta de retener suciedad y es ideal para
aguas de río que frecuentemente tienen muy altas concentraciones de SST.
Este filtro ha sido muy usado para filtrar aguas de producción. Retira los sólidos suspendidos
en el lecho y actúa como un coalescedor para crudo.
64
Las gotitas de crudo se unen dentro del lecho, entonces se levantan para flotar como una fase
de crudo continua en la superficie del agua filtrada sobre los medios. Entonces es retirado del
filtro a través de un skimmer.
Nuevamente, nuestra preocupación es el retrolavado, con este tipo de filtro cuando se emplea
para filtrar aguas de producción conteniendo crudo viscoso no han sido buenas. El uso de
detergentes en retrolavado es típicamente inefectivo. Típicamente, el desempeño decae
gradualmente y los lechos de arena tienen que ser periódicamente limpiados con un solvente.
Alternativamente, la limpieza con vapor puede ser usada.
Basados en estas observaciones y nuestras previas experiencias, no recomendamos el uso de
este tipo de filtro a menos que pueda estar demostrado por ensayo de campo reales que el
filtro puede ser exitosamente regenerado por un período de al menos un mes.
3.5.3 Filtros de Cáscara de Nuez
Este tipo de filtro ha sido empleado en el campo petrolero con el propósito específico de filtrar
aguas de producción con muy variados grados de éxito.
Sin embargo, tienen una ventaja muy fuerte sobre otros medios de filtrado. Los medios de
filtrado pueden casi siempre ser limpiados efectivamente durante el ciclo de retrolavado. Esto es
debido a dos factores.
1. Los medios están compuestos de cáscara de nuez que son humectados naturalmente por agua.
Esto facilita para retirar el crudo o sólidos mojados de crudo de los medios filtrantes.
65
2. El filtro no es retrolavado en el sentido convencional. Agua no filtrada es bombeada hacia
arriba a través del cuerpo de filtro y el medio filtrante es circulado a través de un separador
donde el medio es limpiado.
La humectabilidad de los medios de filtrantes es frecuentemente alteradas por otros productos
químicos de tratamiento presente en el agua. Muchos inhibidores de corrosión son especialmente
efectivos en cambiar la humectabilidad de sólidos de humectante al agua, a humectante al
petróleo.
Probablemente la característica más importante es la mecánica del retrolavado explicada
previamente. La formación de bolas de lodo (bultos de medio filtrante unidos junto con crudo y
sólidos) es evitada efectivamente y los medios se mantienen limpios”16.
3.6 MÉTODO DE DESECHO DE SÓLIDOS.
“Los sólidos recuperados desde la parte inferior de los tanques sedimentadores son
transportados para deshidratación a una serie de tamices instalados para el efecto, el
material sólido recuperado en los tamices serán depositados en una piscina con
recubrimiento de geomembrana y con una cubierta de material plástico (negro) con
el objetivo de acelerar e proceso de evaporación del agua contenida en los sólidos.
El agua de los sólidos recuperada de los tamices será depositada en tanques
recolectores de plástico y/o eternit y será recirculada nuevamente al sistema
clarificador para continuar con el proceso de tratamiento.
16 Tratamiento de agua de reinyección para recuperación secundaria en el campo Auca – Ecuador, Felipe Mamanuel Pinto Valencia, UniversidadTtecnológica Equinoccial, Tesis de Grado
66
Los sólidos recogidos previo a su encapsulamiento deben tener una humedad del 15
al 20%, de allí que es importante evitar la caída de agua lluvia por eso el sitio de
almacenamiento estará cubierto con techo plástico, desde el depósito de sólidos
(piscina) se extraerá manualmente hasta la mezcladora (concretera) en donde se
adicionara el encapsulador “ENCAPSUL” a razón de 3 a 4 sacos de 50 lb. Por
me.
Desde este sitio serán transportados al lugar que Petroproducción indique para su
disposición fina, como relleno sanitario”17.
17 Información Obtenida por la compañía Solipet en el Distrito Amazónico
CAPITULO IV
67
4. APLICACIÓN DE UN SISTEMA DE REINYECCIÓN DE AGUA DE
FORMACIÓN EN EL CAMPO SHUSHUFINDI AGUARICO.
4.1 FACTORES QUE AFECTAN A LA CALIDAD DE AGUA PARA
REINYECTARSE Y COMO INCIDEN EN LA INFRAESTRUCTURA
FISICA (FACILIDADES DE REINYECCIÓN).
“El petróleo se halla en las formaciones productoras o también llamadas arenas
productoras, se halla entrampado o embebido en las rocas que contienen dichas
arenas y junto a él también se encuentra agua y gas.
Al igual que el petróleo, el agua y el gas tienen el mismo origen; es decir son restos
de mares que existieron en la antigüedad, por ende tienen la misma edad geológica
que el petróleo que allí se formo. En condiciones en que el yacimiento no es
descubierto y menos aun explotado, estos tres fluidos se encuentran en equilibrio
termodinámico de presión y temperatura. Cuando es descubierto el yacimiento y
consecuentemente explotado, este equilibrio termodinámico en el que se encuentra
es perturbado y es desde allí donde aparecen los problemas que acarrea este tipo de
agua.
El agua que esta en la formación se halla a la presión y temperatura de la misma y
al ser el agua un disolvente universal, con el tiempo que ha permanecido en esas
condiciones disuelve las sales y mantiene los diferentes iones que la conforman en
un equilibrio químico.
68
Al iniciar la explotación del petróleo por medio de pozos que el hombre construye,
esta agua de formación empieza a salir junto con el petróleo hacia la superficie
cambiando sus condiciones de presión y temperatura. Al ser la presión y la
temperatura cada vez menores, esta agua de formación que se hallaba a condiciones
de yacimiento se convierte en sobresaturada con relación a las condiciones de
presión y temperatura a lo largo del tubing y la superficie. Por esta razón los iones
en solución forman las diferentes sales las mismas que se precipitan en formas de
incrustaciones adherentes a lo largo del tubing y los demás equipos de producción.
Estas incrustaciones pueden ser diferentes tipos, dependiendo de la composición
físico-química del agua que se maneje; por tanto los primeros problemas de sólidos
son de incrustaciones a lo largo del tubing hasta la cabeza del pozo reinyector o el
mismo productor.
A medida que el agua avanza hacia la superficie llega a los elementos de separación
de la mezcla gas-petróleo-agua como son los separadores trifásicos, bota de gas,
tanque de lavado. Por último el agua separada del crudo pasa al sistema de
reinyección y finalmente es reinyectada a la arena Tiyuyacu que se halla a 7000 pies
de profundidad.
Otra causa que incrementa el flujo de sólidos en el sistema es la presencia de arenas
y arcillas que provienen de las arenas productoras y que se van depositando a lo
largo del sistema, especialmente en los elementos que manejan flujos a baja
velocidad y permiten su sedimentación como son: separadores, tanques, piscinas,
etc.
69
Un tercer factor que incrementa el manejo de los sólidos suspendidos en los sistemas
de producción y reinyección de agua son los sólidos producto de las diferentes
clases de corrosión que se dan en el sistema. El origen de estos sólidos pueden ser
de:
• Compuestos de hierro como óxidos y carbonatos originados por una
corrosión electroquímica debido a la alta salinidad del agua de formación.
• Compuestos de hierro como el sulfuro de hierro de origen biogénico, causado
por una corrosión microbiana localizada (pitting) debido a la acción de
bacterias sulfato reductoras.
Todos estos factores contribuyen en mayor o menor grado a causar problemas en el
sistema.
El enfoque de esta parte experimental es el monitoreo de la tendencia que tiene el
agua de formación para formar incrustaciones debido a sus características especiales
en lo que respecta a su composición química y la relación con los cambios de
presión y temperatura en los diferentes elementos del sistema. Mediante este análisis
se puede diagnosticar con mejor criterio las causas por las que ocurren los
problemas en los equipos, siendo las bombas de alta presión las que mayores
problemas presentan.
Finalmente se pueden dar alternativas adicionales a las que se usan para bajar esta
tendencia del agua a formar incrustaciones.
El agua producida en el campo es altamente corrosiva e incrustante, por lo cual se
necesita a parte de un sistema cerrado de un tratamiento químico, para evitar
70
corrosión, depósitos de incrustaciones y sobre todo colonias de bacterias; por lo cual
este tratamiento debe ser eficiente caso contrario causará problemas en un futuro no
muy lejano a los equipos, líneas, completación de pozos y a las formaciones. La
tendencia a la formación de depósitos de incrustaciones de las aguas de formación
de Shushufindi Aguarico son de tal manera que si el agua no es tratada con anti-
incrustante, esta se forma de 4 a 6 horas.
Si el agua ingresa a los equipos por más de 10 horas, sin tratamiento anti-
incrustante, se produce el atascamiento de las bombas centrífugas horizontales
ocasionando la rotura de los ejes; este problema ocasionaría parar el sistema para el
cambio o arreglo de las mismas y gastos. Los sólidos en suspensión (sulfuro de
hierro) son arrastrados por el agua y pasan al sistema de bombeo, afectando bombas
de transferencia y de alta presión.
El agua de formación contiene diferentes características como: conductividad,
turbidez, color, sólidos suspendidos, dureza, alcalinidad y solubilidad.
4.1.1 Conductividad.-
Es una expresión numérica de la habilidad de una solución acuosa en transportar la
corriente eléctrica. Esta habilidad depende de la presencia de iones, soluciones en
las sales y bases inorgánicas, que son relativamente buenos conductores.
Inversamente, las moléculas de los compuestos orgánicos que no se disocian en las
71
soluciones acuosas conducen la corriente. La conductividad establece el grado de
mineralización y estima el efecto de la concentración total de iones en equilibrio
químico y estima la cantidad total de sólidos disueltos en una muestra.
4.1.2.Turbidez.-
La claridad en el agua es muy importante cuando los productos son destinados al
consumo humano. La turbidez en el agua es causada por la materia suspendida, tal
como arcillas, materia orgánica e inorgánica finamente dividida plankton y otros
organismos microscópicos.
4.1.3.Color.-
Este término trata el color del agua que es causada por el removimiento de la
turbidez. El material que produce el color es el resultante del contacto del agua con
restos orgánicos.
4.1.4.Sólidos suspendidos.-
72
Es uno de los principales parámetros usados para evaluar la agresividad de las aguas
residuales domésticas y para determinar la eficiencia de las unidades de tratamiento;
es de esperarse de que ocurra la deposición de este material por medio de los
procesos de floculación biológica y química.
4.1.5.Dureza.-
Se denominan aguas duras a aquellas que generalmente requieren cantidades
considerables de jabón para producir espuma e incrustaciones en calentadores, en
tuberías que conducen agua caliente y en otras unidades en las cuales la temperatura
del agua se incrementa. La dureza del agua varia de acuerdo al lugar donde se
encuentre. La dureza es causada por los cationes divalentes metálicos que son
capaces de reaccionar con el jabón para formar precipitados y con ciertos aniones
presentes en el agua para formar costras.
4.1.6.Alcalinidad.-
Se la define como la cantidad de iones en el agua que reaccionarán para neutralizar
a los iones hidrógeno; también puede ser definida como una medida de la capacidad
del agua para neutralizar ácidos o la capacidad del agua para aceptar protones. Los
bicarbonatos representan la forma o especie química principal de la alcalinidad ya
que ellos se forman en cantidades considerables a partir de la acción del dióxido de
carbono sobre materiales básicos en el suelo:
73
CO2 + CaCO3 + H2O ------------------------ Ca(HCO3)2
La mayoría del agua contiene considerable cantidad de impurezas disueltas, las
cuales se presentan como iones, la combinación de estos iones forman compuestos
los cuales son pocos solubles en el agua. El agua presenta poca capacidad de
mantener estos compuestos en solución y cuando esta capacidad es excedida se
precipitan estos compuestos como sólidos.
4.1.7.Solubilidad.-
La solubilidad es la cantidad de una sustancia que puede disolverse en determinada
cantidad de disolvente”18.
4.2 ASPECTOS BÁSICOS Y CONTROL DE CALIDAD DEL
TRATAMIENTO DEL AGUA DE REINYECCIÓN.
“Existen dos tipos de fuentes de agua, las superficiales y las subterráneas conocida
como agua de pozo. Dependiendo de la fuente de donde proviene, el agua tiene
diferencias bien marcadas en cuanto sólidos suspendidos y/o sólidos disueltos. Estos
reciben el nombre de impurezas cuando son de origen natural y contaminantes
cuando son de origen industrial o municipal. La composición del agua en cuanto a
18 SOLIPET, Tratamiento para el agua de formación para reinyección
74
su contenido de minerales, varia de acuerdo con el tipo de estrato o formación de
donde provenga. Los principales minerales que están presentes en el agua son:
carbonato de calcio (piedra caliza), carbonato de magnesio (dolomita), sulfato de
calcio (yeso), sulfato de magnesio (sales de epson), sílice (arena), cloruro de sodio
(sales comunes), sulfato de sodio y pequeñas cantidades de hierro, manganeso, flúor,
aluminio y otras sustancias.
Las aguas que contienen grandes cantidades de calcio y magnesio son conocidas
como aguas duras.
La producción de petróleo esta acompañada de la producción de agua, la cual tiene
ciertos compuestos indeseables:
• Cloruro en cantidades mayores a 5000 ppm.
• Bicarbonatos en concentraciones mayores a 800 ppm.
• Residuos de demulsificantes.
• Residuos de inhibidores de corrosión.
• Residuos de inhibidores de escala.
• Bacterias sulfato reductoras
• Sulfuro de hierro en concentraciones de mas de 20 ppm.
• Metales pesados como cromo, níquel, vanadio, etc.
Dentro de la industria petrolera se utiliza el término escala para referirse a las
incrustaciones.
75
Las aguas producidas desde el punto de vista físico-químico tienen diferentes
comportamientos o tendencias; así el agua del yacimiento T es incrustante siendo la
concentración de iones calcio del orden de 30000ppm; mientras que el agua de U y
en especial de G2 es muy corrosiva.
Adicionalmente el gas producido de las arenas T, U y G2 contienen
aproximadamente 20 % de CO2 que provoca corrosión en la sarta de producción
cuando el volumen de agua producida es alto. Este efecto es más severo en los
pozos que producen de las arenas U y G2.
Respecto a los tratamientos químicos que se aplican a los fluidos producidos se debe
considerar que el agua producida es el principal problema del campo ya que reduce
significativamente (más del 50 %) el tiempo de residencia del crudo en las
facilidades de producción por lo que existe sensibilidad en el sistema de
deshidratación del crudo; Así mismo; Provoca o constituye el medio propicio para
que se desencadene la proliferación de colonias de bacterias sulfato reductoras que
ocasionan corrosión y “bio fouling” especialmente en los tanques de lavado.
Además esta agua tiende a formar incrustaciones de carbonato de calcio que
restringe la producción de los pozos y constituye en el ámbito de superficie un serio
problema en los sistemas de reinyección de agua.
En el campo Shushufindi Aguarico el agua tiene cada vez mayor importancia en la
relación de fluidos producidos por lo que cada vez capta mayores montos.
Actualmente en el campo Shushufindi Aguarico el control de las incrustaciones se
realiza mediante la inyección de químicos antiescala a partir de fosfonatos que se
aplica principalmente por vía capilar o por recirculación, en los pozos que producen
76
mediante bombeo electro sumergible”19.
4.3 ANÁLISIS DE LABORATORIO SOBRE LA CALIDAD DE AGUA PARA
REINYECTARSE.
Entre los factores más importantes que afectan la calidad de agua de inyección
podremos mencionar los siguientes:
4.31. Sólidos en suspensión.
4.3.2. Corrosión.
4.3.3. Formación de incrustaciones.
4.3.4. Problemas bacteriológicos.
4.3.5. Bacterias en el proceso de corrosión (H2 S).
4.3.6. Contenido de petróleo.
4.3.7. Sólidos y gases disueltos (CO2, O2, H2 S).
4.3.8. Compatibilidad de aguas.
4.3.1. Sólidos en suspensión.
“Tanto la concentración como la composición de los sólidos en suspensión presenta
19 SOLIPET, Tratamiento para el agua de formación para reinyección
77
un criterio sobre la turbiedad y sedimentos del agua o sea son los indicadores
principales de la calidad de agua.
Los sólidos en suspensión son recolectados directamente en los puntos de muestreo
a través de un filtro membrana, el mismo que tiene un diámetro nominal de poro de
0.45 micrones.
La membrana es enviada al laboratorio para determinar la cantidad, diámetro de las
partículas y la composición de los sólidos atrapados en el filtro.
Al realizar una prueba de calidad de agua obtendremos lo siguiente:
• Se puede medir el grado relativo de taponamiento de la formación causado
por los sólidos en suspensión encontrados en el agua. Para esto se hace fluir
el agua a través de una membrana a un diferencial de presión constante que
normalmente es de 20 psi y la acumulación de agua a través de todo el
recorrido es grabada en incrementos como una función del tiempo.
• Además proporciona una medida de la permeabilidad (k) de la capa de
aglutinación del filtro formado en la membrana y es función tanto del
tamaño, forma, concentración y la deformación de las partículas del sólido en
el agua. A pesar de no estar clasificado como un sólido una porción de
cualquier petróleo disperso o químico de tratamiento no disuelto en el agua,
es atrapada en la capa de aglutinación del filtro y usualmente da como
78
resultado un decrecimiento en la permeabilidad (k) de la capa de
aglutinación, y por lo tanto una calidad de agua reducida.
La medición del tamaño de las partículas puede además utilizarse para
caracterizar los sólidos en suspensión del agua producida.
• La determinación del tamaño de las partículas es de utilidad limitada porque
los resultados obtenidos son una función tanto de la forma de la partícula
como del método que se utiliza y por lo tanto son mediciones relativas en el
mejor de los casos.
• El goteo de petróleo y las burbujas de gas son contadas como partículas, que
posteriormente reducen la utilidad del control de partículas en los sistemas de
producción de agua”20
4.3.1.1Pruebas de Flujo.
• “Es de gran utilidad si se lo utiliza en el sitio de inyección actual de agua,
sujeta a varios grados de filtración y/o remoción de petróleo.
• Las variaciones de inyectabilidad observadas en los estudios del núcleo, con
frecuencia no son observadas en la práctica.
Si una agua de inyección no tapona un núcleo debidamente preparado, es
extremadamente poco probable que el agua taponará un pozo inyector.
20 Inyección de agua en pozos petroleros C Patton y Associations
79
4.3.1.2 Mediciones de Sólidos Suspendidos Totales (SST).
Las muestras de sólidos suspendidos fueron recogidas, desde la línea de descarga de
agua después de los tanques de lavado en la estación Shushufindi con filtros
membrana de 0,45 µ, conectados a una toma de muestras. Es muy importante que
los sólidos suspendidos en el agua producida sean recopilados de esta manera.
Si las muestras son llevadas a un laboratorio y filtradas, la reducción de presión y
exposición al oxígeno después del muestreo resultará en la precipitación de hierro
disuelto del agua que es incorrectamente incluido en las medidas de los sólidos.
Si el agua es propensa a la formación de escala, partículas de escala pueden también
precipitarse durante el transporte al laboratorio y ser incluidas en los sólidos
suspendidos.
Es importante entender que cualquier hierro o componente de escala que se
precipiten después de que una muestra fue tomada del sistema, no están presentes
como sólidos suspendidos.
En este caso no hay error provocado por transportar la muestra al laboratorio para
filtración ya que el agua está en equilibrio con el aire en su estado natural.
4.3.1.3 Procedimiento de Análisis de Sólidos Suspendidos.
80
Este es un procedimiento que permite una identificación semi cuantitiva de los
componentes de sólidos suspendidos del muestreo.
Los sólidos suspendidos son recopilados fluyendo agua al sistema a través de filtros
de membrana de 0,45 µm.
El filtro es lavado con una serie de solventes, secado y pesado después de cada paso
de lavado.
El propósito de cada paso de lavado es interpretado como sigue:
1. El agua destilada: Disuelve sales solubles en el agua que se precipitan desde
el agua en el filtro de membrana cuando el agua es evaporada durante el
secamiento. Si la sal no es removida, es incluida falsamente en los sólidos
suspendidos.
2. Xileno: Disuelve crudo. Indica la contribución de crudo transportado.
3. Ácido Acético: Disuelve compuestos de carbonato tal como carbonato de