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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA DE PETRÓLEO
DISEÑO DE UN PROGRAMA COMPUTARIZADO PARA LA CLASIFICACIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LAS AGUAS DE FORMACIÓN
Trabajo de Grado presentado ante la
Ilustre Universidad del Zulia para optar al Grado Académico de
MAGÍSTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA DE PETRÓLEO
Autor: Ing. Natalia Guadalupe Leal Wilhelm
Tutor: Ing. Eduardo Ríos, MSc.
Co-tutor: Ing. Américo Perozo, MSc.
Maracaibo, Septiembre de 2010.
Leal Wilhelm Natalia Guadalupe. Diseño de un Programa Computarizado para la
Clasificación Físico Química de las Aguas de Formación. (2010) Trabajo de Grado.
Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela.
248 p. Tutor: Prof. Eduardo Ríos; Cotutor: Prof. Américo Perozo
RESUMEN
El objetivo de esta investigación es diseñar un programa computarizado en lenguaje de
programación Visual Basic que permita la clasificacion fisico química de las aguas de
formación por yacimiento a partir de los análisis de laboratorio de muestras de agua.
Adicionalmente, el programa permitirá obtener el patrón de agua por yacimiento y generará
una base de datos para almacenar las muestras de aguas y sus análisis correpondientes. La
metodología a emplear consistirá en plantear algoritmos que permitan clasificar las aguas
según el ambiente de origen, establecer patrones areales y verticales representativos
partiendo de los métodos gráficos de clasificación de aguas, determinar valores
representativos de resistividad de agua, pronosticar la tendencia de las aguas a formar
depósitos de carbonatos y sulfatos, y generar el patrón característico de las aguas de
formación por yacimiento. Posteriormente se procedió a programar los algoritmos en el
lenguaje Visual Basic 6.0, para luego validarlo con una data ejemplo. Como resultado de
este trabajo se espera obtener un programa que permita: almacenar los análisis de
muestras de agua en una base de datos, determinar la consistencia interna de éstos análisis,
realizar corrección por sodio a los balances iónicos de las muestras, crear el patrón de agua
por yacimiento, comparar una muestra con uno o dos patrones, clasificar las aguas de
formación según las propuestas de Hem, Sulin, Bojarski y Schoeller, representar
graficamente los datos a partir de los graficos de Stiff, Sulin, Reistle, McKinnel y el diagrama
ternario, pronosticar la tendencia del agua a formar depositos de Carbonato de Calcio y
Sulfato de Calcio, así como calcular la Resistividad de agua de formación. Por tanto, esta
herramienta permitirá una completa clasificacion fisica quimica de las aguas de formación lo
que incidirá favorablemente en una mejor caracterización de los yacimientos en estudio.
Palabras Clave: Clasificación físico química, Aguas de formación, Patrón de Agua, Programa
Computarizado.
E-mail: [email protected]
Leal Wilhelm Natalia Guadalupe. Design of a Computer Program for Physical and Chemical
Classification of Formation Water. (2010) Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad
de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela. 248 p. Tutor: Prof. Eduardo
Ríos; Cotutor: Prof. Américo Perozo.
ABSTRACT
The main objective in this investigation consist in to design a software based on Visual Basic
software language that allows a physical-chemical classification of the formation waters per
deposit based on the laboratory analysis of samples. Additionally, the software will allow
getting the water pattern per deposit and also could generate a data base to register the
water samples and their correspondent analysis. The methodology to use will consist in to
insert algorithms that allow doing a classification of the waters according of the
environmental origin, setting sanding patterns and representatives verticals factors by
several plotting methods of waters classifications, daterminating representative values of
water resistivity, prognosticating the water tendency to form carbonate and sulfate deposits,
and generating the characteristical pattern of the water formation per deposit.
Subsequently, it will proceed to programate this algorithms on Visual Basic 6.0 language to
validate them with an example data. With the results of this work is expected to develop
software that could perform a registering of water samples analisys into a data base,
determinate the internal consistency of such samples, performing a sodium correction on the
Ionics balances of samples, creating a water pattern per deposit, comparing a sample with
one or two patterns, to classificate the water formation according with the following
purposes: Hem´s, Sulin´s, Bojarski´s and Schoeller´s. Plotting a graphical view beginning
with Stiff´s, Sulin´s, Reistle´s, McKinnel´s and also drawing the ternaries diagram.
Prognosticate the water tendency to form calcium carbonate and sulfate deposits and also,
estimating the water resistance of formation. As a result of all, this tool will allow a complete
physical-quemical classification of the formation waters which improve substantially a better
study of the deposits subjects to study.
Key Words: Phisical-quemical classification formation water, water patterns, computer
program.
E-mail: [email protected]
Dedico este trabajo de grado que
ha exigido de mí: esfuerzo, tesón,
dedicación y tiempo;
a los pilares fundamentales de mi vida:
Mi Dios y mi Familia,
los amo.
Natalia Guadalupe Leal Wilhelm.
AGRADECIMIENTO
“El agradecimiento mira siempre grande el favor que recibió” por eso, quiero agradecerle a
tantas personas que con su ayuda hicieron posible que se realizara esta investigación
científica, vaya para ellos mi más profundo: “Gracias”.
Primeramente a Dios Uno y Trino: Padre Creador, Hijo Redentor y Espíritu Santo
Santificador, por darme la fuerza, la guía y la sabiduría necesaria para perseverar y lograr
esta meta.
A María Santísima, por interceder por mis intenciones de finalizar esta meta, ante su Hijo,
nuestro Señor Jesucristo.
A mi familia porque sin su ayuda, sus oraciones y su apoyo incondicional no hubiese sido
posible culminar este proyecto.
A los Profesores Eduardo Ríos y Américo Perozo cuyos aportes, dedicación y mística fueron
claves para el desarrollo de la investigación.
A mis amigas Yulibeht García, Adriana Molina, Yenifer Cepeda, Yaseli Cepeda y María
Quintero por toda la ayuda y el apoyo que me brindaron para que pudiera culminar este
proyecto.
A mis compañeros de trabajo, por todo su apoyo y comprensión en cuanto al tiempo que
exigió de mi, la elaboración de este trabajo de tesis.
TABLA DE CONTENIDO
Página
RESUMEN................................................................................................. 04
ABSTRACT................................................................................................ 05
DEDICATORIA........................................................................................... 06
AGRADECIMIENTO..................................................................................... 07
TABLA DE CONTENIDO............................................................................... 08
LISTA DE TABLAS..................................................................................... 11
LISTA DE FIGURAS................................................................................... 13
INTRODUCCIÓN........................................................................................ 15
CAPITULO
I EL PROBLEMA 17
1.1. Planteamiento del Problema………………………………………………. 17
1.2. Objetivos de la Investigación…………………………………………….. 18
1.2.1. General…………………………………………………………………………… 18
1.2.2. Específicos…………………………………………………………………….. 18
1.3. Justificación de la Investigación………………………………………… 19
1.4. Delimitación de la Investigación………………………………………… 20
II MARCO TEÓRICO 21
ANTECEDENTES 21
BASES TEÓRICAS 23
2.1. La naturaleza del agua………………………………….…………………… 23
2.1.1. La molécula del agua…………………………………………………….. 23
2.1.2. Fuentes de agua……………………………………………………………. 25
2.1.2.1. Aguas subterráneas…………………………………………. 26
2.2. Muestreo de las aguas de formación…………………………………. 27
2.2.1. Prueba Drill-Stem………………………………………………………….. 28
2.2.2. Muestras que contienen gases disueltos………………………. 29
2.2.3. Muestreo en la línea de flujo…………………………………………. 30
2.2.4. Muestreo en el cabezal del pozo…………………………………… 31
2.2.5. Muestra para determinar propiedades inestables o
especies…………………………………………………………………………. 32
2.2.6. Muestras para análisis de isotopos estables……………….. 32
2.2.7. Contenedores de Muestras……………………………………………. 33
2.3. Análisis de laboratorio de las aguas de formación……………. 34
2.3.1. Control de Calidad…………………………………………………………. 34
2.3.2. Tratamientos Preliminares a las Muestras……………………. 36
2.3.3. Reportes de los Resultados analíticos…………………………… 37
Balance Iónico………………..………………………………………. 38
Patrón de las aguas de formación……………………….….. 39
Comparar una muestra con un patrón……………… 40
Comparar una muestra con dos patrones………… 40
2.4. Aguas de Formación…………………………………………………………… 41
2.4.1. Composición…………………………………………………………………… 42
2.4.2. Unidades………………………………………………………………………… 45
2.4.3. Caracterización………………………………………………………………. 46
2.4.4. Propiedades Físicas………………………………………………………… 47
Sólidos Disueltos………………………………………………………. 47
pH………………………………………………………………………………. 48
Alcalinidad…………………………………………………………………. 48
Dureza……………………………………………………………………….. 48
Resistividad del Agua………………………………………………… 48
Página
2.4.5. Clasificación……………………………………………………………………. 49
2.4.5.1. Clasificación Genética………………………………………… 49
2.4.5.2. Clasificación propuesta por Sulin………………………. 50
2.4.5.3. Clasificación propuesta por Bojarski…………………. 52
2.4.5.4. Clasificación propuesta por Hem………………………. 54
2.4.5.5. Clasificación propuesta por Schoeller……………….. 54
2.4.5.6. Clasificación propuesta por Chebotarev……………. 57
2.4.6. Precipitación de Sales Inorgánicas………………………………… 59
2.4.6.1. Carbonato de Calcio…………………………………………… 59
Índice de Langelier…………..………………………………………. 60
Índice de Ryznar….…………..………………………………………. 61
Método de H. Stiff y L. Davis……………………………………. 61
Método de Oddo y Tomson………………………………………. 65
2.4.6.2. Sulfato de Calcio………………………………………………… 66
Cálculo de la Solubilidad del CaSO4 a cualquier
punto de mezcla………………………………………………………… 68
2.4.7. Equilibrio de Carbonatos……………………………………………….. 71
Especiación………………………………………………………………… 72
Alcalinidad…………………………………………………………………. 75
Saturación Mineral……………………………………………………. 75
Presión Parcial de CO2………………………………………………. 76
2.4.8. Método Gráficos……………………………………………………………… 77
2.4.8.1. Diagrama de Stiff………………………………………………. 79
2.4.8.2. Diagrama de Sulin……………………………………………… 81
2.4.8.3. Gráfico de Reistle………………………………………………. 81
2.4.8.4. Diagrama Ternario……………………………………………… 82
2.4.8.5. Diagrama de Piper……………………………………………… 83
2.4.8.6. Diagrama de Durov……………………………………………. 84
2.4.8.7. Diagrama de Schoeller……………………………………… 84
2.4.8.8. Método Gráfico para Mezcla de dos Aguas:
McKinnell………………………………………………………….... 85
2.5. Algoritmo……………………………………………………………………………. 87
2.5.1. Características de los algoritmos………………………………….. 88
2.5.2. Diseño del algoritmo……………………………………………………… 89
2.5.3. Representación gráfica de los algoritmos…………………….. 90
Diagrama de Flujo.……………………………………………………. 91
2.6. Herramienta de Programación: Visual Basic……………………… 91
2.6.1. Programación orientada a objetos………………………………… 92
2.6.2. El entorno de Visual Basic……………………………………………… 93
DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS…………………………………………… 98
III MARCO METODOLÓGICO………………………………………………………………. 100
3.1. Enfoque de la Investigación………………………….…………………….. 100
3.2. Tipo de Investigación……………………………………………………………. 100
3.3. Diseño de la Investigación…………………………………………………… 101
3.4. Universo, Población y Muestra……………………………………………… 102
3.5. Técnicas e instrumentos de recolección de datos………………. 103
3.6. Procedimiento Metodológico………………………………………………… 104
IV ANÁLISIS DE RESULTADOS…………………………………………………………… 110
4.1. Análisis de la teoría para la clasificación de las aguas de
formación……………………………………………………………………………… 111
4.2. Análisis del sistema del programa computarizado ANAGUA 112
4.2.1. Crear un Patrón..………………………………………………………….. 114
Página
4.2.2. Comparar una muestra con un patrón…….…………………… 114
4.2.3. Comparar una muestra con dos patrones………….………… 117
4.2.4. Balance Iónico…………………………………………….……….………… 121
4.2.5. Corrección del Balance Iónico por Sodio………..….………… 123
4.2.6. Sólidos disueltos……………………………………………..….………… 124
4.2.7. Densidad……………………………………………….…….…..….………… 125
4.2.8. Dureza………………………………………………………..…..….………… 125
4.2.9. Resistividad………………………….…………………..….………… 126
4.2.10. Clasificación de las Aguas por el Método de Hem……… 127
4.2.11. Clasificación de las Aguas por el Método de Sulin…..… 128
4.2.12. Clasificación de las Aguas por el Método de Bojarski
(Sulin Modificado)…………………………………………………....… 129
4.2.13. Clasificación de las Aguas por el Método de Schoeller. 131
4.2.14. Índice de Langelier…………………………………………………...… 132
4.2.15. Método de Ryznar…………………………………………………....… 133
4.2.16. Método de Stiff Davis……………………………………………....… 134
4.2.17. Método de Oddo y Tomson……………………………………….… 136
4.2.18. Coeficiente de Actividad…………………………………………...… 137
4.2.19. Constantes de equilibrio aparente (K1´y K2´)…..…..… 138
4.2.20. Especiación disponible……………………………………………...… 139
4.2.21. Alcalinidad………………………………………………………………...… 140
4.2.22. Saturación mineral…………………………………………………...… 140
4.2.23. Presión parcial CO2………………………………………………....… 142
4.2.24. Gráfico de Stiff………………………………………………………..… 142
4.2.25. Diagrama de Sulin…………………………………………………….… 145
4.2.26. Gráfico de Reistle…………………………………………………....… 145
4.2.27. Diagrama ternario…………………………………………………...… 147
4.2.28. Diagrama de Piper…………………………………………………...… 148
4.2.29. Diagrama de Durov………………………………………………....… 150
4.2.30. Diagrama de Schoeller…………………………………………....… 152
4.2.31. Método de McKinnell (mezcla de agua)…………………..… 152
4.2.32. Conversiones de unidades……………………………………....… 155
4.3. Desarrollo de los algoritmos para la clasificación físico
química de las aguas de formación…………………………………….. 163
4.4. Elaboración del programa computarizado ANAGUA en
lenguaje Visual Basic……………….…………………………………………… 202
4.4.1. Datos de entrada.………………………………………………………….. 202
4.4.2. Datos de salida.………………..………………………………………….. 204
4.4.3. Requerimiento de Procesamiento: Procesos
principales…………………………………………………………………………… 204
4.5. Programación de los Algoritmos…………………………………………… 207
4.6. Validación del programa computarizado ANAGUA……………… 208
4.6.1. Criterio de validación N° 1…..……………………………………….. 208
4.6.2. Criterio de validación N° 2…..……………………………………….. 218
4.6.3. Criterio de validación N° 3…..……………………………………….. 225
V MANUAL DEL USUARIO DEL PROGRAMA COMPUTARIZADO
ANAGUA…………………………………………………………………………………………. 231
CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………………….…….. 241
RECOMENDACIONES………………………………………………………………………………………………. 244
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………………….. 245
APÉNDICE………………………………………………………………………………………………………………. 248
LISTA DE TABLAS
Tabla Página
1 Distribución del Agua en la Tierra……………………………………………………………... 25
2 Ecuaciones para la conversión de unidades……………………………………………….. 46
3 Datos de interés de los aniones y cationes que componen las aguas de
formación…………………………………………………………………………………………………….. 47
4 Sistema de Clasificación de Aguas propuesto por Sulin…………………………….. 51
5 Clasificación de Aguas propuesto por Hem…………………………………………………. 54
6 Sistema de Schoeller para la Clasificación de las aguas asociadas a
yacimientos petrolíferos………………………………………………………………………………. 54
7 Clasificación propuesta por Chebotarev……………………………………………………… 58
8 Factores de conversión para el cálculo del esfuerzo iónico………………………… 63
9 Parámetro del tamaño del Ión, de la Ecuación de Deybe-Hückel……………… 73
10 Valores utilizados para realizar la conversión de mg/L a meq/L……………….. 78
11 Procedimiento metodológico del objetivo específico Nº 1…………………………. 104
12 Procedimiento metodológico del objetivo específico Nº 2…………………………. 105
13 Procedimiento metodológico del objetivo específico Nº 3…………………………. 107
14 Procedimiento metodológico del objetivo específico Nº 4…………………………. 108
15 Procedimiento metodológico del objetivo específico Nº 5…………………………. 109
16 Organización de los datos para el procedimiento “Comparar una muestra
con un patrón”…………………………………………………………………………………………….. 115
17 Posibles condiciones para las iteraciones aplicadas en el procedimiento
“Comparar una muestra con dos patrones”……………………………………………….. 119
18 Organización de los datos para el procedimiento “Balance Iónico”…………… 121
19 Organización de los datos para el procedimiento “Clasificación de las aguas
por el método de Hem”……………………………………………………………….…… 127
20 Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Hem.…….. 128
21 Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Sulin.….... 129
22 Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Bojarski... 130
23 Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Bojarski... 130
24 Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Schoeller. 131
25 Factores de conversión para el cálculo del Esfuerzo Iónico para muestras con
TDS < 4000 ppm………………………………………………………………………………….. 135
26 Organización de los datos para el procedimiento “Diagrama de Stiff” 1…… 143
27 Organización de los datos para el procedimiento “Diagrama de Stiff” 2…… 144
28 Organización de los datos para el procedimiento “Gráfico de Reistle”……… 146
29 Organización de los datos para el procedimiento “Método McKinnell” 1…… 153
30 Organización de los datos para el procedimiento “Método McKinnell” 2…… 154
31 Organización de los datos para el procedimiento “Método McKinnell” 3…… 154
32 Ejemplo para la conversión de unidades: Masa/Volumen……..………………….. 156
33 Ejemplo para la conversión de unidades: Equivalente/Volumen……..……….. 157
34 Cálculos a realizar para determinar la unidad mol/Kg……………………………….. 158
35 Ejemplo para la conversión de unidades: Moles/Masa……..…..………………….. 159
36 Cálculos a realizar para determinar la unidad molal………………………………….. 160
37 Ejemplo para la conversión de unidades: molal…………….….…..……….……….. 161
38 Ejemplo para la conversión de unidades: Moles/Volumen…….………………….. 162
39 Ejemplo para la conversión de unidades: %Equivalente/Volumen…….……… 163
40 Datos de entrada del programa ANAGUA………………………………………………….. 203
41 Muestras utilizadas para validad el programa ANAGUA…………………………….. 209
42 Análisis de resultados sección propiedades de los fluidos, pozos N° 1 al
10…………………………………………………………………………………………………………………. 210
Tabla Página
43.a Análisis de resultados sección equilibrio de carbonatos 1/2………………………. 212
43.b Análisis de resultados sección equilibrio de carbonatos 2/2………………………. 214
44 Análisis de resultados módulo gráfico: Diagrama de Stiff, Diagrama
Ternario, Diagrama de Piper y Diagrama de Schoeller, pozos N° 1 al 5…… 216
45 Análisis de resultados módulo conversiones. Pozo N° 1……………………………. 217
46 Muestras utilizadas. Validación del procedimiento “Crear un patrón”………. 219
47 Análisis de resultados módulo patrones, sección “Crear Patrón”………………. 220
48 Muestras utilizadas. Validación del procedimiento “Comparar una muestra
con dos patrones”…………………………………………………………………………. 221
49 Análisis de resultados módulo patrones, sección “Comparar una muestra con
dos patrones”…………………………………………………………………………….…………. 221
50 Análisis de resultados módulo análisis, sección “Consistencia Interna de la
muestra”…………………………………………………………………………………………………. 222
51 Muestras utilizadas. Validación del procedimiento “Método de Sulin”………. 223
52 Análisis de resultados módulo análisis, procedimiento Método de Sulin….. 223
53 Muestras utilizadas. Validación del procedimiento “Diagrama de Durov”…. 224
54 Análisis de resultados módulo patrones, sección “Comparar una muestra con
un patrón”…………………………………………………………………………………………….. 226
55 Análisis de resultados procedimiento Método de Hem…………………………….... 226
56 Análisis de resultados procedimiento Método de Hem…………………………….... 227
57 Análisis de resultados procedimiento Método de Schoeller….……………….... 228
58 Análisis de resultados procedimiento Método pronósticos de
precipitados……………………………………………………………………………………………….... 228
59 Análisis de resultados Módulo Gráfico: Diagrama de Sulin y Reistle……..... 229
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 Unión de moléculas biatómicas de hidrógeno y oxígeno para producir
moléculas de agua de naturaleza polar……………………………………………………… 23
2 Herramientas utilizadas para la prueba Drill-Stem…………………………………… 29
3 Tomador de muestra en la línea de flujo………………………………………………….. 30
4 Método para obtener muestra en el cabezal del pozo………………………………. 31
5 Cámara de flujo para determinar el pH y Eh en el cabezal del pozo……….. 32
6 Gráfico para convertir las partes por millón (ppm) de calcio y alcalinidad a
pCa y pAlk………………………………………………………………………………………………… 62
7 Gráfico para determinar constante empírica K vs. Esfuerzo Iónico…………. 64
8 Solubilidad para el Sistema sulfato de calcio-agua…………………………………… 67
9 Solubilidad del CaSO4 en agua destilada a varias temperaturas……………… 69
10 Solubilidad del CaSO4 en presencia de un exceso de Ca++ o SO4=…………. 70
11 Solubilidad del CaSO4 en presencia del ion Na+………………………………………. 70
12 Solubilidad del CaSO4 en presencia del ion Mg++……………………………………… 71
13 Diagrama de Stiff……………………………………………………………………………………… 80
14 Diagrama de Sulin…………………………………………………………………………………….. 81
15 Diagrama de Reistle………………………………………………………………………………….. 82
16 Diagramas Ternarios…………………………………………………………………………………. 83
17 Diagrama de Piper…………………………………………………………………………………….. 83
18 Diagrama de Durov……………………………………………………………………………………. 84
19 Diagrama de Schoeller……………………………………………………………………………….. 85
20 Data y Gráfico de Mezcla de dos aguas del ensayo realizado por J.C.
McKinnell…………………………………………………………………………………………………….. 86
21 Análisis del problema…………………………………………………………………………………. 87
22 Partes de un algoritmo………………………………………………………………………………. 88
23 Fases del diseño de un algoritmo………………………………………………………………. 90
24 Simbología utilizada en los Diagramas de Flujo……………………………………….. 92
25 Entorno de Desarrollo de Visual Basic 6.0…………………………………………………. 94
26 Barra de menús de Visual Basic 6.0………………………………………………………….. 95
27 Barra de herramientas estándar……………………………………………………………….. 95
28 Barra de herramientas no estándar y Cuadro de dialogo “Components”… 97
29 Fases para el Diseño y Construcción del programa ANAGUA…………………… 110
30 Módulos y procedimientos que componen el programa ANAGUA…………… 113
31 Diagrama de Stiff referencial……………………………………………………………………. 143
32 Gráfico de Reistle referencial…………………………………………………………………….. 147
33 Diagrama Ternario referencial…………………………………………………………………… 148
34 Imagen referencial del diagrama de Piper………………………………………………… 149
35 Imagen referencial del diagrama de Durov….…………………………………………… 151
36 Diagrama de Schoeller referencial………………..…………………………………………… 152
37 Diagrama del método de McKinnell para la data ejemplo………………………… 155
38 Diagrama de flujo para el procedimiento “Crear patrón”…………………………. 164
39 Diagrama de flujo para el procedimiento “Comparar una muestra con un
patrón”…………………………………………………………………………………….…………………. 165
40 Diagrama de flujo para el procedimiento “Comparar una muestra con dos
patrones”……………………………………………………………………..………………………. 166
41.a Diagrama de flujo para el procedimiento “Balance Iónico”, 1/2………………. 167
41.b Diagrama de flujo para el procedimiento “Balance Iónico”, 2/2………………. 168
42.a Diagrama de flujo para el procedimiento “Corrección por Sodio” 1/2…….. 169
42.b Diagrama de flujo para el procedimiento “Corrección por Sodio” 2/2…….. 170
Figura
Página
43 Diagrama de flujo para el procedimiento “Sólidos disueltos”…….……………. 171
44 Diagrama de flujo para el procedimiento “Densidad”………………………………. 172
45 Diagrama de flujo para el procedimiento “Dureza”………….………………………. 173
46 Diagrama de flujo para el procedimiento “Resistividad”…….……………………. 174
47 Diagrama de flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el
método de Hem”……………………………………………………….……………………………. 175
48 Diagrama de flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el
método de Sulin”……………………….…………………………….……………………………. 176
49.a Diagrama de flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el
método de Bojarski 1/2”….……………………………………….……………………………. 177
49.b Diagrama de flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el
método de Bojarski 2/2”….……………………………………….……………………………. 178
50.a Diagrama de flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el
método de Schoeller 1/4”…….………………………………….……………………………. 179
50.b Diagrama de flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el
método de Schoeller 2/4”…….………………………………….……………………………. 180
50.c Diagrama de flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el
método de Schoeller 3/4”…….………………………………….……………………………. 181
50.d Diagrama de flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el
método de Schoeller 5/4”…….………………………………….……………………………. 182
51 Diagrama de flujo para el procedimiento “Índice de Langelier”…….………. 183
52.a Diagrama de flujo para el procedimiento “Índice de Ryznar 1/2”……………. 184
52.b Diagrama de flujo para el procedimiento “Índice de Ryznar 2/2”……………. 185
53 Diagrama de flujo para el procedimiento “Índice de Stiff Davis”….…………. 186
54 Diagrama de flujo para el procedimiento “Método de Oddo y Tomson”….. 187
55 Diagrama de flujo para el procedimiento “Coeficiente de Actividad”….…. 188
56 Diagrama de flujo para el procedimiento “Constantes de Equilibrio
Aparente”……………………………………………………………………………………………………. 189
57 Diagrama de flujo para el procedimiento “Especiación”………………..…………. 190
58 Diagrama de flujo para el procedimiento “Alcalinidad”………………….…………. 191
59 Diagrama de flujo para el procedimiento “Saturación Mineral”…….…………. 192
60 Diagrama de flujo para el procedimiento “Presión parcial CO2”….…….……. 193
61 Diagrama de flujo para el procedimiento “Diagrama de Stiff”….……………. 194
62 Diagrama de flujo para el procedimiento “Diagrama de Sulin”….……………. 195
63 Diagrama de flujo para el procedimiento “Gráfico de Reistle”….…….………. 196
64 Diagrama de flujo para el procedimiento “Diagrama Ternario”….……………. 197
65 Diagrama de flujo para el procedimiento “Diagrama de Piper”….……………. 198
66 Diagrama de flujo para el procedimiento “Diagrama Durov”….………………. 199
67 Diagrama de flujo para el procedimiento “Gráfico de Schoeller”….…………. 200
68 Diagrama de flujo para el procedimiento “Gráfico de McKinnell”….…………. 201
69 Representación gráfica de los datos de entrada, requerimientos de
procesamiento y salida del programa ANAGUA………………………………………… 202
15
INTRODUCCIÓN
La presente investigación se refiere al diseño de un programa computarizado para la
clasificación físico química de las aguas de formación, la cual puede definirse como los
análisis necesarios para ordenar o disponer por clases las aguas de formación de un
yacimiento, de acuerdo a los fundamentos teóricos desarrollados por diferentes autores; el
programa además realizará otros análisis que permitirán una completa clasificación de las
aguas en estudio, como lo son: determinar la consistencia interna de los análisis físico
químicos de las muestras, realizar corrección por sodio a los balances iónicos de las
muestras, crear el patrón de agua por yacimiento, comparar una muestra con uno o dos
patrones, pronosticar la tendencia del agua a formar depósitos de Carbonato de Calcio,
cálculo de la Resistividad de agua de formación y análisis gráficos de la muestra.
Según Collins (1975), las aguas de formación pueden ser identificadas con respecto al
yacimiento en que se produjeron por el conocimiento de sus características químicas.
Comúnmente las aguas de estratos diferentes difieren considerablemente en sus
componentes químicos disueltos, lo que hace que la identificación del agua proveniente de
un estrato en particular sea sencilla. Sin embargo, en algunas zonas las concentraciones de
sólidos disueltos en las aguas de los diferentes estratos no difieren de manera significativa,
lo que hace que la identificación de éstas aguas, sea más difícil. Los cambios en la salinidad
y composición química de las aguas de formación se deben a los distintos ambientes
sedimentarios, la profundidad de entrampamiento y la edad geológica.
La investigación se realizó por el interés de automatizar los cálculos necesarios para la
clasificación del agua, y para ofrecer un análisis completo de las muestras de aguas que
permita al ingeniero tomar decisiones oportunas, garantizando resultados con alta
certidumbre en poco tiempo, con lo que se disminuye el tiempo invertido en éstos analisis.
Por otra parte, en el ámbito académico el interés versó en diseñar un programa realizado en
Venezuela, en idioma español, del cual se conozcan los cálculos de los procedimientos y se
presenta como la primera versión de un programa que aporta beneficios de naturaleza
técnico – informática a la industria petrolera y que sirve como base para futuras
adaptaciones.
La metodología empleada consistió en recopilar y analizar la teoría de la clasificación de
las aguas de formación propuestas por diferentes autores, base fundamental del programa
en cuestión, luego se realizó un análisis del sistema del programa a implantar, que dio como
16
resultado los módulos y procedimientos que conformarían el programa. Sobre la base de
éstos procedimientos se diseñaron los algoritmos pertinentes que luego fueron programados
en lenguaje Visual Basic, con la inclusión de una base de datos, donde se almacenaran las
muestras de agua y los patrones de agua calculados. La parte final consistió en validar el
programa con data real de campos petrolíferos, comparando los resultados arrojados por el
programa computarizado, respecto a otros resultados que se tenían como referencia, para
luego establecer conclusiones.
La investigación se ha desarrollado en cinco capítulos, cada capítulo contempla lo
siguiente:
El capitulo I, contiene el planteamiento del problema, la formulación del problema, los
objetivos de la investigación, la justificación y la delimitación del estudio.
El capítulo II, contiene los antecedentes de la investigación y las bases teóricas.
El capítulo III, especifica el tipo de investigación y la metodología utilizada.
El capítulo IV, presenta los análisis de los resultados obtenidos.
El capítulo V, presenta el manual del usuario del programa computarizado ANAGUA.
CAPITULO I
EL PROBLEMA
1.1. Planteamiento del Problema.
Los fluidos en un yacimiento petrolífero consisten en mezclas de diferentes tipos de
hidrocarburos que dependen de su composición y de las condiciones de presión y
temperatura existente en el yacimiento. Independientemente de si una roca porosa contiene
gas, petróleo o ambos, siempre contiene agua de formación en mayor o menor proporción.
La salinidad y composición del agua de formación son factores altamente variables que
dependen para cada formación de los aspectos siguientes: edad geológica, ambiente y
profundidad de entrampamiento. La diversidad de los ambientes sedimentarios existentes,
conduce a que existan variaciones en la composición química de las aguas de formación de
un mismo yacimiento y a su vez, variaciones entre las aguas de diferentes yacimientos.
La clasificación físico química de las aguas de formación permite determinar la
procedencia de éste fluido, con el objeto de identificar las fuentes de producción de agua en
los yacimientos, lo cual es muy útil para detectar si la producción de agua en un pozo
procede de su propio yacimiento, o de otros yacimientos vecinos que se han comunicado al
pozo debido a problemas mecánicos; además para las evaluaciones petrofísicas de las
formaciones, la clasificación físico química de las aguas de formación, aporta un valor
agregado muy importante, ya que en éstas evaluaciones es indispensable conocer el valor
preciso de la resistividad del agua de formación (Rw), para definir a través de éste valor, la
saturación de los fluidos en el yacimiento.
Para la clasificación físico química de las aguas de formación, se emplea una metodología
que consta de una serie de procedimientos y cálculos, que realizados de manera manual
deben ser ejecutados de forma precisa para evitar errores en el resultado final, y que
además requieren invertir gran cantidad de tiempo. Algunas empresas dedicadas al
desarrollo de software para aplicaciones en la industria petrolera, han elaborado paquetes
para la clasificación físico química de las aguas de formación, con el fin de automatizar
dichos cálculos; las licencias de estos paquetes son costosas y válidas por tiempo limitado,
por lo cual son de difícil implantación en empresas de bajo capital. A esto se añade que los
paquetes comerciales no traen consigo su código fuente, y que se desconocen los
procedimientos internos de cálculo.
18
En tal sentido, la presente investigación tuvo como propósito el diseño de un programa
computarizado en lenguaje Visual Basic, versión 6.0, para la clasificación físico-química de
las aguas de formación, tomando como data los análisis físico químicos realizados a las
muestras de aguas. El programa presenta una base de datos y permite obtener un análisis
profundo de las muestras, éstos análisis se calculan a partir de: las clasificaciones de aguas
propuestas por diferentes autores, métodos para pronosticar la tendencia a precipitar sales
inorgánicas, cálculos del equilibrio de carbonatos en las muestras, determinación de las
propiedades de los fluidos y métodos gráficos; además el programa permite al usuario
establecer el patrón de las aguas de formación.
Es importante recalcar que el programa diseñado, sirve como base para realizar otros
programas computarizados que permitan efectuar: análisis geoquímicos de agua de
formación (índices de saturación, índices de actividad, etc.), análisis de recarga de acuíferos,
relaciones de calcio y magnesio para predecir los cambios de flujo de las aguas del
yacimiento, control de agua de desecho, análisis de aguas para detectar productos
resultantes de la estimulación y fracturamiento de pozos. Así mismo, en otras áreas
diferentes a la rama de Ingeniería de Petróleo, éste programa sirve de base, para el control
de agua producida por pozos artesianos o para caracterización de las aguas de recipientes
cerrados como el Lago de Maracaibo o el Lago de Valencia.
Tomando en consideración lo anteriormente planteado, se formuló el problema haciendo
la siguiente interrogante:
¿Será factible elaborar un programa computarizado que permita la clasificación físico
química de las aguas de formación, partiendo de los análisis físico-químicos del agua?
1.2. Objetivos de la Investigación.
1.2.1. General.
Diseñar un programa computarizado en lenguaje de programación Visual Basic que genere
una base de datos para las muestras de agua, el patrón y la clasificación físico química de
las aguas de formación por yacimiento.
1.2.2. Específicos.
Analizar la teoría de la clasificación de las aguas de formación propuestas por diferentes
autores.
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Realizar el análisis del sistema del programa computarizado para la clasificación físico
química de las aguas de formación.
Desarrollar los algoritmos para la clasificación físico química de las aguas de formación.
Elaborar un programa computarizado en el lenguaje de programación Visual Basic a partir
del algoritmo anterior.
Validar el programa computarizado para la clasificación físico química de las aguas de
formación.
1.3. Justificación de la Investigación.
Desde el punto de vista económico, la elaboración de este programa representa un
impacto significativo para la industria petrolera ya que se realizó en Venezuela, en idioma
español; por lo tanto es más económico obtenerlo y de fácil aplicación en la industria.
En relación con el aspecto práctico, el programa diseñado permite automatizar los
cálculos y procedimientos necesarios para la clasificación físico química de las aguas de
formación, por lo que se obtienen resultados confiables en menor tiempo. Así mismo,
mediante los análisis realizados a través del programa, se pueden solucionar problemas
prácticos de la industria petrolera tales como: identificación de fuentes de producción de
agua, detección de comunicación vertical, tanto a nivel de pozos como de yacimientos,
delimitación areal del yacimiento, monitoreo del frente del avance de agua de inyección,
cuantificación del agua producida en proyectos de inyección de vapor.
De acuerdo con el aspecto tecnológico, la investigación aportó beneficios de naturaleza
técnica-informática, al presentar un programa computarizado que hace posible el
tratamiento automático de los datos e información en formato digital, que en este caso son
las muestras de agua. Por otra parte, el programa presenta la opción de almacenar
muestras de aguas en una base de datos, permitiendo al usuario actualizarla con muestras
de agua más recientes. El ingeniero podrá entonces, comparar patrones y obtener
conclusiones de la producción de los campos.
Desde la perspectiva metodológica, el programa diseñado puede ser empleado para
investigaciones posteriores relacionadas con el tema de investigación. Además, abre la
posibilidad de adaptaciones posteriores y sirve como base para la inclusión de nuevos
modelos matemáticos que generen nuevos alcances en cuanto a la clasificación físico
química de las aguas de formación se refiere.
20
1.4. Delimitación de la Investigación.
La investigación se llevó a cabo en la Universidad del Zulia, tuvo una duración de doce
meses comprendidos entre el 01-09-09 hasta el 01-09-10. El estudio pertenece al área de
Ingeniería de Petróleo, a la línea de investigación de Ingeniería de Yacimientos y estuvo
enfocado en el diseño de un programa computarizado en lenguaje de programación Visual
Basic para la clasificación físico química de las aguas de formación por medio de análisis de
muestras de agua.
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES
García Carlos y Cordones Reinaldo. Junio 2007. Caracterización de las aguas de
formación mediante análisis físico-químicos de los yacimientos de Edad Eoceno. Bloque II y
XII U. E. Lagomar. Esta investigación se realizó con el objetivo de caracterizar las aguas de
formación mediante análisis físicos-químicos de los Bloques II y XII, U.E. Lagomar,
pronosticar la tendencia a precipitar sales inorgánicas de las aguas, y determinar la
resistividad del agua de formación. El trabajo realizado en esta investigación será de utilidad
para tomarlo como una de las referencias más actualizada sobre la caracterización de agua
de formación en la industria petrolera venezolana. Del estudio llevado a cabo se logró definir
los patrones de aguas de formación correspondientes a los Bloques II y XII; así como las Rw
asociadas, concluyendo según los métodos de clasificación empleados que las aguas de
formación analizadas son Meteóricas del tipo Bicarbonato de Sodio, las resistividades oscilan
entre 0,552 y 2,26 ohm*m, a través de los índices de Stiff y Davis se encontró que todos los
yacimientos exhiben tendencia a incrustar sales inorgánicas, específicamente de carbonato
de calcio.
Parra María y Montoya José. Marzo 2002. Caracterización de aguas de formación y
mineralogía de las arcillas del Campo Barúa. El propósito de esta investigación fue
caracterizar las aguas de formación mediante análisis físico-químicos y determinar la
mineralogía de las arcillas presentes en las areniscas del Campo Barúa. Esta investigación
tendrá de utilidad adquirir conocimientos relacionados a la metodología empleada para
caracterizar las aguas de formación lo que permitirá posteriormente diseñar el programa
computarizado. Dentro de las conclusiones a las cual se llegaron en esta investigación
tenemos: a partir de la metodología empleada de caracterización de aguas, se logró definir
los patrones de aguas de formación correspondientes a las formaciones estudiadas, así como
las resistividades de aguas asociadas, concluyendo que las aguas pertenecientes a los
yacimientos del campo Barúa son Meteóricas del tipo Bicarbonato de Sodio, con un pequeño
incremento de la concentración de los iones hacia el norte consecuencia de los ambientes
sedimentarios y de la influencia marina en esta zona del campo.
22
Parra Mary y Gómez Luis. Octubre 2001. Caracterización de las Aguas de Formación del
Flanco Oeste de la Segregación Lagomedio. Este trabajo se desarrolló con la finalidad de
determinar patrones representativos de las aguas de formación del Flanco Oeste de la
Segregación Lagomedio, teniendo como objetivo general el desarrollar una herramienta
adicional para la rápida identificación de las fuentes productoras de agua, detectar
comunicación vertical entre yacimientos y posibles problemas mecánicos, optimizando de
esta manera los programas de reparación de pozos. Esta investigación aportará los criterios
generales o el conjunto de medidas, que permiten realizar la caracterización de aguas de
formación. A través de la investigación se logro caracterizar las aguas de formación
pertenecientes a los yacimientos del Flanco Oeste de la segregación Lagomedio.
23
BASES TEÓRICAS
2.1. La naturaleza del agua.
2.1.1. La molécula del agua.
La fórmula del agua H2O en sí misma, únicamente indica su composición y peso
molecular. No explica las propiedades extraordinarias que resultan de su arreglo molecular
único. Los dos átomos de hidrógeno están separador entre sí por 105°, adyacentes al átomo
de de oxígeno, de forma que la molécula es asimétrica, cargada positivamente del lado del
hidrógeno y negativamente del lado del oxígeno. Por esta razón, se dice que el agua es
dipolar. Esto hace que las moléculas se aglomeren, el hidrógeno de una molécula atrae al
oxígeno de la molécula vecina. La unión de las moléculas como resultado de esta fuerza de
atracción recibe el nombre de “puentes de hidrógeno” (Ver Figura 1).
Figura 1. Unión de moléculas biatómicas de hidrógeno y oxígeno para producir
moléculas de agua de naturaleza polar.
Fuente: Nalco Chemical Company, 1998.
Una de las consecuencias de los puentes de hidrógeno es que las moléculas de H2O no
pueden abandonar la superficie de un cuerpo tan fácilmente como lo harían de no existir
esta atracción intermolecular. La energía requerida para romper el enlace con el hidrógeno y
liberar una molécula H2O para formar vapor es mucho mayor que la requerida por otros
compuestos químicos comunes. A causa de esto, el vapor de agua tiene un alto contenido
energético y es un medio efectivo para transferir energía durante las operaciones de una
industria, en la construcción y en los hogares.
24
Además, el agua libera más calor durante la congelación que otros compuestos. Más aún,
por cada cambio en el aumento de la temperatura, el agua absorbe o libera más calor que
muchas otras substancias (capacidad calorífica), de forma que resulta un medio efectivo de
transferencia de calor.
La congelación del agua es bastante distinta a la de otros líquidos. Los puentes de
hidrógeno producen un rearreglo cristalino que hace que el hielo se expanda más allá de su
volumen líquido original, de forma que su densidad es menor que la del líquido, y el hielo
flota. Si este no fuese el caso, los lagos se congelarían empezando por el fondo, y la vida en
la forma en que la conocemos no existiría.
Además de sus extraordinarias propiedades caloríficas, el agua tiene propiedades físicas
muy distintas a las de otros líquidos. Su tensión superficial elevada se demuestra fácilmente
mediante el experimento de “hacer flotar” una aguja sobre la superficie del agua en un vaso.
Esta elevada tensión superficial, debida a los puentes de hidrógeno, hace además que el
agua se eleve en un tubo capilar.
Con frecuencia, el agua se le llama el disolvente universal. Las moléculas de agua en
contacto con un cristal se orientan para neutralizar las fuerzas de atracción entre los iones
en la estructura cristalina. Entonces, los iones libres se hidratan con estas moléculas de
agua, evitando que se recombinen y se recristalicen. Este efecto de disolución e hidratación
se muestra en forma cuantitativa en la relativamente elevada constante dieléctrica del agua.
El agua se ioniza muy ligeramente, produciendo únicamente 10-7 moles de iones
hidrógeno y 10-7 moles de iones hidróxilo por litro, y actúan como aislante, ya que no puede
conducir la corriente eléctrica. Al disolver sales u otros materiales ionizantes en el agua, se
desarrolla la conductividad eléctrica. La conductividad de las aguas naturales proporciona
una medida de su contenido en minerales disueltos.
Otro fenómeno importante que ocurre en las soluciones acuosas y está relacionado con
los materiales disueltos (solutos) más que con el agua (disolvente) es la presión osmótica. Si
dos soluciones acuosas están separadas por una membrana, el agua pasará de la más
diluida a la más concentrada. Este importante proceso controla la actuación de todas las
células vivas. En las celdas de membrana diseñadas especialmente, el flujo osmótico del
agua a través de la membrana puede invertirse aplicando una presión lo bastante alta a la
solución más concentrada. Este proceso de “ósmosis inversa” resulta muy práctica para la
desalinización del agua.
25
La viscosidad es una propiedad final del agua que afecta su tratamiento y su empleo. Es
una medida de la fricción interna, es decir, de la fricción de una capa de moléculas que se
mueve sobre otra. Al aumentar la temperatura del agua, esta fricción interna disminuye.
Debido a este efecto de la temperatura, las sales y gases disueltos pueden difundirse más
rápidamente en el agua tibia; el tratamiento químico se acelera y los procesos físicos de
sedimentación y desgasificación se efectúan con mayor rapidez.
2.1.2. Fuentes de agua.
El agua ha sufrido una migración constante en la superficie de la Tierra desde tiempo
inmemorial. Las bien establecidas corrientes del Golfo y de Humboldt circulan continuamente
en los mares, regulando el clima de la Tierra y proporcionando trabajo a los pescadores, de
los cuales depende gran parte de la población de la Tierra. Cuando es detenido por
barricadas terrestres, el mar, rehusándose a mantenerse detenido por completo, libera su
vapor de agua para que se condense y caiga en alguna parte tierra dentro en forma de lluvia
para atacar la barrera terrestre. Esta evaporación y condensación continuas es el ciclo
hidrológico.
Más del 97% del agua de la Tierra se encuentra en los océanos. Todos los ríos del mundo
contienen únicamente 0,02% del agua total del mundo. Según “Water of the World” U.S.
Dep. of the Interior / Geological Survey “Existen algunas discusiones entre los especialistas
acerca de la cantidad exacta de agua subterránea” (Ver Tabla 1).
Tabla 1. Distribución del Agua en la Tierra.
Depósito Porcentaje
Océanos 97,13 %
Casquetes polares y glaciares 2,24 %
Agua Subterránea 0,61 %
Todo el resto del agua 0,02 %
Fuente: Nalco Chemical Company, 1998.
En esta investigación el estudio se enfoca en las aguas subterráneas, específicamente
aguas de formación.
26
2.1.2.1. Aguas subterráneas.
Los depósitos subterráneos constituyen una fuente principal de agua dulce. En función de
la capacidad de almacenamiento, las capas acuíferas subterráneas mundiales contienen más
del 90% del agua fresca total con que se cuenta para uso humano. Mucha de esta agua se
encuentra almacenada en las profundidades lo que hace que no sea muy económica su
explotación.
Constantes de las Aguas de Pozos perforados en Mantos Acuíferos.
El agua profunda se suela mover muy lentamente. Su flujo se mide en pies por año en
comparación con las corrientes superficiales, cuyas velocidades se dan en pies por segundo.
Debido a esto, la composición de cualquier pozo es por lo general bastante constante.
Aunque los pozos poco profundos pueden variar estacionalmente en su temperatura, la
mayor parte de los pozos también mantienen constante su temperatura. Puesto que el agua
ha pasado a través de millas de formaciones de rocas porosas, invariablemente está clara si
el pozo se ha perforado adecuadamente para evitar que la arena fina entre en el
recubrimiento.
Puesto que la composición está relacionada con la química de las formaciones geológicas
a través de las cuales haya pasado el agua, las aguas de los pozos perforados en diferentes
estratos tienen características diferentes. Algunos mantos acuíferos son tan grandes que
pueden cubrir varios estados en el área total, y los pozos perforados en un manto acuífero
particular producen agua de composición similar. Por esta razón, con buena información
geológica, es posible hacer ciertas generalizaciones acerca de la composición del agua de los
pozos en diferentes sitios.
CO2 y Minerales.
Al filtrarse el agua a través del suelo, los organismos presentes en la tierra consumen el
oxígeno disuelto y producen dióxido de carbono, uno de los principales agentes corrosivos
en la disolución de minerales de las estructuras geológicas. Es común encontrar hierro y
manganeso en las aguas que carecen de oxígeno si éstas han estado en contacto con
minerales que contienen hierro. Los pozos profundos que contienen oxígeno están
generalmente libres de hierro.
El agua que surge con el petróleo, llamada agua connota o salina de los campos
petroleros, es única y crea problemas poco usuales en el manejo y tratamiento para su
27
posterior utilización o desechamiento. Por lo general está más concentrada que el agua de
mar y excede con frecuencia la salinidad total de 100.000 mg/l; esto, y la reducción en la
temperatura y presión cuando esta agua se mueve hacia arriba desde grandes profanidades
causa problemas complejos de incrustación y control de corrosión.
2.2. Muestreo de las aguas de formación.
Las aguas subterráneas asociadas al petróleo, también conocidas como aguas de
formación, están sujetas a fuerzas que promueven el mezclado y la homogeneidad, pero no
debe suponerse que éstas se encuentren tan bien mezcladas, que no se requiera prestar la
debida atención a la técnica de muestreo necesaria. La composición de las aguas de
formación cambia comúnmente con la profundidad, así como en la continuidad lateral del
acuífero; estos cambios pueden tener su origen en la intrusión de otras aguas, así como por
descarga y recarga del acuífero. Por lo tanto, se dificulta obtener una muestra
representativa del mismo, ya que cualquier muestra que se tome va a ser una parte muy
pequeña de la masa total, la cual puede variar ampliamente en su composición.
Para desarrollar un análisis de la composición característica de la masa total,
generalmente se hace necesario obtener y analizar varias muestras. Los lugares de
muestreo deben ser seleccionados, teniendo presente las consideraciones siguientes:
Que en los lugares seleccionados se forme un plan para evaluar la química de las aguas
en lo ancho de un estrato.
Que los lugares proporcionen la mejor información para la correlación con datos que
pertenezcan a otros lugares.
Que los lugares sean los más representativos de la química total proveniente de otras
áreas.
La composición del agua asociada al petróleo varía de acuerdo a la posición en la cual
se tome la muestra, dentro de la estructura geológica; por ejemplo: si un yacimiento con
agua es inclinado, el agua más diluida probablemente se encontrará en un lado
estructuralmente alto; en algunos casos la salinidad siempre aumenta desde la estructura
superior hacia un punto máximo del contacto agua-petróleo, usualmente esto se origina
como consecuencia de filtración de aguas meteóricas.
Cabe destacar, que pocas son las muestras recolectadas a partir de la prueba Drill-
Stem, que son verdaderamente representativas del agua de formación, ya que durante la
perforación, el pozo se controla por la presión ejercida por el lodo de perforación, el cual se
28
filtra dentro de un estrato y ésta filtración es el primer liquido que entra a la herramienta de
prueba.
Las muestras de aguas de formación representativas se obtienen una vez que el pozo
ha producido por un periodo de tiempo y los fluidos extraños adyacentes al pozo han sido
expulsados, ya que las muestras que se toman una vez que el pozo ha sido completado,
puede estar contaminada con lodos de perforación y fluidos de completación, tales como:
filtración de cemento y fluidos y ácidos que contienen diferentes químicos.
Existen algunas condiciones bajo las cuales los análisis físico-químicos realizados a las
muestras de aguas, no pueden considerarse como válidos, estas condiciones se describen a
continuación:
Análisis con datos incompletos, tales como ausencia de la fecha de muestreo, pH o
concentración de iones.
Muestras tomadas en pozos con muy bajo corte de agua, debido a que los análisis en
estas condiciones no son representativos.
Muestras contaminadas por fluidos de perforación, completación, estimulaciones,
fracturamiento o acidificaciones, etc. Cuando se tengan muestras con altas
concentraciones de sólidos totales disueltos y pH menor a 7, se tiene un indicativo que el
pozo ha sido sometido a algún trabajo de rehabilitación, alterándose así las propiedades
físico-químicas del agua.
2.2.1. Prueba Drill-Stem.
La prueba Drill-Stem, si se realiza adecuadamente, puede proporcionar una muestra
fiable de agua de formación. El filtrado de lodo es el primer fluido que entra a la herramienta
de prueba y éste se encuentra en el tope de la columna de fluido inmediatamente debajo del
crudo. En algún punto bajo de la columna, se puede encontrar una muestra representativa
del agua de formación. El punto es variable y está influenciado por las características del
medio rocoso, presión de lodo, tipo de lodo y tiempo de duración de la prueba.
Normalmente, cuando se obtiene una muestra de agua de formación pura, se observa
que los sólidos disueltos se vuelven constantes, por el contrario, si la concentración de
sólidos no es constante, entonces la muestra tomada no es representativa. Si se toma solo
una muestra para analizar con la prueba Drill–Stem, esta se debe tomar por encima de la
herramienta, para que el agua de formación sea el último fluido en entrar a la herramienta,
con lo cual se disminuye la probabilidad de que la muestra se contamine. En la Figura 2 se
29
presentan algunas herramientas utilizadas para la prueba de Drill-Stem con todos sus
componentes.
Figura 2. Herramientas utilizadas para la prueba Drill-Stem.
Fuente: Collins, 1975.
2.2.2. Muestras que contienen gases disueltos.
Se conoce que el metano es bastante soluble en el agua, pero las muestras deben ser
recolectadas en un recolector que mantenga la presión de subsuelo hasta que ésta sea
abierta en el laboratorio. La herramienta con la cual se toma la muestra, se mantiene
30
abierta hasta que el cabezal de agua en la tubería de perforación se iguale con la presión de
la formación, o hasta que el agua fluya a la superficie. El equilibrio de la presión puede
requerir de cuatro o más horas. Después que se normaliza la presión, se puede obtener la
muestra de agua de formación a partir la muestra de subsuelo dentro de la tubería de
perforación.
Otro método para obtener una muestra que contenga gases disueltos, consiste en
capturar la muestra acuosa en un contenedor de metal de por lo menos un cuarto de
capacidad, esta muestra se debe transferir inmediatamente a otro contenedor de metal. El
segundo contenedor debe llenarse completamente hasta el tope, los lados del contenedor
pueden ser ligeramente apretados para permitir la expansión del fluido y la tapa debe
permitir un buen sello. Se usa una tapa de aluminio (no plástico) y de ser posible, la
muestra debe ser analizada inmediatamente, de lo contrario, se debe congelar o refrigerar la
muestra.
2.2.3. Muestreo en la línea de flujo.
Otro método utilizado para obtener muestras para analizar gases disueltos, consiste en
colocar un dispositivo en la línea de flujo, tal como se presenta en la Figura 3. El equipo se
conecta a la línea de flujo, y se permite que el agua fluya dentro de la manguera y pase
hasta el contenedor, el cual se ubica por encima de la línea de flujo. Se espera que se llene
el contendor. Luego, se cierra la válvula ubicada por debajo del contenedor, para luego
retirar la muestra. Si se observa alguna burbuja presente en la muestra, esta se desecha y
se debe tomar otra muestra nueva.
Figura 3. Tomador de muestra en la línea de flujo.
Fuente: Collins, 1975.
31
2.2.4. Muestreo en el cabezal del pozo.
En la industria petrolera es una práctica común obtener muestras de agua de formación
a partir de una válvula de muestreo ubicada en el cabezal del pozo. Se puede utilizar un
tubo de plástico o de goma para transferir la muestra desde la válvula de muestreo hasta el
contenedor. El procedimiento que se sigue es el siguiente: al final del tubo se coloca un
contenedor, luego se desplaza un volumen considerado de fluidos antes de remover
lentamente el tubo y retirarlo, finalmente el contenedor se sella cuidadosamente. Una
extensión de este método, es colocar un contendor de muestra en el interior de un
contenedor más grande, e insertar el tubo hasta el fondo del contenedor de muestra, luego
se hace pasar la salmuera hasta que rebose ambos contendores, se retira el tubo y se tapa
la muestra que se tiene en el contenedor más pequeño.
Para la toma de muestras en el caso de los pozos que producen por bombeo, donde la
salmuera se agita y se mezcla con el petróleo; se puede usar un contenedor grande, que
sirve como tanque de almacén y como un separador de agua- petróleo; este contenedor
tiene en el fondo una válvula, por medio de la cual se conecta a un tubo que dirige el fluido
hasta un contenedor de muestra más pequeño. Para usar este dispositivo se abre la válvula
del cabezal del pozo y se llena el contenedor de gran tamaño, luego se abre la válvula
ubicada en el fondo del contenedor para tomar la muestra de agua. Este método sirve para
recolectar muestras de aguas que son relativamente libres de petróleo. Ver Figura 4.
Figura 4. Método para obtener muestra en el cabezal del pozo.
Fuente: Collins, 1975.
32
2.2.5. Muestra para determinar propiedades inestables o especies.
El pH, Eh y varias especies de elementos son inestables y siempre varían con los
cambios de presión y temperatura, y cuando el agua de formación se expone a la atmosfera.
El pH de la muestra cambia por la oxidación de especies reducidas, también por la liberación
de gases disueltos y por las reacciones de hidrólisis. Ya que el pH de las muestra de agua de
la formación cambia, el pH debe ser determinado usando muestras de flujo (Flowing
samples). La cámara para tomar este tipo de muestras, se presenta en la Figura 5. La
determinación de Eh es difícil, por lo que para su corroboración se debe verificar por medio
de la presencia de la relación Fe+2 / Fe+3 disuelta en el agua.
Figura 5. Cámara de flujo para determinar el pH y Eh en el cabezal del pozo.
Fuente: Collins, 1975.
El hierro ferroso oxida al férrico y debe ser determinado inmediatamente después de
recolectar una muestra nueva. Algunos de los otros componentes disueltos, que también
deben ser determinados inmediatamente luego de haber tomado la muestra son: oxigeno,
sulfuro de hidrogeno, sulfato y magnesio
2.2.6. Muestras para análisis de isotopos estables.
Una muestra que se tome para analizar los isótopos estables se debe recolectar con
cuidado, para evitar el fraccionamiento de algún isotopo. La muestra debería ser tomada a
33
presión y temperatura del yacimiento; sin embargo, como es casi imposible realizarlo de
este modo, se debe tomar a la presión y temperatura predominante en el cabezal del pozo.
De esta manera la muestra seria representativa.
La muestra debería ser recolectada en el cabezal del pozo. Si esto es imposible, puede
ser factible recolectar la muestra desde un separador de calor o un separador normal, la
muestra no debe ser tomada en agua que haya sido calentada o tratada con cualquier
químico. Para envasar las muestras, se debe usar botellas de vidrios (sobre 100 ml
usualmente es suficiente) y el liquido debe llegar hasta el tope de las botellas. Deben estar
cerradas con tapón de plástico, y luego el tope debe estar sellado con cera para minimizar
las reacciones de intercambios con el aire.
2.2.7. Contenedores de Muestras.
Existen varios factores que influyen en el tipo de contenedor de muestras que se debe
seleccionar. Los contenedores que se usan contienen polietileno, otros plásticos, gomas
fuertes, metales y vidrios de boro silicatos. El vidrio absorbe varios iones, tales como: hierro
y manganeso; además puede aportar boro o silicato a la muestra de agua. Los
contenedores de plásticos y de goma fuerte no son útiles para muestras que vayan a ser
analizadas para determinar contenido orgánico. Los contenedores de metales son usados por
algunos laboratorios, en los casos que se vaya a determinar en una muestra de agua la
presencia de hidrocarburos disueltos, tal como el benceno.
Los tipos de contenedores seleccionados dependen de los análisis que se vayan a
efectuar a la data. Probablemente, si la muestra va ser almacenada por unos días antes de
efectuar el análisis, el contenedor más satisfactorio es la botella de polietileno. Cabe
destacar, que no todos los contenedores de polietilenos son satisfactorios, ya que algunos
contienen cantidades relativamente altas de metales. Si la muestra es transportada a
temperaturas muy bajas, es menos probable que un contenedor de plástico se rompa en
comparación con uno de vidrio.
La práctica de obtener dos muestras y acidificar una de modo que los metales pesados
puedan estar en solución, se trabaja mejor en contenedor de plástico, ya que es posible que
algunos de los metales pesados sean absorbidos por el vidrio, incluso si la muestra ha sido
acidificada.
34
2.3. Análisis de laboratorio de las aguas de formación.
Los análisis realizados a las aguas de formación son muy utilizados en la industria
petrolera en las aplicaciones técnicas siguientes: estudios para identificar la formación del
subsuelo, problemas de contaminación, compatibilidad de agua, corrosión, control y calidad
del agua, invasiones de agua, entre otros.
Los métodos usados para analizar las aguas de formación deben ser competentes para
generar resultados precisos; muchos de los métodos que se utilizan para analizar el agua
fresca, al modificarlos, pueden emplearse con éxito en los análisis efectuados a las aguas
de formación, la modificación de los métodos es necesaria ya que éstas aguas presentan una
composición de sales complejas, diferente a la composición del agua fresca.
Los análisis efectuados a las aguas de formación son análisis físico-químicos, en los
cuales se realizan una serie de procedimientos en laboratorio para determinar los
parámetros físicos-químicos del agua, sus propiedades físicas, como el pH y conductividad y
las concentraciones de los iones presentes en la muestra.
2.3.1. Control de Calidad.
El dato proporcionado por el laboratorio debe de describir con exactitud y precisión las
características o concentraciones de los componentes de la muestra analizada. El valor de
las investigaciones realizadas en los campos petrolíferos, que involucran las salmueras,
depende en gran parte de la validez de los resultados del laboratorio. Por lo tanto, se debe
documentar cuidadosamente la metodología específica que se haya utilizado, sea cual sea el
método que se haya aplicado, para que el usuario de los análisis pueda interpretar
oportunamente los datos de laboratorio.
Para cumplir con el control de calidad de los análisis a realizar, es necesario considerar la
elección del método analítico adecuado, así como tomar en cuenta la precisión y exactitud
en la elaboración de los mismos.
Elección de un Método Analítico.
Los métodos analíticos son ampliamente utilizados, lo cual es un buen indicio de que son
dignos de confianza y que producen resultados válidos. Existen algunos criterios que son
útiles para seleccionar el método analítico a utilizar. Los criterios de selección son los
siguientes: primero se deben medir los componentes o constituyentes del agua de
35
formación, con suficiente precisión y exactitud; luego el método debe utilizar los equipos
disponibles en los laboratorios de aguas de campos petrolíferos y por último el método debe
haber sido probado y utilizado por varios laboratorios para establecer su validez.
Precisión.
La precisión se define como la reproducibilidad entre observaciones repetidas. Se
dispone de varios métodos para determinar la precisión, a continuación se presentan los
más representativos:
Estudiar cuatro niveles de concentración separados, incluyen un nivel de
concentración bajo cercano al nivel de sensibilidad del método, dos niveles de
concentraciones intermedios y un nivel de concentración cercano al límite superior de
aplicación del método.
Realizar siete determinaciones repetidas para cada prueba de concentración.
Para permitir cambios en las condiciones, el estudio de precisión debe usar al menos
2 horas de operaciones en el laboratorio.
Para permitir la interferencia máxima en operaciones secuenciales las muestras
deben ser corridas en el siguiente orden: alta, baja e intermedia. Se debe repetir esta
serie siete veces para obtener las replicas deseadas.
El informe de precisión incluye un rango de desviaciones estándar sobre los rangos
de concentraciones en las pruebas realizadas. Así, se obtiene cuatro desviaciones
estándar una por cada nivel de concentración que se estudia, pero el informe
contiene solo los extremos de las desviaciones estándar y de las concentraciones
estudiadas.
Exactitud.
Se define como exactitud el grado de diferencia entre un valor observado y el valor
actual. La exactitud de un método puede determinarse a partir de los siguientes ítems.
Añadir cantidades conocidas de los constituyentes para ser determinados en las
muestras recientes, a los niveles de concentración donde la precisión del método sea
el adecuado. La cantidad añadida debe doblar la concentración de la muestra del
nivel bajo y debe llevar la muestra a un nivel de concentración intermedio cerca de
un 75% del límite superior de aplicación del método.
Realizar siete repeticiones determinados para cada concentración.
36
Reportar la exactitud como el porcentaje de recuperación encontrada en la muestra,
donde el porcentaje para cada concentración es la requerida de las siete pruebas
repetidas.
Los datos de precisión y exactitud son valiosos en la determinación efectuada por el
analista, una vez que se demuestra la precisión y exactitud de la muestra, el dato puede ser
usado para evaluar la interpretación sistemática.
2.3.2. Tratamientos Preliminares a las Muestras.
Existen algunos valores que deben determinarse en el campo inmediatamente después
que se toma la muestra, tales como: temperatura en grados Centígrados, pH, oxigeno
disuelto, resistividad, acidez, alcalinidad, Sulfuro y Dióxido de Carbono. De ser posible, la
muestra de agua del campo petrolífero debe ser filtrada inmediatamente después del
muestreo en el campo. Un método recomendado es aplicar presión de filtrado a través de
la membrana de filtro de 0,45 μm (micrómetro). Generalmente, con un litro del filtrado es
suficiente para determinar los componentes siguientes: yodo, bromo, cloruro, selenio,
sulfato, nitrógeno, fosfato, sílice, potasio, sodio y litio.
Si no se puede obtener una muestra de campo filtrada, se puede sustituir con una
muestra filtrada de laboratorio pero se tendrá un poco menos de confianza en el dato
reportado.
Soluciones Estándares.
Para algunos de los métodos analíticos se tienen ejemplos de procedimientos
estandarizados. Las concentraciones de las soluciones estándar vienen expresadas como el
peso de un elemento equivalente dado, o el peso que contiene 1 ml de solución. La
intensidad de los ácidos y bases son dados en términos de normalidad y molaridad.
Mediciones de Exactitud.
En las instrucciones que se dictan para realizar los análisis y preparar las soluciones, se
utilizan cifras significativas para definir la exactitud de pesos y medidas. Se requiere
exactitud en las mediciones de volumen para los análisis y en la preparación de reactivos.
Las soluciones estándar son preparadas y medidas en un cristal volumétrico.
37
Soluciones y Reactivos Químicos.
Todos los químicos usados en los procedimientos deben ajustarse a las especificaciones
del Comité de los Análisis de Reactivos de la Sociedad de Químicos Americanos, los químicos
no listados por esta organización pueden ser probados según los procedimientos dados por
Rosin (1955).
El agua usada para diluir las muestras o para preparar las soluciones químicas deben
primero ser desmineralizadas a través del mezclado de cationes y aniones intercambiando
resinas o por destilación. Esta conductancia específica para 25°C no debe excederse de 1.5
µm/cm y esta debe ser almacenada en botellas de polietileno. El dióxido de carbono libre de
agua puede prepararse por ebullición y enfriamiento del agua desmineralizada
inmediatamente antes de usar. Ambos pH debe ser 6.2 y 7.2. El Amoniaco libre de agua
debe ser preparado con agua destilada a través de una mezcladora y también con el
intercambio de resina - Ion.
Muestreo de filtrado acidificado.
Se debe tomar también, una muestra de filtrado acidificado. Se usa un filtrado
presurizado de una membrana de filtro y luego el filtrado es inmediatamente acidificado a
un pH de 3.0 o menos con el reactivo HCL. La muestra acidificada se usa para las
determinaciones siguientes: aluminio, arsénico, bario, cadmio, calcio, cobre, hierro, plomo,
magnesio, manganeso, níquel, estroncio y zinc.
2.3.3. Reportes de los Resultados analíticos.
Un estudio realizado por el Instituto Americano de Petróleo (1968) indicó que algunos
laboratorios expresan los resultados de los análisis de agua de formación en la unidad de
partes por millón (ppm) o en miligramos por litro (mg/L) sin tener en cuenta la gravedad
específica de la muestra. Por ejemplo, una muestra con una gravedad específica de 1,2 que
contiene 12.000 mg/L de calcio no contiene 12.000 ppm de calcio, ya que el procedimiento
correcto consiste en 12.000 / 1,2 = 10.000 ppm de calcio. Este error reportado en los
resultados analíticos tiene más impacto cuando el análisis se ha efectuado a una salmuera
que a muestras de agua fresca.
La unidad de ppm significa partes por millón por peso, mientras que la unidad mg/L
significa miligramos por litro o peso por unidad de volumen, por lo tanto, estas unidades no
pueden intercambiarse hasta que el volumen se cambie a unidades de peso. El Instituto
38
Americano de Petróleo recomienda que los análisis realizados a las aguas de formación sean
reportados en unidades de mg/L.
Algunos de los análisis de laboratorio ampliamente realizados a las aguas de formación
que tienen que ver con sus propiedades físicas, involucran el uso de salmueras sintéticas, la
determinación del pH y Eh, cálculo de sólidos suspendidos, resistividad, gravedad específica
y la aplicación de métodos tritimétricos.
También es importante destacar, que en la actualidad en la industria petrolera
venezolana no existe un formato estándar que indique la manera cómo debe presentarse los
resultados de los análisis físico químicos que se le realicen a las muestras de aguas de
formación, prácticamente cada laboratorio maneja su propio formato en el cual presentan
los resultados de los análisis efectuados a las muestras de agua.
Una vez que los resultados de los análisis físico-químicos son realizados, éstos se
documentan y se entregan al custodio de la data. Antes de utilizar éstos análisis, lo primero
que debe hacerse es un balance iónico de las muestras, para determinar que sean
representativas. También es muy útil para el estudio de los yacimientos, realizar análisis con
miras a definir el patrón de agua de los yacimientos, con el objetivo de definir el
comportamiento y perfil del agua de formación en los campos de estudio.
Balance Iónico.
Para que un análisis sea considerado como representativo debe estar balanceado
iónicamente, es decir, se debe verificar que la suma de los pesos equivalentes (meq/L) de
los iones positivos (cationes) sea igual a la suma de los iones negativos (aniones),
rechazando las muestras cuyo balance iónico sea distinto de cero o se aleje mucho de éste
valor.
En toda agua natural, los cationes están en equilibrio químico con los aniones; por
consiguiente, si las concentraciones de los distintos constituyentes están medidas en meq/L,
el total de cationes y aniones son necesariamente iguales en principio. Una diferencia entre
los mismos estaría dando una medida de errores analíticos, o sería evidencia directa de la
presencia de otras especies no tomadas en cuenta durante el análisis.
En algunos casos cuando la muestra no se encuentra balanceada iónicamente, se puede
realizar el procedimiento de corregir la muestra por sodio. La corrección se puede hacer
sobre los iones que se encuentran en mayor cantidad (es decir cloro o sodio). Se prefiere el
39
sodio porque la medida con respecto al cloro es menos precisa, ya que cuando se calcula la
medición del ion sodio, generalmente se hace junto con el ion potasio, y es más probable de
que puede haber algún error de medición.
Para hacer la corrección por sodio se aplica el procedimiento siguiente:
Se realiza la suma de los cationes de la muestra sin considerar el ion sodio, lo que
llamaremos “cationes sin sodio”.
Se calcula la diferencia entre los “cationes sin sodio” y los aniones de la muestra.
Entonces el valor que se obtiene en el paso anterior, se va a considerar como el
valor del sodio corregido, y se multiplica por el peso equivalente del sodio (22,997).
Para corregir la muestra de agua y que quede balanceada iónicamente, se sustituye
el valor original de la concentración del Sodio (Na+) por el valor que obtuvimos
corregido.
Realizando esta sustitución, deberíamos volver a realizar el balance iónico y éste no
debería arrojar error.
Patrón de las aguas de formación.
El patrón de las aguas de formación puede definirse como el promedio, o el valor más
probable de la concentración de cada ión, para un conjunto de muestras de agua que
pertenecen a un mismo campo. Los patrones de agua se calulan a partir de los diversos
análisis físico-químicos disponibles y que han sido validados previamente.
Los cálculos de los patrones pueden realizarse a traves de dos métodos: el primero
consiste en calcular el promedio de las concetraciones de cada ion, y el segundo se realiza a
partir de una distribución de frecuencia, obteniedo el valor más probable de la concertación
de cada ión. Ambos métodos deben arrojar resultados muy cercanos, pues el primer
método utiliza el promedio mientras el segundo utiliza la mediana; si hay una gran cantidad
de datos deben dar los mismos resultados, el cuidado que se debe tener es que la
distribución sea unimodal, es decir normal. Si la distribución es bimodal o más el cálculo no
sirve en ninguno de los dos casos.
El patrón de agua de formación es una información muy importante y valiosa para la
caracterización del agua, ya que conociendo estos patrones se puede establecer decisiones
oportunas en pro de dar solución a problemas prácticos que se presentan tales como: definir
si la producción de agua en un pozo procede de su propio yacimiento, o de otros yacimientos
vecinos que se han comunicado al pozo debido a problemas mecánicos. También, se puede
40
comparar una muestra con un patron y hasta con dos patrones, para identificar fuentes de
producción de agua, detectar comunicación vertical, tanto a nivel de pozos como de
yacimientos, definir la delimitación areal del yacimiento, monitoreo del frente del avance de
agua de inyección, cuantificación del agua producida en proyectos de inyección de vapor,
entre otros.
Comparar una muestra con un patrón: El método para comparar una muestra con un patrón
es muy sencillo, consiste en calcular la desviación estandar de cada uno de los iones, entre
la mezcla y el patrón. Finalmente se calcula un porcentaje de aproximación entre la mezcla y
el patrón.
Comparar una muestra con dos patrones: El procedimiento matemático que debe emplearse
para comparar una muestra con dos aguas, o dos patrones es el que se describe a
continuación. La composición de la mezcla puede expresarse con la ecuación siguiente:
(1)
Donde:
Zit: es la composición de cada ion en la muestra total, epm
Xi: es la composición de cada ion en el Patrón A, epm.
Yi: es la composición de cada ion en el Patrón B.epm.
a y b son las incógnitas que debemos determinar. Representan los dos porcentajes que se
deben determinar, a representa el porcentaje del Patrón A, y b representa el porcentaje del
Patrón B.
Para determinar las incógnitas a y b, se tienen que realizar varias iteraciones, es decir,
se deben suponer diferentes valores para a y b, tal que, satisfagan que el Error calculado
entre la composición de la muestra y la composición calculada con la ecuación 1, sea un
error mínimo. La ecuación para determinar este error es la siguiente:
(2)
Donde:
E: Error entre la composición de la muestra (valores que se tienen como dato) y la
composición calculada con la ecuación 1, adimensional.
Zim: es la composición de la muestra, epm (este valores se tienen como dato).
iiit YbXaZ
N
ZZ
E
iMit
2
41
N: Número de elementos presentes en la muestra, adimensional.
2.4. Aguas de Formación.
Comúnmente el crudo que proviene de un yacimiento viene asociado con agua en forma
libre o emulsionada, debido a que el volumen poroso de las rocas se encuentra ocupado por
fracciones de la misma que quedaron entrampadas durante el proceso geológico de
depositación de los sedimentos. Ésta, es denominada agua de formación y puede ser
clasificada o caracterizada dependiendo de su composición química, producto principalmente
del ambiente de depositación y la interacción con la roca reservorio.
Los estudios de las aguas de formación se remontan a la primera década del siglo XX,
cuando experimentadores del campo de los hidrocarburos comienzan a investigar las
posibles relaciones existentes, entre las aguas que emanan de las perforaciones de petróleo
y sus crudos asociados. En los inicios del siglo XIX se pensaba que las salmueras asociadas a
los crudos resultaban de la disolución subterránea de sales. A mediados de ese siglo se
propone que las salmueras subterráneas eran aguas de mar fósiles y que sus elevadas
relaciones CL++/Na+ en los fluidos intersticiales reflejaban una concentración muy alta de
cloro en los mares antiguos. Así nació el concepto de un origen connato de las aguas de
formación.
Recientemente los análisis de los constituyentes disueltos en las aguas han aportado
valiosas claves de su historia geológica, permitiendo establecer con el uso de las
concentraciones y relaciones de las especies en las aguas su posible origen y los procesos
que han ocurrido en su interacción con el subsuelo.
Estas aguas están involucradas con los mecanismos primarios que causan la migración,
acumulación y preservación de un yacimiento de crudo. Gran parte del petróleo en las
cuencas sedimentarias del mundo ha sufrido migraciones significativas desde su punto de
origen hasta su posición presente de concentración y entrampamiento, y la ocurrencia de
este proceso requiere, en primer lugar, una serie de condiciones geológicas que controlan la
ocurrencia de trampas estructurales y estratigráficas y, en segundo lugar, una serie de
condiciones de flujo subterráneo que controlan el aspecto hidrodinámico del
entrampamiento, lo cual hace necesario, conocer el régimen hidrogeológico para entender la
interacción entre el flujo de aguas subterráneas y las acumulaciones de petróleo.
42
La composición de las aguas de formación varia comúnmente con profundidad, e incluso
lateralmente en el mismo acuífero. Generalmente, se encuentra que la salinidad tiende a
aumentar con la profanidad y la edad de la sección. El movimiento del agua subterránea a lo
largo de las trayectorias de flujo, incrementa los sólidos disueltos totales. Así, el agua
subterránea somera en áreas de recarga posee menores cantidades de sólidos disueltos que
las aguas más profundas de estos mismos sistemas. Las posibles explicaciones de las
tendencias de variación de salinidad en función de la geología y la escala del ambiente
específico, considerando el tiempo, la localización y la forma de introducción de los fluidos
en la cuenca sedimentaria. En sí, los cambios pueden ser tanto por la intrusión de otras
aguas, como por carga y descarga de los acuíferos.
2.4.1. Composición.
Generalmente las aguas de formación se caracterizan en base a seis constituyentes
principales: Ca++, Mg++, Cl-, SO4-. HCO3
- y (Na+ + K+). Este último se calcula por diferencia
debido a que es difícil determinar su valor. Los constituyentes disueltos encontrados en las
aguas son comúnmente calculados por combinación de los radicales positivos y negativos en
el orden siguiente: Calcio, Magnesio, Sodio, Potasio, Bicarbonato, Sulfato, Cloruro y Nitrato.
El calcio se combina con el bicarbonato, y si existe más calcio no consumido por el
carbonato, éste es combinado con sulfato, cloruro y nitrato hasta que se agote.
Contrariamente cualquier exceso de bicarbonato es combinado con magnesio, sodio y
potasio hasta agotarse. Otros radicales pueden y deben ser agregados para la mayoría de
las aguas asociadas con hidrocarburos. Estos incluyen litio, estroncio, bario, hierro, borato,
fosfato, bromuro y yoduro. Ellos pueden ir agrupados en la columna apropiada y
posteriormente, en el cálculo de cada radical, tanto positivos y negativos, deben ser
combinados en su totalidad; el siguiente radical es combinado hasta que tanto los cationes
como los aniones se agoten. Si el análisis es correcto, los cationes y los aniones deben
presentarse aproximadamente en cantidades equivalentes.
Los aspectos más importantes de la presencia de las especies catiónicas y aniónicas en
las aguas de formación son:
Sodio.
De acuerdo con Ahrens (1965), el sodio es litofílico, y en su mayoría, los elementos
litofílicos tienen electrones de valencia en su exterior igual a ocho. El radio iónico decrece a
43
medida que las cargas de los cationes aumentan. El sodio participa con facilidad e la
cantidad de sólidos en solución debido a que su radio es pequeño. Su concentración en
aguas dulces puede variar entre 1 y 150 mg/l, en el agua de mar puede alcanzar los 10.000
mg/l en aguas connatas puede llegar a los 100.000 mg/l, límite que rara vez sobrepasa
(Custodio y Llamas, 1976). Se encuentra formando parte de los fedelspastos, piroxenos,
anfiboles y micas (Goldschmidt, 1958). La mayor fuente de sodio en el agua de mar puede
ser atribuida a la intemperie de las rocas. Cierta cantidad de sodio es derivada de las
actividades volcánicas. Los sedimentos de océanos y evaporitas contienen un gran volumen
de sodio. El sodio presente en las aguas subterráneas puede provenir de procesos de
intercambio iónico, por mezcla con agua de mar, por disolución de minerales ricos en sodio
(sulfato de sodio), y por contaminación, entre otros (Roscoe Moss, 1990).
Calcio.
Es el más abundante de los elementos alcalinos-térreos en la corteza terrestre. Es
disuelto bajo la forma de bicarbonato de calcio, como resultado de la meteorización química
sobre minerales ricos en calcio (Collins, 1975). La cantidad de esta especie en solución
depende de una serie de equilibrios químicos, entre los cuales, el equilibrio carbonático es el
más importante. En aguas subterráneas los procesos de intercambio iónico afectan la
presencia de calcio en las misma (Roscoe Moss, 1990). Sus concentraciones en aguas dulces
varía entre 10 y 250 mg/l, en agua de mar puede alcanzar concentraciones de 400 mg/l y,
excepcionalmente, en aguas connatas tipo cloruro de calcio puede alcanzar 50.000 mg/l
(Custodio y Llamas, 1976). Cambios leves en el pH de las aguas compuestas de bicarbonato
de calcio pueden causar precipitación de carbonato de calcio, y éste es uno de los depósitos
más frecuentes encontrados en las líneas de flujo, equipos y en los yacimientos de
hidrocarburos.
Magnesio.
Los minerales ferromagnesianos en rocas ígneas y el carbonato de magnesio en rocas de
carbonatos son generalmente considerados como las principales fuentes de este ion en las
aguas naturales (Colins, 1975). El dióxido de carbono juega un papel importante en la
disolución del magnesio de los minerales carbonáticos y silicatos. Su concentración en las
aguas sunterráneas varía entre cantidades menores de 100 mg/l a 30.000 mg/l. Las aguas
asociadas tanto con granito como arenas de silicatos pueden contener menos de 5 mg/l de
44
magnesio, mientras que aquellas asociadas con dolomitas o calizas pueden contener 2000
mg/l.
Cloro.
Se caracteriza por su gran movilidad en la hidrosfera y relativa escasez en la corteza
terrestre. Es el ion predominante en el agua de mar (18.000 – 21.000 mg/l) y en las aguas
de formación se pueden encontrar en concentraciones iguales o superiores a 200.000 mg/l.
La evaporación es el único proceso geoquímico que afecta notablemente su contenido en las
aguas (Collins, 1975). Su procedencia en las aguas subterráneas puede estar relacionada
con la lixiviación de sedimentos depositados en ambientes marinos, mezcla con agua de
mar en regiones costeras y, muy localmente, puede provenir del ataque de rocas
evaporíticas y de ciertos minerales asociados a rocas ígneas y metamórficas (Custodio y
Llamas, 1976).
Sulfato.
El sulfato es mayoritario en las aguas naturales. Este forma sales moderadamente
solubles a muy insolubles. En medios reductores con abundante materia orgánica puede
sufrir reacción bacteriana y pasar a sulfuro. Las areniscas, lutitas y carbonatos contienen
alrededor de 240, 2400 y 1200 mg/l respectivamente (Mason, 1960). El agua de mar
contiene un promedio de 900 mg/l de sulfato, y está influenciada por la actividad bacteriana
y por cuánto calcio, estroncio y bario esté presente, pues si estos tres iones están en alta
concentración, la cantidad de sulfato será baja (Collins, 1975). Además, puede estar
asociada con la oxidación de sulfatos de rocas ígneas, metamórficas o sedimentarias, o por
disolución de yeso y anhidrita (Custodio y Llamas, 1976).
Carbonato y Bicarbonato.
Su contenido es determinante en las aguas subterráneas. Son responsables de la
alcalinidad de las mismas. Su procedencia se asocia con la disolución de dióxido de carbono
atmosférico como resultado del ciclo del carbono. Sin embargo, en salmueras profundas el
dióxido de carbono adicional probablemente este presente como resultado de la diagénesis
de compuestos orgánicos e inorgánicos (Collins, 1975). El calcio en los carbonatos es
liberado durante la intemperie de las rocas y se presenta en solución como bicarbonato. La
solubilidad de carbonato de calcio en las aguas depende de la cantidad de dióxido de
carbono presente. Si i la cantidad de dióxido de carbono disuelto en las aguas decrece el
45
carbonato de calcio se precipita. Siendo los ambientes cálidos favorables para la
precipitación de carbono de calcio.
2.4.2. Unidades.
Los resultados de los análisis físico-químico realizados al agua, pueden expresarse en
unidades de peso: partes por millón (ppm), o en unidades de volumen: miligramos por litro
(mg/L). Cabe destacar, que el Instituto Americano del Petróleo (API) ha recomendado
expresar los análisis de agua en miliequivalentes por litros (meq/L). Los miliequivalentes
relacionan los constituyentes o iones del agua de formación en función de sus pesos
equivalentes.
En una muestra de agua de formación, el total de los miliequivalentes da cationes debe
ser igual al total de los miliequivalentes de aniones. El total de los miliequivalentes de
cationes se considera un 100%, al igual que el total de los miliequivalentes de aniones, por
lo tanto, el valor de cada ión constituyente del agua de formación se puede calcular en
términos de porcentaje de miliequivalentes (%meq), lo que indica cantidades relativas de los
diferentes iones.
Conversión de Unidades.
Si los resultados de los análisis físico-químicos de las aguas vienen expresados en
miligramos por litro (mg/L), es necesario transformar éstas unidades a miliequivalentes por
litro (meq/L), para poder aplicar los diferentes métodos de clasificación propuestos por los
autores: Sulin, Stiff, Piper, entre otros. Ver Tabla 2.
Sustituyendo la ecuación (7) en la ecuación (4) se tiene:
(9)
Donde:
mg/L: miligramos por litro del constituyente.
ρ: densidad de la muestra.
meq/L: miliequivalented por litro (del Ion).
peq : peso equivalente del constituyente.
pm : peso molecular del constituyente, cando éste es un solo elemento.
V: valencia de reacción del constituyente o ión.
CR: coeficiente de reacción.
CRLmgrLmeq //
46
%meq/L : porcentaje de miliequivalentes por litro.
Tabla 2. Ecuaciones para la conversión de unidades.
Ecuación Número
ppmLmgr / (3)
LmgrLmeq // (4)
moléculas para ,V
PMpeq (5)
átomos para ,V
PApeq (6)
CR1
peq
(7)
totales
ion
Lmeq
LmeqLmeq
100
/
//%
(8)
Fuente: Leal, 2010.
En la tabla 3 se muestran los pesos atómicos, pesos moleculares, valencia, pesos
equivalentes y coeficientes de reacción de los aniones y cationes que componen el agua de
formación.
2.4.3. Caracterización.
Termino utilizado cuando se trata de identificar y determinar la composición química del
agua de formación proveniente de un intervalo productor de un yacimiento, y se logra
siguiendo una metodología apropiada para dicha caracterización, para luego de seleccionada
la muestra representativa, generar un patrón de las aguas provenientes de un intervalo
productor, mediante cualquiera de los métodos de identificación gráfica utilizados para la
caracterizaciòn de las aguas de formación.
Además de la composición química, también se determinan algunas propiedades del
agua de formación tales como: pH, resitividad, alcalinidad, solidos totales disueltos, indice
de Stiff y Davis, entre otros. De este modo, se amplia la caracterización de las aguas de
formación provenientes de cualquier horizonte productor de un yacimiento.
47
Ion ValenciaPeso Molecular o
Atómico
Coeficiente de
Reacción
Peso
Equivalente
Sodio 1 22,997 0,04348 22,997
Potasio 1 39,100 0,02558 39,100
Magnesio 2 24,320 0,08224 12,160
Calcio 2 40,080 0,04990 20,040
Hierro 2 55,850 0,03581 27,925
Bario 2 137,360 0,01456 68,680
Aluminio 3 26,980 0,11119 8,993
Cloruro 1 35,457 0,02820 35,457
Sulfato 2 96,066 0,02082 48,033
Carbonato 2 60,010 0,03333 30,005
Bicarbonato 1 61,010 0,01639 61,018
Fluor 1 19,000 0,05263 19,000
Bromo 1 79,960 0,01251 79,916
Boro 2 10,820 0,18484 5,410
Yodo 1 126,910 0,00788 126,910
Ion ValenciaPeso Molecular o
Atómico
Coeficiente de
Reacción
Peso
Equivalente
Sodio 1 22,997 0,04348 22,997
Potasio 1 39,100 0,02558 39,100
Magnesio 2 24,320 0,08224 12,160
Calcio 2 40,080 0,04990 20,040
Hierro 2 55,850 0,03581 27,925
Bario 2 137,360 0,01456 68,680
Aluminio 3 26,980 0,11119 8,993
Cloruro 1 35,457 0,02820 35,457
Sulfato 2 96,066 0,02082 48,033
Carbonato 2 60,010 0,03333 30,005
Bicarbonato 1 61,010 0,01639 61,018
Fluor 1 19,000 0,05263 19,000
Bromo 1 79,960 0,01251 79,916
Boro 2 10,820 0,18484 5,410
Yodo 1 126,910 0,00788 126,910
Ion ValenciaPeso Molecular o
Atómico
Coeficiente de
Reacción
Peso
Equivalente
Sodio 1 22,997 0,04348 22,997
Potasio 1 39,100 0,02558 39,100
Magnesio 2 24,320 0,08224 12,160
Calcio 2 40,080 0,04990 20,040
Hierro 2 55,850 0,03581 27,925
Bario 2 137,360 0,01456 68,680
Aluminio 3 26,980 0,11119 8,993
Cloruro 1 35,457 0,02820 35,457
Sulfato 2 96,066 0,02082 48,033
Carbonato 2 60,010 0,03333 30,005
Bicarbonato 1 61,010 0,01639 61,018
Fluor 1 19,000 0,05263 19,000
Bromo 1 79,960 0,01251 79,916
Boro 2 10,820 0,18484 5,410
Yodo 1 126,910 0,00788 126,910
Tabla 3. Datos de interés de los aniones y cationes que componen las aguas de formación.
Fuente: Leal, 2010.
2.4.4. Propiedades Físicas.
Entre las propiedades físicas más importantes que presenta el agua de formación,
tenemos: los sólidos disueltos, el ph, la alcalinidad, dureza y resistividad. A continuación se
expone una definición de cada una de éstas.
Sólidos Disueltos.
La suma de los componentes individuales determinados en el agua debe corresponder al
valor de los sólidos totales disueltos. El valor de los sólidos disueltos es determinado por
evaporación de la muestra de agua, libre de turbidez y sólidos suspendidos. También puede
calcularse a partir de los pesos de los iones determinados por análisis químico, es decir,
representan la suma de la concentración de aniones más la concentración de cationes,
constituyentes del agua de formación.
48
pH.
El pH representa el logaritmo natural del inverso de la concentración de iones
hidrógenos, expresado en moles por litros. El pH es un número entre 0 y 14 que indica el
grado de acidez o alcalinidad de una solución, de tal forma que un pH igual a 7 es neutro,
por debajo de 7 es ácido y por encima de este valor es alcalino.
Alcalinidad.
Se define como la presencia de minerales alcalinos en el agua, y está en función de la
presencia de iones de bicarbonato ( HCO3-), carbonatos (CO3=) e hidrófilos (OH-), lo mismo
que las especies presentes con frecuencia en pequeñas concentraciones como silicatos,
boratos, amoníacos, fosfatos y bases orgánicas; los cuales son minerales alcalinos que
pueden ser neutralizados por ácidos. La alcalinidad total también llamada alcalinidad “M”, es
la que se produce y origina a un pH sobre el punto final de anaranjado de metilo de
aproximadamente 4,2 a 4,4 y mide todos los iones hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos.
Dureza.
La dureza carbonática o temporal es la dureza equivalente a la presencia del ion
carbonato y bicarbonato. La dureza existente que no depende de estos iones es denominada
dureza no carbonática o permanente. La dureza es generalmente expresada en partes por
millón (ppm) de carbonato de calcio.
Resistividad del Agua.
Es la medida de la resistencia que ofrece el agua de formación al paso de la corriente
eléctrica, con la cual se mueven los diferentes iones componentes del agua. El agua de
formación es capaz de conducir electricidad, debido a que contiene sales ionizadas en
solución. Se sabe que un ion monovalente sólo puede llevar una carga eléctrica y por ello la
capacidad de un electrolito (agua de formación) para conducir electricidad depende del
número de iones por unidad de volumen (concentración) y de la velocidad del ion
(movilidad). Por ello, la concentración y movilización de los iones que contenga, es
responsable por la mayor o menor resistividad que manifieste. En el agua de formación
puede existir casi cualquier tipo de sal susceptible de ionizarse, los más comunes son los
iones monovalentes de Na+, K+, Cl-, HCO3- y los polivalentes de Ca++, Mg++, CO3= y SO4=.
49
Además de estos elementos pueden encontrarse otros como: bromo, bario, hierro,
estroncio, ácidos orgánicos y otros.
El valor de resistividad del agua es muy importante en la determinación de la saturación
de agua de la formación. Varía significativamente de una zona a otra, sobretodo para cada
cuenca. Dicha variación está relacionada con la salinidad y las características geológicas del
área que se evalúa.
2.4.5. Clasificación.
Estudios realizados por diferentes autores, han concluidos en atribuir una clasificación a
las aguas de formación atendiendo en parte, a sus constituyentes químicos (sólidos
disueltos). La cantidad y la relación de éstos constituyentes en las aguas de formación
dependen del origen del agua y de la manera en cómo ocurrió la entrada de la misma al
ambiente del subsuelo.
La cantidad de los constituyentes disueltos en las aguas del subsuelo pueden variar
desde unos pocos miligramos por litro a más de 350.000 mg/l. Esta distribución de salinidad
depende de varios factores, que incluyen: el gradiente hidráulico, profundidad de la
ocurrencia, la distancia de los afloramientos, movilidad de los elementos químicos disueltos,
material soluble en las rocas asociadas, y las reacciones de intercambio. A continuación se
presentan todas las clasificaciones propuestas.
2.4.5.1. Clasificación Genética.
Los análisis de los constituyentes disueltos en las aguas de formación, han aportado
valiosas claves de su historia geológica, permitiendo establecer con el uso de las
concentraciones y relaciones de las especies en las mismas, su posible origen, y los procesos
que han ocurrido en su interacción con el subsuelo.
En general, puede decirse que las aguas de formación son el producto de una larga y
complicada historia geológica: de la sedimentación de la región, de la historia de los
procesos de concentración subterránea y de las transformaciones fisicoquímicas de las
aguas. Así, de acuerdo a la clasificación genética, las aguas de formación se pueden
clasificar en tres clases: Aguas Connatas, Meteóricas y Juveniles.
50
Aguas Connatas.
Las aguas connatas son definidas como aguas que fueron depositadas junto con los
sedimentos en la cuenca, las cuales han estado fuera del contacto con la atmósfera desde su
sedimentación. Son altamente saladas, conteniendo ente 20.000 -250.000 mg/l de sólidos
totales disueltos presentan altas concentraciones de cloruro y muy bajas concentraciones
en los iones de bicarbonato y sulfato. Estas aguas no circulan, pero se mueven a través de
los sedimentos como parte del proceso de compactación y migración. Así, del agua no
necesita estar presente en la misma roca en la cual fue depositada. Las aguas de formación
en capas de areniscas, son casi siempre expulsadas desde los estratos subyacentes. Éstas,
son generalmente de origen marino y de edad similar a las rocas asociadas, pero pueden ser
más viejas que éstas cuando están presentes en acuíferos.
Aguas Meteóricas.
Se definen como aquellas aguas que han estado recientemente involucradas en el ciclo
de circulación atmosférica. Se caracterizan por presentar bajas concentraciones de sólidos
disueltos, usualmente menor a 10.000 mg/l y además poseen cantidades considerables del
ion bicarbonato.
La edad de las aguas meteóricas es poca comparada con la edad de las rocas
circundantes. Evidencias recientes indican que las aguas meteóricas pueden percolar
grandes profundidades (de hasta 10 Km) en sistemas geotermales, sistemas hidrotermales
y cuencas sedimentarias. El tiempo requerido para percolar estas profundidades con
distancias totales que pueden exceder los 100 Km desde las áreas de recarga puede ser de
millones de años. La mayoría de las aguas meteóricas en cuencas sedimentarias son no-
marinas y son recargadas generalmente a altas elevaciones en los márgenes de las cuencas.
Aguas Juveniles.
Son aquellas aguas que ascienden desde el manto de la tierra y nunca han formado
parte del ciclo hidrológico.
2.4.5.2. Clasificación propuesta por Sulin.
Sulin, un geoquímico ruso, propuso un sistema de clasificación basado en las diversas
combinaciones de los constituyentes disueltos en el agua de formación, describe las aguas
51
de acuerdo al tipo químico, subdividiéndola en grupos, subgrupos y clases. El presenta
cuatro tipos de ambientes básicos para la distribución de las aguas naturales que se
describen a continuación.
Ambientes de condición continental, que permiten la formación de aguas con promedio
del ion sulfato (SO4=), tales condiciones les suministra al agua constituyentes solubles de
sulfatos. Sulin les asignó el tipo genético “sulfato – sodio” (sulfato de sodio).
Ambientes de condición continental, que favorecen la formación de aguas con predominio
del ion bicarbonato. El tipo genético de estas aguas es bicarbonato-sódico (bicarbonato de
sodio).
Ambiente de condición marina, que favorecen la formación de aguas del tipo genético
cloruro – magnesio ( cloruro de magnesio)
Ambientes de condición subterránea, que favorece la formación de aguas del tipo
genético cloruro – calcio (cloruro de calcio).
Los primeros dos tipos de ambientes son característicos de aguas meteóricas y/o
artesianas, el tercer tipo de ambiente, es característico de los de ambientes marinos y de
secuencias de evaporitas, y el cuarto ambiente se relaciona con las aguas de condiciones
profundas de estancamiento. La Tabla 4 muestra el sistema de clasificación de aguas de
formación propuesto por Sulin.
Tabla 4. Sistema de Clasificación de Aguas propuesto por Sulin.
Relación Iónica
(% meq/l) Clase
Relación Iónica
(% meq/l)
Tipo
Na+/Cl- > 1 Meteórica
1
4
SO
ClNa Bicarbonato de Sodio
1
4
SO
ClNa Sulfato de Sodio
Na+/Cl- < 1 Connata
1
Mg
NaCl Cloruro de Calcio
1
Mg
NaCl Cloruro de Magnesio
Fuente: Adaptación de Gene Collins, 1975.
52
La concentración iónica de cada componente viene expresada en términos de
miliequivalentes por litro (meq/l). En los casos en los que la relación Na+/Cl- sea menor que
la unidad, el agua se considera connata, en caso contrario en que Na+/Cl- sea mayor que la
unidad, entonces se considera como meteórica.
La clasificación de Sulin esta basada sobre la generalización de que las aguas meteóricas
contienen sulfato (SO4-2) y bicarbonato (HCO3
-) pero muy poco calcio y magnesio. Sin
embargo, casi todos los cationes son sodio y el porcentaje de miliequivalentes del Na+ debe
ser cercanamente igual a la suma del porcentaje de miliequivalentes de los aniones; es
decir:
Na+ = Cl- + SO4-2 aproximadamente
Na+ - Cl- = HCO3
- aproximadamente
Si (Na+ - Cl-) / SO4
-2 es menor que la unidad, las aguas son del tipo sulfato de sodio y si
esta misma relación es mayor que la unidad entones las aguas son de tipo bicarbonato de
sodio. Ambas clases caracterizan zonas geológicas de gran intercambio.
Las aguas connatas se caracterizan por presentar mayores concentraciones del anión
cloruro considerando el sulfato y el bicarbonato casi ausente. Como consecuencia se debe
cumplir que:
Cl- = Na+ + Ca+2 + Mg+2 aproximadamente
Si la razón de (Cl- - Na+)/Mg+2 es menor que la unidad, el agua pertenece al tipo cloruro
de magnesio. Si por el contrario es mayor que la unidad, entonces es del tipo cloruro de
calcio. Este grupo de agua es favorable a las acumulaciones de hidrocarburos y provienen de
aguas marinas y ambientes transicionales.
En forma general, la clasificación de sulin determina que las acumulaciones de
hidrocarburos están relacionadas con los tipos químicos de agua mencionados, y para ello
propone el siguiente orden de prioridad: Cloruro-Calcio, Bicarbonato-Sodio, Cloruro-
Magnesio y Sulfato-Sodio.
2.4.5.3. Clasificación propuesta por Bojarski.
El sistema propuesto por Sulin fue puesto en práctica por Bojarski en un estudio de 400
muestras de aguas analizadas, todas pertenecientes a una misma cuenca petrolífera. En
53
éste estudio el autor estableció una relación entre los tipos de combinación química
propuestos por Sulin y las zonas hidroquímicas establecidas entre las aguas cuya relación
Na+/Cl- indique un origen connato y el tipo químico sea cloruro – calcio. Estas
diferenciaciones constituyen las modificaciones más importantes propuestas al sistema de
Sulin.
A continuación se presenta la interpretación que Bojarski dio a cada clasificación.
Aguas del tipo Bicarbonato-Sodio: esta agua ocurre en las partes superiores de una
cuenca de sedimentación basal, tiene una situación hidrodinámica, en donde las aguas
son movidas a una rápida razón de tiempo geológico. Esto indica que durante ese tiempo
la roca tuvo pocas posibilidades de preservar hidrocarburos.
Aguas del tipo Sulfato-Sodio.
Aguas del tipo Cloruro-Magnesio: tales aguas son características de zonas transitorias
entre un área hidrodinámica que pasa a ser más hidrostática con la profundidad.
Aguas del tipo Cloruro-Calcio: este tipo de agua se asocia a zonas profundas que
quedaron aisladas de la influencia de las aguas infiltradas y son aguas hidrostáticas o casi
hidrostáticas.
Bojarski observó una gran variación en la composición química de las aguas tipo cloruro-
calcio, y para ello presentó la siguiente subdivisión:
a) Cloruro-calcio (I), con Na+/Cl- > 0,85 es característica de una zona hidrodinámica activa
con movimiento de agua considerable. Se considera como una zona poco prospectiva
para la preservación de depósitos de hidrocarburos.
b) Cloruro-calcio (II), con Na+/Cl- entre 0,85 y 0,75 caracteriza zonas de transición entre
la zona hidrodinámicamente activa y otra estable (hidrostática) en una cuenca de
sedimentación. Esta zona es pobre para la acumulación de hidrocarburos.
c) Cloruro-calcio (III), con la relación Na+/Cl- entre 0,85 y 0.65 por su carácter
hidrostático puede asociarse a condiciones favorables para la acumulación de
hidrocarburos.
d) Cloruro-calcio (IV), con Na+/Cl- entre 0,65 y 0,50 indica la presencia de agua
residuales. Caracteriza zonas de acumulación de hidrocarburo en completo aislamiento.
Es considerada como una buena zona para la acumulación de hidrocarburos.
e) Cloruro-calcio (V) con Na+/Cl- < 0,50 esta clase indica la presencia de aguas antiguas
de mar que han sido altamente alteradas desde su deposición original. Bojarski
considera estas zonas como las más probables de acumular hidrocarburos.
54
2.4.5.4. Clasificación propuesta por Hem.
Según el contenido de sólidos totales disueltos (expresados en mg/l), el autor clasifica
las aguas de formación en cuatro tipos, tal como se muestra en la Tabla 5.
Tabla 5. Clasificación de Aguas propuesto por Hem.
Tipo de Agua de
Formación
Sólidos totales
disueltos
(mg/l)
Salmueras > 35.000
Salinas 10.000 – 35.000
Salobres 1000 -10.000
Dulces < 1000
Fuente: Leal, 2010.
2.4.5.5. Clasificación propuesta por Schoeller.
Schoeller, un geoquímico francés, propuso una clasificación basándose en los
constituyentes disueltos en el agua de formación y para cada grupo propuesto estableció el
siguiente orden de prioridad: Cloruro, Sulfato, Bicarbonato y Carbonato (HCO3- + CO3
-2),
índice de bases cambiables (IBE) y relaciones de prioridad entre cationes y aniones.
Como se puede observar en la Tabla 6, la cantidad de Cloruro en el agua define seis (6)
tipos primarios de agua y la cantidad de sulfato define cuatro subgrupos. Los otros sirven
como diferenciación adicional.
Tabla 6. Sistema de Schoeller para la Clasificación de las aguas asociadas a yacimientos petrolíferos.
Concentración de Cl- Concentración de SO4=
Muy alto > 700 Muy alto > 58
Marino 420-700 Alto 24-58
Alto 140-420 Promedio 6-24
Promedio 40-140 Normal < 6
Bajo 10-40 Cerca de la saturación crítica
cuando:
Normal < 10 7022
4 CaSO
55
Tabla 6. Continuación.
Bicarbonato y Carbonato
(HCO3 +CO3)
Índice de bases cambiables
(IBE)
Alto > 7
Si Cl- > Na+ →
Cl
NaClIBE
Si Na+> Cl- →
2
33
2
4
COHCOSO
NaClIBE
Normal 2-7
Bajo < 2
Sin embargo Schoeller recomienda usar
3 222
33
CaCOHCO en vez de : 2
33
COHCO
Relaciones de prioridades entre cationes y aniones
Cl-> SO4-2> CO3
-2
Cl- > CO3-2 > SO4
-2
CO3-2 > Cl- > SO4
-2
CO3-2 > SO4
-2 > Cl-
Na+> Mg+2 > Ca+2
Na+ > Ca+2 > Mg+2
* Todos los constituyentes son calculados en epm.
Fuente: Adaptación de Gene Collins, 1975.
Schoeller observó, que según fuera la presencia de iones cloruros disueltos en el agua,
se presentaban distintas relaciones de prioridad en los restantes iones y en función de éstos
propuso los seis tipos básicos de agua. Las aguas procedentes de varias regiones
productoras de petróleo se clasificaron encontrándose los resultados siguientes:
La relación Cl-> SO4
-2> HCO3- ocurre en aguas con altas concentraciones de cloruro y en
aguas de mar, especialmente cuando éstas son saturadas con CaSO4.
Si el agua no es saturada con CaSO4, la secuencia predominante es Cl- > HCO3- > SO4
-2 ,
y en aguas con concentraciones bajas de cloruro la secuencia predominante es HCO3- >
Cl- > SO4-2.
En aguas con muy altas concentraciones de cloruro la secuencia encontrada es Na+ >
Ca+2 > Mg+2. Cuando la concentración de cloruro decrece, la secuencia es Na+> Mg+2 >
Ca+2
En aguas con muy alto contenido de cloruro ocurre SO4-2 >Ca+2, pero en concentraciones
menores puede ocurrir lo contrario. La secuencia HCO3- < Ca+2 siempre se encuentra en
aguas con muy alto contenido de cloruro. En aguas con menos concentración de cloruro
puede encontrarse ambas secuencias: HCO3- < Ca+2 o HCO3
- > Ca+2, mientras que en
aguas con muy bajo contenido de cloruro la secuencia predominante es HCO3- > Ca+2.
56
Schoeller uso un valor arbitrario de 70 para la relación matemática: 22
2
CaSO con
el objeto de indicar que un agua es saturada con CaSO4. (Esto no necesariamente es cierto,
porque en algunas aguas el contenido de sulfato de calcio puede variar dependiendo de los
otros sólidos disueltos que se encuentren presente en la muestra). Por lo tanto, dependiendo
de la cantidad de sulfato se determino cuatro subgrupos en la clasificación.
El tercer subgrupo contiene tres tipos adicionales que dependen de la cantidad de
Bicarbonato o Carbonato que se encuentre presente en el agua definida por la fórmula
matemática 3 222
33
CaCOHCO . Esta fórmula es proporcional a la presión del CO2 (fase
gaseosa) en equilibrio con el CaCO3 en el agua.
El segundo parámetro usado fue lo que el autor llamó índice de bases cambiables (IBE,
por sus siglas en inglés). Este no es más, que la tendencia del agua a intercambiar o dejar
modificar sus iones con los de la roca, preferiblemente arcillas que están por donde ella
circula; en otras palabras, este índice se usa para indicar la razón entre los iones cambiables
del agua como tal y los iones que originalmente la constituyeron. Schoeller uso la siguiente
fórmula básica:
(10)
La ecuación indica la relación que existe entre la concentración inicial “a” de los cationes
en las aguas que no han reaccionado y “x” que es igual a la concentración final de los
cationes en aguas que ya reaccionaron con las rocas. La diferencia (a-x) señala la cantidad
de iones cambiables y el índice de bases cambiables se presenta con la ecuación siguiente:
(11)
Por sustitución de 2 en 1, tenemos:
(12)
pxa
xkxa
1
a
xaIBE
p
xa
x
a
kIBE
1
57
En esta ecuación, Schoeller plantea una situación asumiendo que en el agua original
hubo tantos equivalentes de cloruro como de sodio y potasio, y que cuando se dio el cambio
de éstos por los alcalinotérreos en la roca alcalina se produjo el intercambio.
Schoeller observó en sus ensayos lo siguiente:
Aguas con un IBE > 0,129 tienen una razón CL- / Na+ > 1,17 y son características de
agua connatas,
Aguas con un IBE < 0,129 con relación CL-/Na+ < 1,17 son característicos de aguas
meteóricas.
Cuando el valor del IBE es positivo, indica que el cambio de bases fue de metales
alcalinos (Na+K) del agua por iones metales alcalino-térreos (Ca, Mg) de las arcillas, y si es
negativo el cambio es el contrario.
Si Cl- > Na+ entonces, (13)
Si Na+ > Cl- entonces, (14)
2.4.5.6. Clasificación propuesta por Chebotarev.
Chebotarev fue un geoquímico australiano contemporáneo a Schoeller, que planteó otra
clasificación de las aguas de formación, basándose de igual forma en los constituyentes
sólidos disueltos en el agua. En su clasificación se toman en cuenta los iones bicarbonato,
sulfato y cloruro; y descarta las aguas ácidas, es decir, las que contienen ácido sulfúrico o
hidroclorhídrico libre. Para esta clasificación, el autor asume que los iones son variables
independientes y los cationes variables dependientes.
Los tipos geoquímicos de agua propuestos por el autor se relacionan con los productos
resultantes del proceso de meteorización que sufre la roca. Chebotarev estableció una
correspondencia entre las fases que conforman el proceso meteórico y las fases de
disolución y redistribución de los sólidos disueltos que constituyen el agua. Dicha
correspondencia este en función de la movilidad iónica relativa de cada elemento. En esta
clasificación se proponen tres grandes grupos de aguas, divididos a su vez en varios tipos
genéticos. Estos tipos genéticos se definen a partir de la concentración absoluta de cada ion,
expresada en porcentaje de equivalente por litro (%meq/l).
Cl
NaCl
IBE
233
24
COHCOSO
NaCl
IBE
58
Como se puede apreciar en la Tabla 7, el grupo bicarbonato contiene tres tipos genéticos
de agua: bicarbonato, bicarbonato-cloruro y cloruro-bicarbonato (este grupo lo define la
suma de bicarbonato más el carbonato y la suma de cloruro más sulfato). El grupo sulfato se
subdivide en dos tipos genéticos: sulfato-cloruro y sulfato. El grupo se subdivide en tres
tipos genéticos: cloruro-bicarbonato, cloruro-sulfato y sulfato.
Tabla 7. Clasificación propuesta por Chebotarev.
Grupo Clase Tipo Genético
Bicarbonatos
I Bicarbonato
II Bicarbonato – cloruro
II Cloruro – bicarbonato
Sulfatos IV Sulfato – cloruro
- Sulfato
Cloruros
III Cloruro-bicarbonato
IV Cloruro-sulfato
V Cloruro
Fuente: Adaptación de Gene Collins, 1975.
El autor establece que los tipos químicos del agua propuestos se relacionan con los
productos de meteorización, ya que el tipo de sal soluble permanece por mucho tiempo
inalterable, a pesar que la concentración de sólidos disueltos varía mucho.
Los productos correspondientes a la clase uno (I) provienen de la meteorización de las
rocas ígneas y de las rocas con metamorfismo de alto grado; las aguas de la clase dos (II)
están relacionadas con los productos de meteorización de las mismas, pero además se
relacionan también con las acumulaciones calcáreas; la clase tres (III) únicamente se
relaciona con las acumulaciones calcáreas; la clase cuatro (IV) se relaciona con la
meteorización de depósitos detríticos, aluviones y de sederita; y las aguas de la clase cinco
(V) se relacionan con las rocas características de los depósitos marinos y con las que
proviene de la meteorización de los productos que se derivan de la clase (IV).
La alta concentración del ion cloruro en el agua es para Chebotarev un indicador de la
ocurrencia de hidrocarburos; sin embargo, esto no siempre se cumple, porque sobre la
composición química del agua influye fuertemente la situación hidrodinámica de la cuenca y
el tipo de entrampamiento. Por tener una forma compleja de establecer los tipos y clases de
agua, esta clasificación es poco usada.
59
2.4.6. Precipitación de Sales Inorgánicas.
Las aguas de formación, están constituidas por sales inorgánicas y algunas sales
orgánicas en solución, que de llegar a constituir compuestos insolubles, reducirían la
permeabilidad de los poros y ocasionarían un daño a la formación, obstruirían los pozos y
causarían la formación de escamas dentro de las líneas de distribución y las bombas de
agua.
Algunos de los iones que frecuentemente están involucrados en la precipitación de
compuestos insolubles son: Ca+2, HCO3-, SO4
-2, Fe+2, Sr+2, Ba+2. Los precipitados que se
encuentran con más frecuencias en las operaciones de los campos petroleros son el
Carbonato de Calcio y el Sulfato de Calcio, por lo tanto, a continuación se presentan
algunos métodos utilizados para la predicción a formar éstos precipitados.
2.4.6.1. Carbonato de Calcio.
Antes de producirse los fluidos de un yacimiento, éstos se encuentran en estado estático
y en equilibrio químico. Al iniciarse la producción y el movimiento de los fluidos, ocurre en la
vencidad del pozo una caída de presión; este cambio de presión permite que gases que
estaban en solución se separen y rompan el equilibrio, formando depósitos de carbonato de
calcio (escamas). Un cambio de presión permite que el CO2 salga de solución formando un
precipitado denominado escama, cuya formulación química es la siguiente:
Ca(HCO3)2 H2O + CO2 + CaCO3
Bicarbonato Agua Dióxido Carbonato
de Calcio de Carbono de Calcio
Es decir, que para mantener el bicarbonato de calcio en solución, es necesario una
cantidad de óxido de carbono libre. El agua de formación tiene generalmente una
concentración de CO2 igual a la concentración de CO2 necesaria para mantener el
bicarbonato en solución. Si la concentración de CO2 libre es menor que este, el agua tiene
tendencia a formar escamas.
A continuación se describen los métodos para pronosticar la tendencia de depósitos de
carbonato de calcio (Escamas).
60
Índice de Langelier.
El índice de saturación Langelier (LSI) es un modelo de equilibrio derivado del concepto
teórico de la saturación, se establece para una temperatura determinada y mide el estado
de equilibrio del agua en relación con su carácter incrustante o corrosivo. Se define
teóricamente como:
(15)
Donde:
pH: pH del agua.
pHs: el valor de pH al que comenzaría a precipitar Carbonato de Calcio (CaCO3) y se define
por la ecuación siguiente:
(16)
Cada una de las variables se define por las ecuaciones siguientes:
(17)
(18)
(19)
(20)
Donde:
TDS los mg/l de sólidos disueltos.
T, la temperatura en º C.
TH la dureza expresada en mg/l de CaCO3.
TAC, la alcalinidad en mg/l de CaCO3.
Es importante destacar la interpretación de éste índice, tal como se indica a continuación:
Si LSI = 0 → Agua en equilibrio químico.
Si LSI < 0 → Agua con tendencia corrosiva, tendencia tanto mayor cuanto menor sea el
LSI.
Si LSI > 0 → Agua tendrá una tendencia incrustante provocando la deposición de
carbonato cálcico.
spHpHLSI
DCBApHs 3.9
10/1log TDSA
55.34273log12.13 CTB
4.0log THC
TACD log
61
El valor de LSI se calcula experimentalmente en el laboratorio, sin embargo puede
hacerse una aproximación bastante buena aplicando el procedimiento descrito
anteriormente.
Índice de Ryznar.
El índice de estabilidad de Ryznar es una expresión empírica, que no sólo indica la
tendencia del agua a ser incrustante o corrosiva, sino que da un valor semicuantitativo para
la cantidad de depósitos de escamas o la tendencia a ser corrosiva. Este índice debe ser
positivo para todas las aguas. La ecuación matemática que define este término es la
siguiente:
(21)
Donde:
pH: pH del agua.
pHs: el valor de pH al que comenzaría a precipitar Carbonato de Calcio (CaCO3) y se define
tal como se indicó en el procedimiento del índice de Langelier.
La interpretación de la correlación empírica del índice de estabilidad Ryznar puede
resumirse de la siguiente manera:
4 < RSI < 5 → Agua fuertemente incrustante.
5 < RSI < 6 → Agua ligeramente incrustante.
6 < RSI < 7 → Agua ligeramente incrustante o corrosiva.
7 < RSI < 7,5 → Agua significativamente corrosiva.
7,5 < RSI < 9 → Fuertemente corrosiva.
RSI ≥ 9 → índice indicativo de serios problemas de corrosión.
El método de Langelier y sus variaciones son sólo aplicables para aguas de esfuerzo
iónico igual o menor a 0,02.
Método de H. Stiff y L. Davis.
El índice de saturación de Langelier ha sido extendido empíricamente por Stiff y Davis
para aplicarse a las aguas de los campos petroleros, quienes lo nombraron como Índice de
Estabilidad y lo representaron por SI. Stiff y Davis presentaron un método que permite
predecir la formación de depósitos de carbonato de calcio en las aguas que se producen
pHpHRSI s 2
62
asociadas al crudo. Para ello la condición de equilibrio en el agua permite saber cuando la
tendencia es incrustante o corrosiva. La ecuación se expresa de la forma siguiente:
pAlkpCaKpHSI (22)
Donde:
SI: índice de estabilidad del agua.
pH: pH del agua muestreada.
pCa: logaritmo de la concentración de calcio.
pAlk: logaritmo de la alcalinidad total.
K: constante empírica que depende del valor de la fuerza iónica y de la temperatura.
Para determinar directamente el valor de pCa y pAlk, Stiff y Davis diseñaron un Gráfico,
el cual se presenta a continuación en la Figura 6.
Figura 6. Gráfico para convertir las partes por millón (ppm) de calcio y alcalinidad a pCa y pAlk.
Fuente: Stiff y Davis citado por Salazar y Montes, 2002.
La interpretación del índice de Stiff Davis es la siguiente:
SI = 0 → Agua en condiciones de equilibrio químico.
63
SI < 0 → Agua con tendencia corrosiva.
SI > 0 → Agua tendrá tendencia a formar depósitos de carbonato cálcico.
Para la aplicación de esta ecuación cuando el agua de formación tiene una concentración
iónica menor de 4000 ppm, se tienen unos valores de conversión que permiten obtener
directamente el valor de las fuerzas iónicas parciales y con la suma de todas obtener el valor
del Esfuerzo Iónico total.
FactorionppmEsfuerzo iónico (23)
FactorionmeqEsfuerzo iónico (24)
Donde:
Factor: factor de conversión mostrado en la Tabla 8.
Tabla 8. Factores de conversión para el cálculo del esfuerzo iónico.
Ion Factores de Conversión
ppm Meq/L
Na++ 2.2 x 10-5 5 x 10-4
Ca++ 5.0 x 10-5 1 x 10-3
Mg++ 8.2 x 10-5 1 x 10-3
Cl- 1.4 x 10-5 5 x 10-4
HCO3- 0.8 x 10-5 5 x 10-4
SO4-2 2.1 x 10-5 1 x 10-4
Fuente: Leal, 2010.
Con este valor del esfuerzo iónico se va al gráfico de K vs. Esfuerzo iónico, Figura 7, y
para una temperatura dada (temperatura de la muestra) se determina “K”.
Para muestras con concentración de sales mayores (ppm > 4000), se dispone del
siguiente método empírico:
22
22
2
115.0iónico nn VCVCVCEsfuerzo
2
15.0iónico i
n
i i VCEsfuerzo (25)
Donde:
V = es la valencia respectiva
64
C = se calcula con la ecuación siguiente:
10001000
TDSZ
ppmC
r
(26)
Donde:
ppm: partes por milon del ion.
Z: es la valencia del ión, adimensional.
ρr: Densidad relativa de la muestra, adimensional.
TDS: Total de sólidos disueltos, ppm.
Finalmente, con este valor de esfuerzo iónico, se va a la Figura 7 y para una temperatura
dada se determina el valor de “K”.
Figura 7. Gráfico para determinar constante empírica K vs. Esfuerzo Iónico.
Fuente: Stiff y Davis citado por Salazar y Montes, 2002.
65
Método de Oddo y Tomson.
En los trabajos de investigación que realizaron L. Davis y H. Stiff se presentaron
limitaciones, ya que una desventaja del método de Stiff – Davis es que es aplicable sólo a
un rango de presión y temperatura. Al principio se encontró limitado a aguas cuya salinidad
fuera de 4000 ppm, es por eso que Oddo y Tomson desarrollaron un método simple que
permite pronosticar la tendencia del agua a formar carbonato de calcio, utilizando
parámetros medidos en el campo cuyos lìmites màximos de presiòn y temperatura son
18.000 lpc y 482ºF.
El método consiste en calcular un índice de saturación (Is) conociendo o no el valor del
pH y en función de las constantes de equilibrio condicionales, que dependen a su vez de la
temperatura, la presión y la fuerza iónica. De esta manera, se elimina la necesidad de
utilizar los coeficientes de actividad que usaron Stiff y Davis.
El valor del índice de saturaión indica la tendencia del agua a formar depósitos, si el
signo es positivo el agua es potencialmente incrustante y si su valor es negativo el agua
tiende a disolver los cristales de CaCO3.
La ecuación de Oddo y Tomson para determinar el valor de índice de saturación (Is), es
la siguiente:
IIP
TTpHpHCOpCaIs
727.005.21037.4
1072.410143.178.2
2/15
262
3
(27)
ó
)(727.0)(05.2)(10*72.4
)(10*143.178.210*44.2/*log
2/126
29
IIT
TpHAlkCaIs
(28)
Donde:
pCa: es el valor negativo del logaritmo de la concentración de calcio.
pHCO3: es el valor negativo del logaritmo de la concentración de bicarbonato. En este caso
representa la alcalinidad total.
I: fuerza iónica.
T: temperatura, ºF.
P: presión, lpc.
66
Como se puede apreciar la ecuación es un polinomio que relaciona la concentración
iónica, la alcalinidad y el pH con las constantes condicionales de presión, temperatura y
fuerza iónica. La ecuación (28) es el polinomio adaptado a los métodos de programación.
La fuerza iónica (I) se calcula previamente, multiplicando cada concentración iónica (en
ppm) por un factor de conversión de Stiff y Davis y la suma de cada resultado representa el
total de fuerza iónica en la solución, entonces tenemos la ecuación siguiente:
NaSO
MgCaHCOClI
000022.0000021.0
000082.000005.0000008.0000014.0
4
3 (29)
Donde (I) viene expresado en moles.
2.4.6.2. Sulfato de Calcio.
El sulfato de calcio es otro sólido que puede ser depositado por las aguas de formación
asociadas a hidrocarburos, usualmente se precipita directamente en las superficies metálicas
de la línea de flujo, tuberías de intercambiadores de calor y otros. Los cristales de sulfato de
calcio son más pequeños que los del carbonato de calcio, lo que ocasiona que generalmente
no sean tan fuertes y duros como los de carbonato de calcio.
La precipitación del sulfato de calcio en el agua puede ser expresada de la manera
siguiente:
44 CaSOSOCa
Y el producto de la solubilidad es expresado por:
spKSOCa
4
Este producto de solubilidad (Ksp) varía con la temperatura y concentración de iones no
comunes en la solución, pero no es afectado apreciablemente por las variaciones de presión
en operaciones de campo. Cuando el producto de los iones de calcio y sulfato excede este
número, el sulfato de calcio, se precipita hasta producir que las concentraciones de los iones
igualen el producto de la solubilidad. Comúnmente en aguas supersaturadas que contienen
tanto el ion carbonato como sulfato además del ion calcio, el carbonato se precipita primero
debido a la diferencia de solubilidad.
67
Las variaciones de la temperatura no afectan a la solubilidad del sulfato de calcio de la
manera cómo afecta al carbonato de calcio. Un incremento en la temperatura disminuye
notablemente la solubilidad del carbonato de calcio, pero puede incrementar la solubilidad
del sulfato de calcio. En general, la solubilidad de las sales que forman costras decrece con
un incremento de la temperatura. La solubilidad del sulfato de calcio como función de la
temperatura se muestra en la Figura 8. Debido a la solubilidad inversa del sulfato de calcio,
la superficie calefactora es el lugar más favorecido para la deposición de incrustaciones.
Figura 8. Solubilidad para el Sistema sulfato de calcio-agua
.
Fuente: Islam, 1982.
La presión parcial del dióxido de carbono no afecta la solubilidad del sulfato de calcio, a
menos que el gas del dióxido de carbono en la solución produzca la disolución de calcitas o
argomitas que este en contacto con el agua. En este caso, la concentración del ión calcio en
el agua puede incrementarse lo suficiente como para causar la precipitación del sulfato de
calcio como yeso.
En particular las incrustaciones del sulfato de calcio son insolubles en la mayoría de los
reactivos de laboratorio y a alta temperatura forman una incrustación dura y tenaz, la cual
es difícil de eliminar mecánicamente. Las escamas de sulfato no son “efervescentes” cuando
se tratan con ácidos, y es difícil removerlas cuando se acidifican a temperatura normal o
estándar. La escama de sulfato de calcio es mucho más difícil de remover que la de
carbonato de calcio.
68
El sulfato de calcio existe como yeso (Ca SO4 . 2 H2O); subhidratado (Ca SO4 . ½ H2O).
Sólo se encuentra en la naturaleza como yeso y anhidrita. La mayoría de los depósitos de
sulfato de calcio en los campos petroleros son escamas de yeso debido a las bajas
temperaturas a las cuales éstas son depositadas. En pozos profundos, las temperaturas
exceden los 100°C y las anhidritas permanecen estables. Debido a la profundidad, las
presiones en los pozos profundos son elevadas. Se ha demostrado que la presión incrementa
la solubilidad del sulfato de calcio, pero no lo suficiente para compensar el efecto.
Los depósitos de sulfatos de calcio en las aguas pueden ser causados por evaporación y
por mezclas de aguas de diferentes lentes o arenas, tal como se indica a continuación:
La evaporación sirve para remover algunas de las aguas, lo cual significa que la
concentración de sales en el agua remanente es más alta. A medida que el agua se evapora
el contenido de sal se incrementa y puede finalmente alcanzar el punto donde el producto de
la solubilidad del sulfato de calcio es excedido ocurriendo la precipitación. La evaporación de
gases tales como el metano y el dióxido de carbono de las aguas saturadas con sulfato de
calcio pueden arrancar suficiente vapor de agua, causando un incremento en la
concentración de sales, resultado la precipitación de sulfato de calcio.
Las mezclas de aguas de diferentes lentes o arenas pueden precipitar el sulfato de calcio.
Las aguas de una arena pueden traer una concentración de ion calcio mayor, y el agua de la
segunda arena puede contener una gran cantidad del ion sulfato. Cuando se mezclan las dos
aguas, se excede el producto de la solubilidad del sulfato de calcio, ocurriendo así la
precipitación hasta que la concentración del sulfato de calcio en solución se reduce hasta el
punto de solubilidad.
A continuación se describe el método para pronosticar la tendencia de depósitos de
sulfato de calcio, cuando éstos se originan por las mezclas de aguas de diferentes lentes o
arenas.
Cálculo de la Solubilidad del CaSO4 a cualquier punto de mezcla.
Se puede decir que una solución está en equilibrio con respecto a una “sal” dada cuando
la concentración de dicha sal es igual a su solubilidad. Si la concentración es mayor, el
equilibrio es transformado y la precipitación de dicha sal toma lugar. En base a esto, si la
concentración de una sal en una solución dada es conocida y su solubilidad puede ser
calculada para un conjunto de condiciones dadas, la tendencia de esta sal a formar un
precipitado (depósito) puede ser pronosticada.
69
Los depósitos de sulfato de calcio, normalmente ocurren cuando dos aguas se mezclan;
una conteniendo iones de calcio y la otra iones de sulfato. Cuando una de las aguas se va
mezclando con la otra, puede producirse un punto de mezcla donde la concentración de
sulfato de calcio sea mayor a la solubilidad y por ende, se produce la precipitación o
depósito.
La solubilidad del CaSO4 a cualquier punto de mezcla puede determinarse mediante la
siguiente ecuación:
(30)
Donde:
S: solubilidad del CaSO4 a cualquier punto de mezcla, expresado en meq/L.
Sr: solubilidad del CaSO4 en agua destilada a la temperatura T (°C). De la Figura 9 se
puede obtener este valor, entrando con la temperatura del punto de mezcla en °C,
cortando la curva y observando el valor indicado a la izquierda.
Figura 9. Solubilidad del CaSO4 en agua destilada a varias temperaturas.
Fuente: Stiff y Davis citado por Salazar y Montes, 2002.
1321 FFFSrS
70
F1: solubilidad del CaSO4, en la presencia de un exceso del ion Ca o SO4. Para
obtener este valor nos referimos a la Figura 10, en donde se entra con el valor del
ion Ca o del ion SO4, se corta la curva hasta obtener a la izquierda el valor de F1.
Figura 10. Solubilidad del CaSO4 en presencia de un exceso de Ca++ o SO4=
Fuente: Stiff y Davis citado por Salazar y Montes, 2002.
F2: solubilidad del CaSO4 en la presencia del ion Na. Este valor se obtiene de la Figura
11, al cortar al interceptar la curva con el valor del ion Na.
Figura 11. Solubilidad del CaSO4 en presencia del ion Na+.
Fuente: Stiff y Davis citado por Salazar y Montes, 2002.
71
F3: solubilidad del CaSO4 en la presencia del ion Mg. de la Figura 12 se obtiene el
valor de F3, entrando con el valor del Mg en meq/lt, se intercepta la curva y se
observa el valor del lado izquierdo.
Figura 12. Solubilidad del CaSO4 en presencia del ion Mg++.
Fuente: Stiff y Davis citado por Salazar y Montes, 2002.
Posteriormente, comparamos la concentración de CaSO4 de la mezcla, con la Solubilidad
(S) calculada a partir de la ecuación (1), y aplicamos el criterio siguiente:
Si CaSO4 de la mezcla = S → la solución está en equilibrio
Si CaSO4 de la mezcla > S → la solución tiende a formar precipitado de CaSO4
Cabe destacar que tanto la concentración de CaSO4 de la mezcla, como la Solubilidad (S)
vienen expresadas en meq/L.
2.4.7. Equilibrio de Carbonatos.
El equilibrio de carbonato se relaciona con la especiación de los iones de carbonato en
solución, y la relación de los diversos factores que dependen de la especiación. El carbonato
disuelto en la solución se distribuye entre los iones de carbonato y bicarbonato (CO32- y
72
HCO3
-) y dióxido de carbono acuoso (CO2 (aq)). Para calcular la distribución de las especies
se debe conocer los datos siguientes para cada una de las muestras a analizar.
El pH del agua de la muestra.
Se debe especificar por lo menos, una medida de concentración de carbonato, la cual
puede ser (a) la concentración de uno de los análisis inorgánicos bicarbonato,
carbonato, o dióxido de carbono, (B) la concentración de carbono [C], o (C) la
alcalinidad por titulación.
La temperatura, la cual se considera 25 ° C si no se especifica, debe estar
comprendida en el rango de 0 °C a 300 °C. (Tenga en cuenta que en el rango de
100 °C a 300 °C, es necesario especificar la densidad del fluido, para evitar posibles
errores de cálculo respecto a las unidades de conversión).
Si se cumplen estas condiciones, entonces se puede determinar las propiedades
siguientes:
La especiación.
Alcalinidad.
Saturación Mineral.
Presión parcial de CO2.
Para los cálculos que se presentan a continuación se supone que la concentración de
carbonato del agua [Tot-CO3] se distribuye entre las tres especies químicas de CO2 (aq),
HCO3- y CO3
2-. En general, [Tot-CO3] es la suma de las concentraciones de las especies
individuales, o [HCO3] + [CO2] + [CO3]. En esta sección, la notación [] se refiere a la
concentración molal.
Especiación.
Se refiere a la distribución de carbonato prevista de entre las tres especies de carbonato:
HCO3-, CO3
2-, y el CO2. Para calcular la distribución de carbonato entre las especies, es
necesario primero calcular los coeficientes de actividad y las constantes de equilibrio
aparente.
Coeficiente de actividad: Cada especie en solución, tiene un coeficiente de actividad (γ). Y se
calcula como se explica a continuación:
La Fuerza Iónica de la solución (I) se determina en unidades Molares a partir de la suma
de todos los iones que presenta la muestra. Siguiendo la ecuación siguiente:
73
CO3= 4,5
H+ 9
HCO3- 4,5
Ca+2 6
ia.
2
2
1ii zmI (31)
Donde:
mi es la concentración molal de la especie.
zi es la carga eléctrica. (Ejemplo: 2 para Ca+2, -1 para HCO3-)
Para cada una de las cargas de las especies (todas excepto CO2(aq)), el coeficiente de
actividad γi se calcula a partir de la Ecuación de Deybe-Hückel, la cual se presenta a
continuación:
IBa
IAz
i
i
i
.
2
1
log
(32)
Donde:
zi :es la carga eléctrica. (Ejemplo: 2 para Ca+2, -1 para HCO3-)
ia.
: es el parámetro de tamaño del Ion, y se rige por los valores presentados en la tabla 9.
Tabla 9. Parámetro del tamaño del Ión, de la Ecuación de Deybe-Hückel
Fuente: Deybe-Hückel citado por Rockware Aqqa, 2006.
Los valores de A y B varían con la temperatura (ºC) y se calculan con las ecuaciones
siguientes:
4103825 10208.110821.410083.10003714.04922.0 TTTTA (33)
4123927 10507.510908.210658.70001224.03247.0 TTTTB (34)
El coeficiente de actividad para el ion sin carga CO2(aq) se tomará como 1.
74
Constantes de Equilibrio Aparente: Las constantes de equilibrio aparente (K´) para las
reacciones entre las tres especies son calculadas a partir de las constantes de equilibrio (K)
y los coeficientes de actividad de cada una de las especies, de acuerdo a:
CO2(aq) + H2O ↔ H+ + HCO3-
Log K1= -6.549 + 0.009002T – 0.0001021 T2 + 2.762x10-7 T3 – 3.561x10-10 T4 (35)
2
3
3
2
1
´
1
10
CO
HCOKK
pH
HCO
CO
(36)
Y
HCO3
- ↔ CO3-2 + H+
Log K2= -10.61 + 0.01277T – 0.0001203 T2 + 3.017x10-7 T3 – 2.694x10-10 T4 (37)
3
2
3
2
3
32
´
2
10
HCO
COKK
pH
CO
HCO
(38)
Donde: T, representa la temperatura en º C.
Una vez calculados los coeficientes de actividad y las constantes de equilibrio aparente,
se procede a calcular la especiación siguiendo en procedimiento que se describe a
continuación:
Conociendo el pH y la concentración libre de HCO3
- , se calcula con la ecuación siguiente
la concentración total de carbono.
pH
pH k
kCOTotHCO
101
10´
2
´
1
33 (39)
Conociendo el valor de [HCO3-] se calcula [CO2] y [CO3
-2], con las ecuaciones siguientes:
75
´
1
3
2
10
K
HCOCO
pH
(40)
pH
HCOKCO
10
3
´
22
3 (41)
Alcalinidad.
La alcalinidad por titulación es una medida de la capacidad del agua para resistir la
acidificación cuando se le añade un ácido fuerte. Se consideran las especies HCO3- y CO3
2-
para determinar la alcalinidad. Cada mol de HCO3- puede neutralizar un equivalente de ácido
al reaccionar y formar CO2 (aq), y cada mol de CO32- también puede neutralizar dos
equivalentes de ácido.
La alcalinidad por titulación generalmente se reporta como una masa equivalente de
CaCO3 por kg de solución, a pesar de CaCO3 no está involucrada en la valoración de la
alcalinidad por el método de titulación. Cada mol de CaCO3 puede neutralizar dos
equivalentes de ácido, y el peso mol de carbonato de calcio es 100,09 g / mol. Por lo tanto,
la alcalinidad en unidades de mg solución CaCO3/kg está relacionada con las concentraciones
molares de las dos especies por las ecuaciones siguientes:
2
3362
101
05.501000
COHCO
TDSAlk (42)
O sustituyendo
pH
HCOKHCO
TDSAlk
102
101
05.501000 3
´
236
(43)
Luego, la concentración libre de HCO3-, se puede calcular a partir de la alcalinidad de
acuerdo a:
pH
K
TDSAlkHCO
10
21
101
05.501000
´
2
63 (44)
Saturación Mineral.
Teniendo como dato la concentración de calcio, se puede calcular el Índice de saturación
para el CaCO3 de los minerales calcita y aragonito. Los índices de saturación indican si los
minerales están: sobresaturados (SI> 0), saturados (SI = 0) o insaturados (SI <0).
76
El Índice de Saturación (SI) viene dado por la ecuación siguiente:
KQKQSI logloglog (45)
Donde:
Q: es el producto de la actividad del Ion.
K: Constante de equilibrio.
Las consideraciones del SI, son las siguientes:
SI > 0 Sobresaturado
SI = 0 Saturado
SI <0 Insaturado
A continuación se presenta las ecuaciones para calcular logK, las ecuaciones son
diferentes para la Calcita y para la Aragonita.
Para la Calcita:
Log K = -8.539- 0.001499T- 0.0001263T2 + 4.477x10-7T3 – 6.883x10-10T4 (46)
Para la Aragonita :
Log K = -8.371 – 0.001671T – 0.0001253T2 + 4.466x10-7T3 – 6.884x10-10T4 (47)
Donde:
T: temperatura de la muestra en ºC
Q: se calcula a partir de los coeficientes de actividad y las concentraciones molares de
carbonato y el calcio, con la ecuación siguiente:
22
33
CaCOQ CaCO (48)
Presión Parcial de CO2.
La presión parcial de un gas, en atmósferas, en una mezcla o solución sería
aproximadamente la presión de dicho gas si se eliminaran repentinamente todos los demás
componentes de la mezcla o solución y sin que hubiese variación de temperatura. La presión
parcial de un gas en una mezcla es la medida de la actividad termodinámica de las
moléculas de dicho gas y, por lo tanto, es proporcional a la temperatura y concentración del
77
mismo. Conociendo la concentración libre de CO2(aq), la presión parcial de Dióxido de
Carbono puede ser calculada a partir de la reacción
CO2(g) ↔ CO2(aq)
El logaritmo de la constante de equilibrio (K) para esta reacción viene dada como una
función de la temperatura en (ºC), a partir de la ecuación siguiente:
Log K = -1.134 – 0.01363T + 6.614x10-5T2 – 1.286x10-7T3 + 7.348x10-11T4 (49)
La presión parcial de CO2 viene dada por la ecuación siguiente:
K
COPCO
22 (50)
Donde:
PCO2: viene expresada atm.
2.4.8. Método Gráficos.
Para emprender un estudio de clasificación de aguas de formación, el recurso más
adecuado es el análisis físico-químico completo la misma. Este análisis muestra el contenido
de los principales iones que la conforman: calcio ( Ca+2), sodio (Na+), magnesio (Mg+2) y
hierro ( Fe+2) como cationes; y cloruro (Cl-), carbonato (CO3-2), bicarbonato (HCO3
-) y
sulfato (SO4-2) como aniones, además del sílice que está en forma de coloide. La unidad en
que se expresa dichas concentraciones se presenta comúnmente en partes por millón (ppm)
o en miligramos por litro (mg/L). Cabe destacar, que la densidad del agua en gr/cc se
considera como 1 aproximadamente.
La identificación del agua de formación es una forma de ubicar en un pozo productor de
hidrocarburos el horizonte que la aporta. La ubicación de esta fuente extraña o infiltración
en el pozo permitirá hacer los trabajos de reparación, bien sea en la completación, si es por
la falla en uno de sus componentes o cementando, si es por una comunicación del
revestidor.
Los diagramas o gráficos de los valores de los iones se pueden hacer para ilustrar la
cantidad relativa de cada ion presente. La representación gráfica es una ayuda clave para la
identificación rápida de las aguas, y la clasificación en cuanto a su tipo; existen varios
78
métodos que han sido desarrollados específicamente para tal fin. A continuación se
presentan ocho métodos de identificación gráfica para la clasificación y/o caracterización del
agua de formación.
Cálculos previos necesarios para la Elaboración de los Gráficos.
En los informe de análisis físico-químico realizados a las aguas de formación, se
reportan las concentraciones iónicas en unidades de peso: partes por millón (ppm); o en
unidades de volumen: miligramos por litro (mgr/L). Trabajar con cualquiera de las dos
unidades es igual, sin embargo, la mayoría de los métodos gráficos son volumétricos, las
concentraciones de determinan en un volumen de agua medido.
Cuando el agua tiene una concentración salina superior a los 20.000 ppm, es
recomendable hacer la conversión de unidades, a través de la ecuación siguiente:
densidad
ppmLmg / (51)
Para que un análisis de agua sea representativo y tenga validez debe tener un buen
balance iónico entre sus cationes y aniones, es decir, deben tener cargas eléctricas iguales.
Para hacer el balance, la concentración de cada ión se debe expresar en miliequivalente por
litro (meq/L) y solo se acepta una diferencia menor que uno entre ambas. La ecuación
utilizada para la conversión es:
ión del atómico
ppm ó /(meq/L) ó
peso
valenciaLmgrVR
(52)
El término de valor de reacción (VR), no es más que una medida normalizada de los
cationes y los aniones disueltos en el agua. De la ecuación anterior el termino (valencia/peso
atómico), se denomina Coeficiente de Reacción y en la Tabla 10 se presentan.
Tabla 10. Valores utilizados para realizar la conversión de mg/L a meq/L
Ion ValenciaPeso Molecular o
Atómico
Coeficiente de
Reacción
Sodio 1 22,997 0,04348
Potasio 1 39,100 0,02558
magnesio 2 24,320 0,08224
Calcio 2 40,080 0,04990
Hierro 2 55,850 0,03581
Bario 2 137,360 0,01456
Cloruro 1 35,457 0,02820
Sulfato 2 96,066 0,02082
Carbonato 2 60,010 0,03333
Bicarbonato 1 61,010 0,01639
Bromuro 1 79,916 0,01251
Ioduro 1 126,910 0,00788
Nitrato 1 62,000 0,01613
79
Tabla 10. Continuación.
Fuente: Leal, 2010.
2.4.8.1. Diagrama de Stiff.
El diagrama de Stiff relaciona la composición química del agua de formación, con una
figura característica que permite visualmente identificar el comportamiento y tendencia de
las aguas para distintos niveles estratigráficos.
Stiff graficó los valores de los iones en un sistema de coordenadas rectangulares como el
que se ilustra en la Figura 13. Los cationes se grafican a la izquierda y los aniones a la
derecha de la línea vertical en el valor cero. Luego se unen todos los puntos con líneas
rectas, para formar un diagrama cerrado, que muchas veces llaman “diagrama mariposa”.
Para enfatizar un componente que puede ser clave en la interpretación, las escalas
pueden variar cambiando el denominador de la fracción de iones por lo general en múltiplos
de 10. Sin embargo, cuando se va analiza a un grupo de todas las aguas, cada grafico debe
registrarse en la misma escala. La elaboración del gráfico puede hacerse en forma
cartesiana o logarítmica. En ambas escalas el área a los lados de la línea cero debe ser
equivalente. En casos cuando las concentraciones son bajas, se utiliza una escala lineal,
siendo necesario el uso de multiplicadores de los números debajo de cada ion de los
extremos.
Ion ValenciaPeso Molecular o
Atómico
Coeficiente de
Reacción
Sodio 1 22,997 0,04348
Potasio 1 39,100 0,02558
magnesio 2 24,320 0,08224
Calcio 2 40,080 0,04990
Hierro 2 55,850 0,03581
Bario 2 137,360 0,01456
Cloruro 1 35,457 0,02820
Sulfato 2 96,066 0,02082
Carbonato 2 60,010 0,03333
Bicarbonato 1 61,010 0,01639
Bromuro 1 79,916 0,01251
Ioduro 1 126,910 0,00788
Nitrato 1 62,000 0,01613
Ion ValenciaPeso Molecular o
Atómico
Coeficiente de
Reacción
Sodio 1 22,997 0,04348
Potasio 1 39,100 0,02558
magnesio 2 24,320 0,08224
Calcio 2 40,080 0,04990
Hierro 2 55,850 0,03581
Bario 2 137,360 0,01456
Cloruro 1 35,457 0,02820
Sulfato 2 96,066 0,02082
Carbonato 2 60,010 0,03333
Bicarbonato 1 61,010 0,01639
Bromuro 1 79,916 0,01251
Ioduro 1 126,910 0,00788
Nitrato 1 62,000 0,01613
80
Figura 13. Diagrama de Stiff.
Fuente: Collins, 1975.
En el diagrama de Stiff, la representación de aguas de tipo meteórico produce un pico
prominente en la parte media de los aniones, que representa elevadas concentraciones de
bicarbonato, mientras que en la representación de aguas de tipo connato se observan dos
picos pronunciados en la línea superior que corresponde a los iones sodio y cloruro.
Muchos investigadores consideran que este es el mejor método para comparar análisis
de muestras de aguas de formación. El método es simple, y cualquier persona puede
instruirse fácilmente en la manera cómo elaborar éstos diagramas.
81
2.4.8.2. Diagrama de Sulin.
Sulin conjuntamente con su sistema de clasificación propuso un gráfico representativo de
los tipos genéticos de agua. Para graficar dicho diagrama se siguen las premisas siguientes:
La relación Na+/Cl- se grafica debajo del origen si es positiva y encima del origen si es
negativa. Si es positiva, el SO4= y el HCO3- se grafican en el cuadrante inferior; y si es
negativo, el Ca++ y el MG++ se grafican en el cuadrante superior, como se muestra en la
Figura 14.
Figura 14. Diagrama de Sulin referencial.
Fuente: Adaptación de Sulin citado por Gómez y Parra, 2001.
2.4.8.3. Gráfico de Reistle.
Reistle ideó un método de graficar los análisis de agua utilizando las concentraciones de
iones, como se muestra en la Figura 15. Los datos se representan sobre un diagrama
vertical, en el cual, los cationes se trazan por encima de la línea central de cero y los
aniones por debajo. Este tipo de diagrama a menudo es útil en la elaboración de
Ca
HCO3
MgSO4
Agua Meteórica 1
Cl
Na
1
Cl
NaAgua Connata
82
correlaciones regionales o para el estudio de las variaciones laterales en el agua de una sola
formación, ya que se pueden trazar varios análisis en una hoja grande de papel.
Figura 15. Diagrama de Reistle.
Fuente: Collins, 1975.
2.4.8.4. Diagrama Ternario.
El diagrama ternario consiste en un gráfico triangular, que ubica las concentraciones de
los iones presentes en análisis y viene generalmente expresado en porcentaje de
miliequivalentes por litros. Según Dickey los parámetros químicos a utilizar en este gráfico
dependen de la clasificación genética de las aguas muestreadas, es decir, si el agua es
meteórica, el diagrama ternario estará formado por los iones Cl-, SO4-2, HCO3-2, si por el
contrario es connata, estará representado por los cationes Na+, Ca+2 y Mg+2 esto puede
observarse con mayor detalle en la Figura 16. En ambos casos los iones se ubican en el
vértice del triángulo y el porcentaje de cada ión se leerá en el lado opuesto del vértice, el
cual representa el 100%.
83
Figura 16. Diagramas Ternarios.
Fuente: Dickey citado por Gómez y Parra, 2001.
2.4.8.5. Diagrama de Piper.
El diagrama de Piper, tal como se observa en la Figura 17, presenta los iones
principales en porcentajes de miliequivalentes en dos triángulos de base. Los cationes
totales y los aniones totales son igual a 100% y los puntos de datos en los dos triángulos se
proyectan en la cuadrícula adyacente. Este tipo de diagrama es muy útil para analizar
grupos grandes de muestras, el objetivo principal del diagrama de Piper es mostrar la
agrupación de puntos de datos para indicar que las muestras tienen composiciones
similares.
Figura 17. Diagrama de Piper.
Fuente: Rockware, 2006.
84
2.4.8.6. Diagrama de Durov.
El diagrama de Durov representa la composición principal, pH y la cantidad total de
sólidos disueltos (TDS) de las muestras. Tal como se muestra en la Figura 18, el diagrama
de Durov, presenta los iones principales en dos triángulos de base, en las unidades de
porcentajes de miliequivalentes. Los cationes totales y los aniones totales son igual a 100%
y los puntos de datos en los dos triángulos se proyectan en una cuadrícula que se encuentra
perpendicular al eje tercero en cada triángulo.
Este tipo de diagrama se presenta como una alternativa al diagrama de Piper, y al igual
que éste, es muy útil para analizar grupos grandes de muestras, el objetivo principal del
diagrama de Piper es mostrar la agrupación de puntos de datos para indicar que las
muestras tienen composiciones similares.
Figura 18. Diagrama de Durov.
Fuente: Rockware, 2006.
2.4.8.7. Diagrama de Schoeller.
El diagrama de Schoeller, tal como se muestra en la Figura 19, se representa en un
plano semi-logarítmico, y su objetivo principal es representar gráficamente los iones
principales de los análisis de agua, expresados en meq/L, así como también demostrar
diferentes tipos de agua en el mismo diagrama. Este tipo de representación gráfica tiene la
ventaja de que muestran y se pueden comparar las concentraciones reales de diferentes
muestras.
85
Figura 19. Diagrama de Schoeller.
Fuente: Rockware, 2006.
2.4.8.8. Método Gráfico para Mezcla de dos Aguas: McKinnell.
Según J.C. McKinnell, “Cuando las aguas se mezclan sin pérdida o ganancia de iones,
resulta una mezcla que debería contener una cantidad para cada ion, en proporción al
porcentaje de cada agua en la mezcla; tales mezclas se conocen como una mezcla ideal”;
éste científico propuso una solución gráfica por medio de la cual se determina el porcentaje
de composición que presenta una mezcla formada por dos aguas. La Figura 20 presenta los
datos y un gráfico del estudio que McKinnell realizó para analizar la mezcla de dos aguas.
El método gráfico de McKinnell permite obtener el porcentaje de mezcla entre dos tipos
de aguas de formación conocidas, sin tener que hacer los ensayos de laboratorio, siempre y
cuando se disponga del patrón característico de los cationes y aniones expresados en
miliequivalente por litro (meq/L). El gráfico está representado por las ecuaciones:
(53)
(54)
Donde:
A y B, representan los componentes puros, y
C, representa el producto de la mezcla de A y B.
1Ceqv.Beqv.Aeqv.
2001B%A%
86
La ecuación (53) es la suma algebraica de los iones equivalentes de cada componente y
la (54) es la ecuación de balance de materiales que rige la mezcla de agua.
Figura 20. Data y Gráfico de Mezcla de dos aguas del ensayo realizado por J.C. McKinnell.
Fuente: McKinnell, 1957.
Para proceder a la elaboración del gráfico, en un plano semi-logarítmico, se realiza el
procedimiento siguiente:
a) En la ordenada izquierda, es escala logarítmica, se representan las concentraciones, en
miliequivalentes por litros, de los iones componentes de la muestra pura tipo A. (Ver
Figura 20).
b) En la ordenada derecha se colocan en escala logarítmica, todas las concentraciones en
miliequivalentes por litros de los iones componentes de la muestra de agua de
formación pura tipo B.
c) En la abscisa, la escala es lineal y va dividida del 0 al 100%, desde la muestra de agua
pura tipo B hacia la muestra de agua pura tipo A y viceversa.
d) Posteriormente, se unen con líneas rectas los puntos de las ordenadas que corresponden
a un mismo ion, a modo de mostrar su variación de un tipo de agua a otra.
e) Luego, en otro gráfico semi-logarítmico se representan los miliequivalentes por litros del
agua problema a analizar. Sobreponiendo los dos gráficos, se desplaza en forma
87
Problema
Análisis Profundo del
Problema
Construcción del Algoritmo
Verificación del Algoritmo.
horizontal hasta que los meq/L se aproximen a las líneas dibujadas. El mejor punto de
correlación dará en la abscisa el porcentaje de la mezcla analizada. En caso de no
acercarse a las correlaciones del gráfico, el analista decidirá si la muestra es
desconfiable o se trata de agua contaminada
2.5. Algoritmo.
Según Cairo (2008), un algoritmo puede definirse como un conjunto de pasos,
procedimientos o acciones que nos permiten alcanzar un resultado o resolver un problema.
En forma casi inconsciente, el ser humano realiza una serie de pasos o acciones que le
permiten resolver determinadas situaciones o problemas. Al hacer la acción de una serie de
pasos en realidad estamos “ejecutando un algoritmo”.
La primera fase de la resolución de un problema con computadora es el análisis del
problema. Esta fase requiere una clara definición, donde se contemple exactamente lo que
debe hacer el programa y el resultado o solución deseada. Dado que se busca una solución
por computadora, se precisan especificaciones detalladas de entrada y salida. La Figura 21
muestra los requisitos que se deben definir en el análisis.
Figura 21. Análisis del problema.
Fuente: Adaptación de Joyanes, 2003.
Para poder definir bien un problema es conveniente responder a las siguientes
preguntas:
¿Qué entradas se requieren? (tipo y cantidad).
88
Algoritmo
Procesamiento de los Datos
2
Datos de Entrada
1
Impresión de los Resultados
3
¿Cuál es la salida deseada? (tipo y cantidad).
¿Qué método produce la salida deseada?
2.5.1. Características de los algoritmos.
Todo algoritmo debe reunir las características siguientes:
Preciso: indicar el orden de realización en cada paso,
Definido: si se sigue dos veces, obtiene el mismo resultado cada vez,
Finito: tiene fin, un número determinado de pasos.
Un algoritmo debe producir un resultado en un tiempo finito. Los métodos que utilizan
algoritmos se denominan métodos algorítmicos, en oposición a los métodos que implican
algún juicio o interpretación que se denominan métodos heurísticos. Los métodos
algorítmicos se pueden implementar en computadoras; sin embargo, los procesos
heurísticos no han sido convertidos fácilmente en las computadoras. En los últimos años las
técnicas de inteligencia artificial han hecho posible la implementación del proceso heurístico
en computadoras.
Algunos ejemplos de algoritmos son los siguientes: instrucciones para montar en una
bicicleta, hacer una receta de cocina, obtener el máximo común divisor de dos números, etc.
Los algoritmos se pueden expresar por formulas, diagramas de flujo o N-S y pseudocódigos.
La definición de un algoritmo debe describir tres partes: Datos de entrada, procesamiento de
datos, impresión de resultados, tal como se presenta en la Figura 22.
Figura 22. Partes de un algoritmo.
Fuente: Adaptación de Joyanes, 2003.
89
Datos de entrada: se encarga de registrar los datos de entrada del problema.
Procesamiento de los datos: representa el conjunto de pasos u operaciones necesarias para
dar solución al problema.
Impresión de los resultados: representa las operaciones necesarias para obtener los
resultados o salidas del problema.
2.5.2. Diseño del algoritmo.
Los problemas complejos se pueden resolver más eficazmente con la computadora
cuando se rompen en subproblemas que sean más fáciles de solucionar que el original. Este
método se suele denominar “divide y vencerás” (divide and conquer) y consiste en dividir
un problema complejo en otros más simples. La descomposición del problema original en
subproblemas más simples y a continuación dividir estos subproblemas en otros más
simples que pueden ser implementados para su solución en la computadora se denomina
“diseño descendente” (top-down design).
Normalmente los pasos diseñados en el primer esbozo del algoritmo son incompletos e
indicarán sólo unos pocos pasos (un máximo de doce aproximadamente). Tras esta primera
descripción, éstos se amplían en una descripción más detallada con más pasos específicos.
Este proceso se denomina “refinamiento del algoritmo” (stepwise refinement). Para
problemas complejos se necesitan con frecuencia diferentes niveles de refinamiento antes de
que se pueda obtener un algoritmo claro, preciso y completo.
Las ventajas más importantes del diseño descendente son:
El problema se comprende más fácilmente al dividirse en partes más simples
denominadas módulos.
Las modificaciones en los módulos son más fáciles.
La comprobación del problema se puede verificar fácilmente.
Tras los pasos anteriores (diseño descendente y refinamiento por pasos) es preciso
representar el algoritmo mediante una determinada herramienta de programación: diagrama
de flujo, pseudocódigo o diagrama N-S. Así pues el diseño del algoritmo se descompone en
las fases recogidas en la Figura 23.
90
Diseño de un
algoritmo
Diseño descendente
(1)
Refinamiento por casos
(2)
Herramienta de programación (3)
- Diagrama de flujo
-Pseudocódigo
- Diagrama N-S
2.5.3. Representación gráfica de los algoritmos.
Para representar un algoritmo se debe utilizar algún método que permita independizar
dicho algoritmo del lenguaje de programación elegido. Ello permitirá que un algoritmo pueda
ser codificado indistintamente en cualquier lenguaje. Para conseguir este objetivo se precisa
que el algoritmo sea representado gráfica o numéricamente, de modo que las sucesivas
acciones no dependan de la sintaxis de ningún lenguaje de programación, sino que la
descripción pueda servir fácilmente para su formación en un programa, es decir, su
codificación. Los métodos usuales para representar un algoritmo son:
Diagrama de flujo.
Diagrama N-S (Nassi-Schneiderman).
Lenguaje de especificación de algoritmos: pseudocódigo.
Lenguaje español, inglés.
Fórmulas.
Figura 23. Fases del diseño de un algoritmo.
Fuente: Adaptación de Joyanes, 2003.
Los dos últimos métodos, no suele ser fáciles de transformar en programas. Una
descripción en español narrativo no es satisfactoria, ya que es demasiado prolija y
generalmente ambigua. Una fórmula, sin embargo, es buen sistema de representación. Sin
embargo, no es frecuente que un algoritmo pueda ser expresado por medio de una simple
fórmula. En esta investigación los algoritmos que se utilizaran para la elaboración del
91
programa se representaran en diagrama de flujo, por lo cual a continuación se presenta
una explicación más detallada sobre éste particular.
Diagrama de Flujo.
Un diagrama de flujo (flowchart) es una de las técnicas de representación de algoritmos
más antigua y a la vez más utilizada, aunque su empleo ha disminuido considerablemente,
sobre todo desde la aparición de lenguajes de programación estructurados. Un diagrama de
flujo es un diagrama que utiliza los símbolos (cajas) estándar mostrados en la Figura 24 y
que tiene los pasos de algoritmo escritos es esas cajas unidas por flechas, denominadas
líneas de flujo, que indican la secuencia en que se debe ejecutar.
Para la elaboración de los diagrama de flujo, deben seguirse algunas reglas practicas que
se listan a continuación.
Se deben usar solamente líneas de flujo horizontales y/o verticales.
Se debe evitar el cruce de líneas utilizando los conectores.
Se deben usar conectores sólo cuando sea necesario.
No deben quedar líneas de flujo sin conectar.
Se deben trazar los símbolos de manera que se puedan leer de arriba hacia abajo y
de izquierda a derecha.
Todo texto escrito dentro de un símbolo deberá ser escrito claramente, evitando el
uso de muchas palabras.
2.6. Herramienta de Programación: Visual Basic.
Visual Basic 6.0 es un lenguaje de programación visual que permite crear aplicaciones
para Windows 95/98/2000/XP/NT, también llamado lenguaje de cuarta generación. Esto
quiere decir que un gran número de tareas se realizan sin escribir código, simplemente con
operaciones gráficas realizadas con el mouse sobre la pantalla. Visual Basic 6.0 es también
un programa basado en objetos, aunque no orientado a objetos como C++ o Java. La
diferencia está en que Visual Basic 6.0 utiliza objetos con propiedades y métodos, pero
carece de los mecanismos de herencia y polimorfismo propios de los verdaderos lenguajes
orientados a objetos como Java y C++. Este programa permite crear ventana, botones,
menús y cualquier otro elemento de Windows de una forma fácil e intuitiva.
92
Figura 24. Simbología utilizada en los Diagramas de Flujo.
Fuente: Joyanes, 2003.
2.6.1. Programación orientada a objetos.
La programación orientada a objetos es un importante conjunto de técnicas que pueden
utilizarse para hacer el desarrollo de programas más eficiente, a la par que mejora la
fiabilidad de los programas de computadora. En la programación orientada a objetos los
objetos son los elementos principales de construcción.
93
En Visual Basic 6.0 y en otros programas, se le llama objeto a todo lo que se ve en una
ventana típica de Windows; los objetos son por ejemplo un botón de comando, una caja de
texto, una imagen, en general todo objeto visible que puedas ver en la pantalla. Se les
llaman objetos porque cada uno de ellos posee propiedades, eventos y métodos. Un botón
de comando tiene propiedades tales como: Caption (Titulo) que indica el texto que tiene el
botón, también tiene las propiedades Width (Anchura) y Height (Altura) que establecen la
anchura y altura del botón.
En síntesis, se puede definir la Programación Orientada a Objetos (POO) como aquella en
la que trabajamos con objetos visibles cada uno de los cuales poseen sus propios eventos,
métodos y propiedades.
Programas orientados a eventos.
Es lógico que para que un programa se pueda llamar orientado a eventos debe haber
sido creado en un lenguaje de programación orientado a objetos, ya que cada objeto espera
a algún evento que realice el usuario sobre él. Los programas orientados a eventos son los
programas típicos de Windows, Linux, Beos, que esperan a que el usuario realice alguna
acción, ya sea con el mouse o con el teclado para realizar alguna función.
Visual Basic 6.0 está orientado a la realización de programas para Windows, pudiendo
incorporar todos los elementos de este entrono informático: ventanas, botones, cajas de
diálogo y de texto, botones de opción y de selección, barras de desplazamiento, gráficos,
menús, etc. Prácticamente todos los elementos de interacción con el usuario de los que
dispone Windows 95/98/XP/2000/NT pueden ser programados en Visual Basic 6.0 de un
modo muy sencillo. En ocasiones bastan unas pocas operaciones con el ratón y la
introducción a través del teclado de algunas sentencias para disponer de aplicaciones con
todas las características de Windows 95/98/XP/2000/NT.
2.6.2. El entorno de Visual Basic.
Cuando se arranca Visual Basic 6.0 aparece en la pantalla una configuración similar a la
mostrada en la Figura 25.
94
Figura 25. Entorno de Desarrollo de Visual Basic 6.0
Fuente: Rodríguez, 2004.
En ella se pueden distinguir los siguientes elementos:
La barra de titulo, la barra de menús y la barra de herramientas estándar.
Barra de herramientas no estándar (Toolbox) con los controles más comunes.
Formulario (Form) en gris, en el que se colocan los controles. Está dotado de una rejilla
(grid) para facilitar la alineación de los controles en el formulario.
Ventana de proyecto (Project), que muestra los formularios y otros módulos de
programas que forman parte de la aplicación.
Ventana de propiedades (Properties), en la que se pueden ver las propiedades de un
objeto seleccionado sobre el formulario.
Ventana Form Layout, que permite determinar la forma en que se verá la aplicación
cuando comience a ejecutarse.
Existen otros elementos tales como: la ventana para Edición de Códigos (Code Editor) y
la ventana Depurador ó Debugger para ver valores en variables en tiempo de ejecución.
95
Todo este conjunto de herramientas y de ventanas es lo que se llama un Entorno Integrado
de Desarrollo o IDE (Integrated Development Environment).
La Barra de Menús y la Barra de Herramientas Estándar.
La barra de menús de Visual Basic 6.0 resulta similar a la de cualquier otra aplicación de
Windows, tal y como aparece en la Figura 26. La Barra de Herramientas Estándar aparece
debajo de la barra de menús, que permite acceder a las opciones más importantes de los
menús. En Visual Basic 6.0 existen cuatro barras de herramientas: Debug, Edit, FormEditor
y Estándar, por defecto sólo aparece la barra de herramientas estándar, aunque en la Figura
27 se muestran las cuatro. Haciendo clic con el botón derecho del mouse sobre cualquier
parte de la barra de herramientas, aparece un menú contextual con el que se puede hacer
aparecer y ocultar cualquiera de las barras.
Figura 26. Barra de menús de Visual Basic 6.0
Fuente: Rodríguez, 2004.
Figura 27. Barra de herramientas estándar.
Fuente: Rodríguez, 2004.
Algunos de los menús de la barra de menús tienen muy pocas novedades, es decir,
algunos incluyen las opciones típicas de los menús de cualquier aplicación.
El menú “File” tiene pocas novedades. Lo más importante es la distinción entre
proyectos. Un proyecto reúne y organiza todos los ficheros que componen el programa o
aplicación. Estos ficheros pueden ser formulario, módulos, clases, recursos, etc. Visual
Basic 6.0 permite tener más de un proyecto abierto simultáneamente, lo cual puede ser
útil en ocasiones. Con el comando Add Project… se añade un nuevo proyecto en la
ventana Project Manager. Con los comandos Open Proyect… o New Project se abre o se
crea un nuevo proyecto, pero cerrando el o los proyectos que estuvieran abiertos
previamente. En este menú está el comando Make ProjectName.exe…, que permite
crear ejecutables de los proyectos.
96
Tampoco el menú “Edit” aporta cambios importantes sobre lo que es lo habitual. Por el
contrario el menú View, generalmente de poca utilizada, es bastante propio de Visual
Basic 6.0. Este permite hacer aparecer en pantalla las distintas ventanas del entorno de
desarrollo, así como acceder a un formulario o al código relacionado con un control (que
también aparece al hacer doble clic sobre él), y manejar funciones y procedimientos.
El menú “Proyect” permite añadir distintos tipos de elementos a un proyecto. Con
Project Properties… se puede elegir el tipo de proyecto y determinar el formulario con el
que se arrancará la aplicación (Startup Object). Con el comando Components se pueden
añadir nuevos controles a la barra de herramientas no estándar (Toolbox) que aparece a
la izquierda de la pantalla.
En menú “Tools” se encuentran los comandos para arrancar el Menu Editor y para
establecer opciones del programa. En Tools/Opcion… se encuentras opciones relativas al
proyecto en el que se trabaja.
Por último, la “ayuda” (help) (siempre imprescindible y en el cado de Visual Basic 6.0
particularmente muy bien hecha) que se encuentra en el menú Help, se basa
fundamentalmente en una clasificación temática ordenada de la información disponible
(Contents), en una clasificación alfabética de la información (Index) y en la búsqueda de
información sobre algún tema por el nombre (Search).
La Barra de Herramientas No Estándar (Toolbox). La Figura 27 muestra la barra de
herramientas no estándar (Toolbox), que incluye los controles con los que se puede
diseñar la pantalla de la aplicación. Estos controles son por ejemplo, botones,
etiquetas, cajas de texto, zonas gráficas, etc.
Para introducir un control en el formulario simplemente hay que hacer clic con el botón
izquierdo del mouse sobre el control deseado y colocarlo en el formulario con la posición y el
tamaño deseado. Haciendo doble clic sobre el control es también otra forma de colocar el
control en el formulario, quedando este ubicado en el centro del formulario.
El número de controles que pueden aparecer en esta ventana varían con la configuración
del sistema. Para introducir nuevos componentes se utiliza el comando “Component” del
menú Proyect, con el cual se abre el cuadro de dialogo mostrado a continuación en la Figura
28.
97
Figura 28. Barra de herramientas no estándar y Cuadro de dialogo “Components”.
Fuente: Rodríguez, 2004.
98
DEFINICION DE TÉRMINOS BÁSICOS
Aguas de Formación: Comúnmente el crudo que proviene de un yacimiento viene asociado
con agua en forma libre o emulsionada, debido a que el volumen poroso de las rocas se
encuentra ocupado por fracciones de la misma que quedaron entrampadas durante el
proceso geológico de depositación de los sedimentos. Ésta, es denominada agua de
formación y puede ser clasificada o caracterizada dependiendo de su composición química,
producto principalmente del ambiente de depositación y la interacción con la roca reservorio.
Algoritmo: conjunto de pasos, procedimientos o acciones que nos permiten alcanzar un
resultado o resolver un problema.
Análisis Físico-Químico del Agua: Son análisis efectuados a las aguas de formación, en los
cuales se realizan una serie de procedimientos analíticos en laboratorio, para determinar los
parámetros físicos-químicos del agua, las concentraciones de los iones presentes en la
muestra y sus propiedades físicas tales como el pH y la conductividad.
Balance Iónico: Consiste en verificar que la suma de los pesos equivalentes (meq/L) de los
iones positivos (cationes) sea igual a la suma de los iones negativos (aniones), rechazando
las muestras cuyo balance iónico sea distinto de cero o se aleje mucho de éste valor; ya que
para que un análisis sea considerado como representativo debe estar balanceado
iónicamente.
Caracterización de Agua: Término utilizado cuando se trata de identificar y determinar la
composición química del agua de formación proveniente de un intervalo productor de un
yacimiento, y se logra siguiendo una metodología apropiada para dicha caracterización, para
luego de seleccionada la muestra representativa, generar un patrón de las aguas
provenientes de un intervalo productor, mediante cualquiera de los métodos de
identificación gráfica utilizados para la caracterizaciòn de las aguas de formación. Además de
la composición química, también se determinan algunas propiedades fìsicas y los indices que
pronostican la tendencia del agua a formar incrustaciones.
Clasificación del Agua: Las aguas se clasifican de acuerdo al contenido de sólidos totales
disueltos, representados principalmente por los cationes y aniones mayoritarios cuya
cantidad y relaciones interiónicas son la base de un gran número de sistemas de
clasificación.
99
Métodos Gráficos: Consisten en la elaboración de diagramas o gráficos donde se presentan
los valores de los iones y se ilustran la cantidad relativa de cada ion presente. La
representación gráfica es una ayuda clave para la identificación rápida de las aguas, y la
clasificación en cuanto a su tipo; existen varios métodos que han sido desarrollados
específicamente para tal fin.
Muestra de Agua: Se refiere a la toma del agua que se requiere estudiar, para desarrollar un
análisis de la composición característica de la masa total. Los lugares de muestreo deben ser
seleccionados teniendo presente varias consideraciones técnicas, para garantizar que la
muestra tomada sea representativa.
Patrón: El patrón de las aguas de formación puede definirse como el promedio, o el valor
más probable de la concentración de cada ión, para un conjunto de muestras de agua que
pertenecen a un mismo campo. Los patrones de agua se calculan a partir de los diversos
análisis físico-químicos disponibles y previamente validados.
Programa computarizado: Un programa es un conjunto de instrucciones u ordenes basadas
en un lenguaje de programación que una computadora interpreta para resolver un problema
o una funcion específica. En el caso concreto de esta investigación, el programa
computarizado diseñado hace posible el tratamiento automático de los datos, que en este
caso son las muestras de agua, para la posterior clasificación y caracterización de las aguas.
Propiedades físicas del agua: Las propiedades físicas son aquellas en las que se mantienen
las propiedades originales de la sustancia ya que sus moléculas no se modifican, entre las
propiedades físicas más importantes que presenta el agua de formación, tenemos: los
sólidos disueltos, el ph, la alcalinidad, dureza y resistividad.
Visual Basic: Es un lenguaje de programación visual que permite crear aplicaciones para
Windows, también llamado lenguaje de cuarta generación. Esto quiere decir que un gran
número de tareas se realizan sin escribir código, simplemente con operaciones gráficas
realizadas con el mouse sobre la pantalla. Visual Basic 6.0 es también un programa basado
en objetos, aunque no orientado a objetos como los lenguajes C++ o Java.
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1. Enfoque de la Investigación.
A lo largo de la Historia de la Ciencia han surgido diversas corrientes de pensamiento
tales como el Empirismo, el Materialismo Dialéctico, el Positivismo, la Fenomenología y el
Estructuralismo, las cuales han originado diferentes rutas en la búsqueda del conocimiento.
Sin embargo, y debido a las diferentes premisas que las sustentan, desde la segunda mitad
del siglo XX tales corrientes se han polarizado en dos enfoques principales; el enfoque
cuantitativo y el enfoque cualitativo de la investigación.
Según Hernández y colaboradores (2003) “el enfoque cualitativo utiliza la recolección y
el análisis de datos para contestar peguntas de investigación y probar hipótesis establecidas
previamente, y confía en la medición numérica, el conteo y frecuentemente en el uso de la
estadística para establecer con exactitud patrones de comportamiento en una población”.
Por tanto se considera que esta investigación corresponde al enfoque cuantitativo, ya que
su propósito principal es el diseño de un programa computarizado para la clasificación físico
química del las aguas de formación, y para ello es necesario la recolección de data, en
nuestro caso informes físico químico de las muestras de agua, para su posterior análisis, con
lo cual se validará el programa en cuestión.
3.2. Tipo de Investigación.
Según Hernández y colaboradores (2003) determinar el tipo de investigación es muy
importante, pues del tipo de estudio depende la estrategia de investigación. El diseño, los
datos que se recolectan, la manera de obtenerlos, el muestreo y otros componentes del
proceso de investigación son distintos para cada tipo de investigación.
Para este trabajo de investigación se consideró la clasificación de los tipos de
investigación propuesta por Dankhe (1989) quien los divide en: exploratorios, descriptivos,
correlacionales y explicativos; y se concluye que el tipo de investigación de este proyecto es
descriptiva, ya que “los estudios descriptivos buscan especificar las propiedades, las
características y los perfiles importantes de personas, grupos, comunidades o cualquier otro
fenómeno que se someta a un análisis”.
101
Para este tipo de estudio el propósito del investigador consiste en describir situaciones,
eventos y hechos. Esto es, decir cómo es y cómo se manifiesta determinado fenómeno. Los
estudios descriptivos miden, evalúan o recolectan datos sobre diversos aspectos,
dimensiones o componentes del fenómeno a investigar.
Desde el punto de vista científico, describir es recolectar datos, para los investigadores
cuantitativos, medir; esto es, en un estudio descriptivo, se secciona una serie de cuestiones
y se mide o recolecta información sobre cada una de ellas, para así (válgase la
redundancia) describir lo que se investiga.
Los estudios descriptivos se centran en recolectar datos que muestren un evento, una
comunidad, un fenómeno, hecho, contexto o situación que ocurre, para los investigadores
cuantitativos, medir con la mayor precisión posible. Éste es su valor máximo, este tipo de
estudio puede ofrecer la posibilidad de predicciones o relaciones aunque sean poco
elaboradas.
La investigación tiene como propósito el diseño de un programa computarizado para la
clasificación físico química de las aguas de formación, el programa permite describir las
propiedades y características de las aguas de formación, partiendo del análisis realizado a
las muestras de agua. Para efectuar el análisis de las muestras, el programa realiza un
conjunto de mediciones, con la mayor precisión posible, para así describir lo que se
investiga. Se dijo que el tipo de estudio descriptivo puede ofrecer la posibilidad de
predicciones o relaciones aunque sean poco elaboradas, y en el caso concreto de esta
investigación, se tiene que el programa permite pronosticar la tendencia del agua a formar
precipitados de Carbonato de Calcio y Sulfato de Calcio.
3.3. Diseño de la Investigación.
Según Hernández y colaboradores (2003) el término “diseño” se refiere al plan o
estrategia concebida para obtener la información que se desea. El diseño señala al
investigador lo que debe hacer para alcanzar sus objetivos de estudio y para contestar las
interrogantes de conocimiento que se ha planteado. En el caso del enfoque cuantitativo, el
investigador utiliza su diseño para analizar la certeza de las hipótesis formuladas en un
contexto en particular o para aportar evidencia respecto de los lineamientos de la
investigación (si es que no tiene hipótesis). En la literatura sobre la investigación es posible
encontrar diferentes clasificaciones de los tipos de diseño. Hernández y colaboradores
102
(2001) adoptan la siguiente clasificación: investigación experimental e investigación no
experimental.
El Diseño de esta investigación es no experimental ya que según Hernández y col
(2001) “La investigación no experimental puede definirse como aquella que se realiza sin
manipular deliberadamente variables. Es decir, se trata de investigación donde no hacemos
variar en forma intencional las variables independientes. Lo que hacemos en la investigación
no experimental es observar fenómenos tal y como se dan en su contexto natural, para
después analizarlos”; en nuestra investigación en concreto no se manipularon variables, solo
se observó y analizó el comportamiento que presentaron las muestras de aguas de
formación con las cuales se validaron el programa.
Los diseños no experimentales se pueden clasificar en transeccionales y longitudinales.
Esta investigación es no experimental transeccional ya que según Hernández y col.
(2001) “Los diseños de investigación transeccional recolectan dato en un solo momento, en
un tiempo único. Su propósito es describir variables y analizar su incidencia e interrelación
en un momento dado”; en nuestro caso se consideran 26 análisis físico-químicos
efectuados a muestras de agua de 21 pozos que pertenecen a distintos yacimientos
petrolíferos; posteriormente se analizó el comportamiento de éstas muestras con el objeto
de validar el programa ANAGUA.
A su vez, los diseños transaccionales se dividen en tres: exploratorios, descriptivos y
correlacionales/causales. Esta investigación es no experimental transeccional
descriptiva, ya que según Hernández y col. (2004) “Los diseños transeccionales
descriptivos tienen como objetivo indagar la incidencia y los valores en que se manifiestan
una o más variables. El procedimiento consiste en medir una variable y proporcionar su
descripción”. En esta investigación a partir del programa que se diseñó, se va a medir las
muestras de aguas para cada pozo que se desee estudiar, y él programa a su vez, aportará
la descripción de la muestra, al clasificar el agua de formación. En resumen, esta
investigación es no experimental transeccional descriptiva, debido a las definiciones
que se han presentado en este capítulo.
3.4. Universo, Población y Muestra.
La población o universo según Bavaresco (1997) puede entenderse como “el conjunto
total de unidades de observación que se consideran en el estudio”, en un sentido más
amplio, puede definirse según Jany citado por Bernal (2000) como “la totalidad de
103
elementos o individuos que tienen ciertas características similares y sobre las cuales se
desea hacer inferencia”, por lo cual para esta investigación la población está formada por los
análisis físico-químicos de las aguas de formación, o agua asociada a la producción de
petróleo.
Según Bavaresco (1997) la muestra se define como “un subconjunto de la población, con
la que se está trabajando”, de manera más detallada, la muestra puede entenderse como “la
parte de la población que se selecciona, y de la cual realmente se obtiene la información
para el desarrollo del estudio y sobre la cual se efectuarán la medición y la observación de
las variables objeto de estudio”, según Bernal (2000). En aquellos casos en los que la
población sea numerosa y difícil de conocer, debe considerarse el análisis de la muestra que
no es más que una porción del universo con ciertas características que permite hacer
inferencia de los resultados en la población. Por lo tanto, para esta investigación la muestra
está representada por 26 análisis físico-químicos efectuados a muestras de agua de 21
pozos que pertenecen a distintos yacimientos petrolíferos, ya que con éstas muestras se
efectuaron las mediciones y validación del programa diseñado.
3.5. Técnicas e instrumentos de recolección de datos.
En esta investigación se utilizo material bibliográfico de diferentes fuentes, data de
muestras de agua tomadas a pozos y diferentes paquetes computarizados para soporte
técnico. A continuación se detallan cada uno de los instrumentos utilizados.
Documentos bibliográficos.
Se recopilo una cantidad considerable de material bibliográfico sobre la clasificación físico
química de las aguas de formación, consultando libros, manuales, informes técnicos,
presentaciones, etc.
Trabajos especiales de grados.
Se consulto varios trabajos de grados presentados en la escuela de Ingeniería de
Petróleo y en el Postgrado de la Facultad de Ingeniera de la Universidad del Zulia
relacionados con nuestro tema de estudio.
104
Consulta por Internet.
Se utilizó como herramienta de consulta para lo relacionado a la clasificación de las
aguas de formación y a tópicos relacionados a la programación.
Visual Basic.
Se empleo la herramienta Visual Basic para programar los módulos que integran el
programa ANAGUA.
Data: Análisis Físico-químicos de agua de formación.
Se utilizó como data 26 análisis físico-químicos efectuados a muestras de agua de 21
pozos que pertenecen a yacimientos petrolíferos; se analizó el comportamiento de éstas
muestras con el objeto de validar el programa ANAGUA. Para la elaboración del los tomos de
la tesis y la presentación final del trabajo de investigación, se utilizó el paquete Microsoft
Word 2009, en lo que se refiere a las aplicaciones de Word, Excel y Power Point.
3.6. Procedimiento Metodológico.
A continuación se presenta la metodología utilizada para desarrollar los objetivos
específicos de la investigación, se detalla cada una de las actividades realizadas por fases.
Tabla 11. Procedimiento metodológico del objetivo específico Nº 1.
Objetivo N° 1:
Analizar la teoría de la clasificación de las aguas de formación propuestas por
diferentes autores.
Fase Metodología
I. Recopilación de información
Para el desarrollo de esta fase se
consultaron varias fuentes bibliográficas
relacionadas a las características y
propiedades del agua.
II. Análisis de la teoría recopilada
Consistió en la lectura e interpretación de
la teoría recopilada, con el propósito de
obtener una mejor comprensión del tema
objeto de estudio.
Fuente: Leal, 2010.
105
Tabla 12. Procedimiento metodológico del objetivo específico Nº 2.
Objetivo N° 2:
Realizar el análisis del sistema del programa computarizado para la caracterización
de aguas de formación.
Fases Metodología Utilizada
I. Realizar un esquema de los
pasos que ejecutará el
programa.
En base a la teoría analizada en el
objetivo N°1, se realizó un esquema
conformado por cada uno de los
procedimientos que el programa debía
ejecutar. El esquema se conformó de la
manera siguiente:
1. Base de Datos: Se refiere a la
entrada de data de las muestras de
agua al programa.
2. Patrón de Aguas: Para establecer el
patrón de las agua de formación se
calcula el promedio para la
concentración de cada ión, con los
datos de los diversos análisis físico-
químicos que el usuario disponga.
3. Análisis de Aguas:
- Clasificar las aguas según su ambiente
de origen u ión predominante a través
de las propuestas de Hem, Sulin,
Bojarski y Schoeller.
- Establecer patrones areales y
verticales representativos de los
yacimientos a estudiar mediante la
aplicación de métodos gráficos, entre
los cuales se encuentran el gráfico de
Stiff, Sulin, Reistle, Diagrama
Ternario, Piper, Durov, Schoeller y
McKinnell.
106
Tabla 12. Continuación.
Objetivo N° 2:
Realizar el análisis del sistema del programa computarizado para la caracterización
de aguas de formación.
Fases Metodología Utilizada
I. Realizar un esquema de los
pasos que ejecutará el
programa.
- Determinar las propiedades físicas del
agua siguientes: Sólidos disueltos,
densidad, resistividad y dureza.
- Pronosticar la tendencia de las aguas a
formar depósitos de carbonato de
calcio, aplicando los métodos
siguientes: Índice de Langelier, Índice
de Ryznar, Método de H. Stiff y L.
Davis y Método de Oddo y Tomson.
- Analizar el equilibrio de carbonatos en
el agua estudiada. Esto incluye realizar
los cálculos siguientes: índices de
saturación, coeficientes de actividad,
constantes de equilibrio aparente,
distribución de carbonatos entre las
especies, alcalinidad, saturación de
mineral y presión parcial de CO2.
II. Desarrollo de los pasos que
ejecutará el programa.
Se desarrolló paso a paso cada uno de
los procedimientos para los ítems
descritos en la fase anterior,
identificando todas las acciones y
cálculos que deben realizarse para
llevarlos a cabo.
Fuente: Leal, 2010.
107
Tabla 13. Procedimiento metodológico del objetivo especifico Nº 3.
Objetivo N° 3:
Desarrollar los algoritmos para la caracterización de las aguas de formación.
Fases Metodología Utilizada
I. Recopilación de información.
Consistió en realizar una revisión
bibliográfica de la teoría relacionada con
algoritmos, para entender en qué
consisten y cómo se construyen.
II. Construcción del algoritmo
En base al análisis del sistema del
programa computarizado realizado en el
objetivo N° 2, se elaboraron los
algoritmos para la clasificación físico
química de las aguas de formación,
considerando que los mismos reunieran
las características de determinismo,
finitud y precisión.
III. Verificación del algoritmo
Se comprobaron cada uno de los
algoritmos, con la finalidad de que
cumplieran con los requerimientos
deseados.
Fuente: Leal, 2010.
108
Tabla 14. Procedimiento metodológico del objetivo especifico Nº 4.
Objetivo N° 4:
Elaborar un programa computarizado en el lenguaje de programación Visual Basic a
partir del algoritmo anterior.
Fases Metodología Utilizada
I. Recopilación de información
Consistió en la búsqueda de tópicos
relacionados a la herramienta de
programación Visual Basic, con el
propósito de fortalecer conocimientos
sobre esta materia y emplearlos en la
elaboración del programa.
II. Elaboración del programa
Se programaron los algoritmos diseñados
en el objetivo N°3, en lenguaje Visual
Basic.
Fuente: Leal, 2010.
109
Tabla 15. Procedimiento metodológico del objetivo especifico Nº 5.
Objetivo N° 5:
Validar el programa computarizado para la caracterización físico química de agua de
formación.
Fases Metodología Utilizada
I. Recopilación de data.
Se procedió a la búsqueda de muestras
de análisis físicos- químico del agua de
formación de varios pozos, para la
validación del programa.
II. Introducción de los datos de
entrada.
Se validó las muestras de los análisis
físico-químicos del agua. Una vez
validados, se procedió a introducir éstos
datos en el programa.
III. Procesamiento de datos del
programa.
Con los datos empleados para la
validación, se realizaron varias pruebas,
utilizando cada una de las funciones que
presenta el programa.
IV. Interpretación de resultados.
Se refiere al análisis de los resultados
obtenidos a través el programa. Se
realizaron varias comparaciones de los
resultados obtenidos, con cálculos
realizados en forma manual; se
discutieron con el tutor a fin de
establecer conclusiones respecto al
funcionamiento del programa.
Fuente: Leal, 2010.
Fase 1: Recopilación y análisis de información.
Fase 2: Análisis del sistema a implantar.
Fase 3: Construcción de algoritmos.
Fase 4: Elaboración del programa en lenguaje Visual Basic.
Fase 5: Validación del programa.
CAPITULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
El procedimiento para diseñar y construir el programa computarizado ANAGUA (Análisis
de Agua), en términos generales consistió en recopilar y analizar la teoría de la clasificación
de las aguas de formación propuestas por diferentes autores, base fundamental del
programa en cuestión, luego se realizó un análisis del sistema a implantar, que dio como
resultado los módulos y procedimientos que conformarían el programa.
Sobre la base de estos procedimientos, se diseñaron los algoritmos que luego fueron
programados en lenguaje Visual Basic. La parte final consistió en validar el programa con
data real de campos petrolíferos, comparando los resultados arrojados por el programa
computarizado, respecto a otros resultados que se tenían como referencia, para luego
establecer conclusiones. De lo anteriormente planteado se diferencian cinco fases para el
diseño y construcción del programa ANAGUA, las cuales se presentan en la Figura 29.
Figura 29. Fases para el Diseño y Construcción del programa ANAGUA.
Fuente: Leal, 2010.
111
A continuación se presenta una explicación detallada de las actividades realizadas en
cada una de las fases indicadas.
Fase 1: Recopilación y análisis de información.
Para el desarrollo de esta fase se consultaron varias fuentes bibliográficas como trabajos
especiales de grado, libros de texto, trabajos científicos y páginas Web relacionadas a las
características y propiedades del agua, con el propósito de obtener una mejor comprensión
del tema objeto de estudio.
Fase 2: Análisis del sistema a implantar.
En base a la teoría analizada, se realizó un diagrama conformado por cada uno de los
procedimientos que el programa debe realizar para clasificar las aguas de formación. Se
desarrolló los cálculos que deben realizarse para cada uno de estos procedimientos.
Fase 3: Construcción de algoritmos.
En base a los procedimientos descritos en la Fase 2, se elaboraron los algoritmos
pertinentes, considerando que los mismos reunieran las características de determinismo,
finitud y precisión.
Fase 4: Elaboración del programa en lenguaje Visual Basic.
Se programaron los algoritmos diseñados en la Fase 3, en lenguaje Visual Basic,
realizando las actividades siguientes: Creación de interfaz, establecimiento de propiedades
de objeto y escritura del código.
Fase 5: Validación del programa.
La parte final consistió en validar el programa con data real de campos petrolíferos,
comparando los resultados arrojados por el programa computarizado, respecto a otros
resultados que se tenían como referencia, para luego establecer conclusiones
4.1. Análisis de la teoría para la clasificación de las aguas de formación.
La base fundamental del programa en cuestión la conforman los procedimientos que
describen el comportamiento y las propiedades del agua; para la elaboración de los mismos
se utilizó la teoría propuesta por diferentes autores tales como Sulin, Hem Bojarski,
112
Schoeller, Stiff, Langelier, Ryznar, Oddo y Tomson, entre otros; recopilados en gran parte en
el libro de Collins (1975), así como los métodos estándares para examinar el agua
publicados por la Asociación de Salud Publica Americana (APHA), Asociación de Agua
Americana (AWWA) y la Federación Ambiental de Agua (WEF) - por sus siglas en idioma
Inglés- artículos científicos, manuales y folletos técnicos de algunas compañias con
información relacionada al tema de estudio.
Del análisis realizado se seleccionaron treinta y siete (37) procedimientos que sirven de
base para el programa ANAGUA. Los procedimientos seleccionados son los siguientes:
Balance Iónico de la Muestra
Corrección por Sodio del Balance Iónico.
Creación de Patrones de Agua.
Comparación de una Muestra de Agua con Un Patrón definido.
Comparación de una Muestra de Agua con Dos Patrones definidos.
Clasificación de las Aguas de Formación por el Método de Hem.
Clasificación de las Aguas de Formación por el Método de Sulin.
Clasificación de las Aguas de Formación por el Método de Bojarski.
Clasificación de las Aguas de Formación por el Método de Schoeller.
Cálculos de las propiedades del agua: sólidos disueltos, densidad, resistividad, dureza.
Equilibrios de Carbonatos: coeficiente de actividad, constantes de equilibrio aparente,
especiación, alcalinidad, saturación mineral y presión parcial CO2.
Gráfico de Una Muestra o Patrón por el Método de Stiff.
Diagrama de Una Muestra o Patrón por el Método de Sulin.
Gráfico de Una Muestra o Patrón por el Método de Reistle.
Diagrama Ternario o Triangular de Una Muestra o Patrón.
Gráfico para Mezcla de Agua por el Método de McKinnell.
Pronóstico de la tendencia de la Muestra o Patrón a depositar Carbonatos de Calcio por
los métodos siguientes: Índice de Langelier, Índice de Ryznar, Índice de Stiff Davis y el
Método de Oddo y Tomson.
Conversión de unidades: Masa / Volumen, Equivalente / Volumen, Moles/ Masa, Moles/
Masa de Solvente, Moles/ Volumen, %Equivalencia / Volumen.
4.2. Análisis del sistema del programa computarizado ANAGUA.
En base a la teoría analizada, se realizó un diagrama conformado por cada uno de los
procedimientos que el programa debe realizar para clasificar las aguas de formación, tal
113
ANAGUA
BASE DE DATOS
PATRONES
Crear un Patrón
Comparar una muestra con
un patrón
Comparar una muestra con dos patrones
ANÁLISIS
Consistencia Interna de la
muestra
Balance Iónico
Corrección por sodio
Propiedades de los Fluidos
Sólidos disueltos
Densidad
Dureza
Resistividad
Clasificación de las aguas de formación
Método de Hem
Método de Sulin
Método de Bojarski
Método de Schoeller
Pronostico de Precipitados
Índice de Langelier
Índice de Ryznar
Método de Stiff Davis
Método de Oddo y
Tomson
Equilibrio de carbonatos
Coeficiente de Actividad
Constante de Equilibrio aparente
Especiación
Alcalinidad
Saturación mineral
Presión parcial de
CO2
GRÁFICOS
Stiff
Sulin
Reistle
Diagrama ternario
Piper
Durov
Schoeller
McKinnell(Mezclas)
CONVERSIONES
Masa/Volumen
Equivalente/
Volumen
Moles/Masa
Moles / Masa de Solvente
Moles/ Volumen
%Equivalente/Volumen
como se muestra en la Figura Nº 30. Posteriormente, se desarrolló todos los cálculos que
deben realizarse para cada uno de estos procedimientos. Los treinta y siete (37)
procedimientos han sido redactados en forma precisa y detallada, indicando paso a paso
cada una de los cálculos que debe realizarse para alcanzar el resultado esperado.
Figura 30. Módulos y procedimientos que componen el programa ANAGUA.
Fuente: Leal, 2010.
A continuación se presentan los 37 procedimientos que conforman el programa ANAGUA.
114
4.2.1. Crear un Patrón.
1. Seleccionar de la Base de Datos las muestras a utilizar para crear el patrón.
2. Para cada Ión calcule el promedio de la manera siguiente:
n
EQUI
IonPat
n
i
i 1_
Donde:
Pat_Ion: Patrón del Ión, meq/L
EQUI: Equivalentes del Ion, meq/L
n: número de muestras seleccionadas para crear el patrón, adimensional.
3. Calcular el Balance Iónico (Ver procedimiento correspondiente)
4. Mostrar el Balance Iónico.
5. Preguntar si se desea corregir el Balance por Sodio. (Ver procedimiento
correspondiente)
6. Mostrar resultado.
4.2.2. Comparar una Muestra con un Patrón.
1. Seleccione la muestra a comparar.
2. Seleccione el patrón a comparar. Este patrón debería estar guardado en la Base de
Datos.
3. Comparar Muestra Vs. Patrón, organizando la información como se muestra en la Tabla
16, la cual se presenta a continuación.
115
1 2 3 4= [(2)-(3)] 5= (4)2 / (3)
Iones Muestra 1 Patrón 1 DiferenciaDesviación
estándar
Concentración (mg/L = ppm)
Na+
Ca+
Mg++
K+
Ba++
Sr++
Fe++
Al+++
Cl-
Br-
SO4-2
CO3-2
HCO3
H4SiO4
Sumatorias 0,00 0,00 0,00
% Aproximación
Tabla 16. Organización de los datos para el procedimiento “Comparar una muestra con un patrón”.
Fuente: Leal, 2010.
Columna N°2:
Descripción: Corresponde a los datos de la muestra. Se refiere a las concentraciones de los
Iones.
Unidad Física: Generalmente se expresa en mg/L.
Columna N°3:
Descripción: Corresponde a los datos del Patrón. Se refiere a las concentraciones de los
Iones.
Unidad Física: Generalmente se expresa en mg/L.
Columna #4:
Descripción: Corresponde a la diferencia en las concentraciones de los Iones entre la
Muestra y el Patrón.
Unidad Física: se expresa en mg/L.
Se calcula para cada Ión de la manera siguiente:
116
PCONMCONDIF __
Donde:
DIF: Diferencia entre las concentraciones de Ion de la Muestra y el Patrón, mg/L ó ppm
CON_M: Concentración Ion de la Muestra, mg/L ó ppm
CON_P: Concentración Ion del Patrón, mg/L ó ppm
4. Se calcula la desviación estándar para cada una de las concentraciones de Ión de la
muestra con respecto al patrón, utilizando la formula siguiente:
PCON
DIFS ION
_
2
Donde:
S ION: Desviación estándar para cada Ión de la muestra con respecto a cada Ión del patrón,
mg/L
DIF: Diferencia entre las concentraciones de Ion de la Muestra y el Patrón, mg/L ó ppm
CON_P: Concentración Ion del Patrón, mg/L ó ppm
5. Se realizar la sumatoria de las desviaciones estándar de todos los Iones de la muestra
(Cationes y Aniones) con respecto al patrón.
IONSSSUMA_
Donde:
SUMA_S: sumatoria de las desviaciones estándar de todos los Iones de la muestra con
respecto al patrón, mg/L ó ppm.
6. Se calcula el porcentaje de aproximación entre la Muestra y el Patrón, utilizando la
formula siguiente:
100_
___
PSUMA
SSUMAPSUMAAPROXPORC
Donde:
PORC_ APROX: porcentaje de aproximación entre la Muestra y el Patrón, %.
117
SUMA_P: sumatoria de todos los Iones del patrón, mg/L ó ppm.
SUMA_S: sumatoria de las desviaciones estándar de todos los Iones de la muestra con
respecto al patrón, mg/L ó ppm.
4.2.3. Comparar una Muestra con dos Patrones.
Consideraciones iniciales.
Dada una mezcla de aguas, conformada por los patrones A y B, se desea conocer el
porcentaje preciso de los patrones A y B que conforman dicha mezcla. Estos porcentajes
vienen expresados en las constantes a y b, que se presentan a continuación:
iiit YbXaZ (1)
Donde:
Zit: es la composición de cada ion en la muestra total, epm
Xi: es la composición de cada ion en el Patrón A, epm.
Yi: es la composición de cada ion en el Patrón B.epm.
a y b son las incógnitas que debemos determinar. Representan los dos porcentajes que se
deben determinar, a representa el porcentaje del Patrón A, y b representa el porcentaje del
Patrón B.
Para determinar las incógnitas a y b, se tienen que realizar varias iteraciones, es decir,
se deben suponer diferentes valores para a y b, tal que, satisfagan que el Error calculado
entre la composición de la muestra y la composición calculada con la ecuación 1, sea un
error mínimo. La ecuación para determinar este error es la siguiente:
N
ZZE
iMit
2
(2)
Donde:
E: Error entre la composición de la muestra (valores que se tienen como dato) y la
composición calculada con la ecuación 1, adimensional.
Zim: es la composición de la muestra, epm (este valores se tienen como dato).
N: Número de elementos presentes en la muestra, adimensional.
En el caso del programa ANAGUA el error aceptable será de E ≤ 0,005.
118
N
ZZEE
iMit
2
1
Siempre se considerará como E2 el último valor de error calculado, y E1 como el
penúltimo valor de error calculado.
El procedimiento a realizar es iterativo, por lo tanto para el desarrollo de la metodología
se incluirá un artificio matemático: una constante llamada J, que nos permitirá realizar el
proceso de iteración.
Así tenemos, 10J esto significa que las iteraciones se irán realizando en un principio
con cambios en diez unidades. Por ejemplo:
Iteración N°1: Iteración N°2:
Condiciones para calcular E1 Condiciones para calcular E2
a = 0 J = 10 → a = a + J → a =10
b = 100 b = 100-a → b= 90
Nótese que los cambios en las variables a y b desde la iteración N°1 a la N°2 han
variado en diez unidades.
A medida que se van desarrollando las iteraciones el valor de J disminuye, con el
objetivo de alcanzar los valores de a y b exactos.
Procedimiento.
1. Asumiendo la condición N°1 que se describe a continuación, se procede a calcular E,
mediante la ecuación 2. A este error, calculándolo con la condición indicada, lo
llamaremos E1.
Condición N° 1:
a = 0 →
b = 100 – a → b = 100
2. Luego de realizar este primer cálculo, se precisa si E1 ≤ 0,005 si esto es verdadero
entonces la mezcla pertenece 100% al patrón B; si por el contrario es falso, se continua
con el procedimiento.
3. Asumiendo la condición N°2 que se describen a continuación, se procede a calcular
nuevamente E, mediante la ecuación 2. A este error, calculándolo con la condición
indicada, lo llamaremos E2.
119
N
ZZEE
iMit
2
2
a = a + J → a = 10 + 10 = 20 → a = 20 a = 20
b = 100 - a → b = 100 - 20 = 80 → b = 80 b = 80
a = a + J → a = 20+ 10 = 30 → a = 30 a = 30
b = 100 - a → b = 100 - 30 = 70 → b = 80 b = 70
a = a + J → a = 30 + 10 = 40 → a = 40 a = 40
b = 100 - a → b = 100 - 40 = 60 → b = 60 b = 60
a = a + J → a = 40+ 10 = 50 → a = 50 a = 50
b = 100 - a → b = 100 - 50 = 50 → b = 50 b = 50
a = a + J → a = 50+ 10 = 60 → a = 60 a = 60
b = 100 - a → b = 100 - 60 = 40 → b = 40 b = 40
a = a + J → a = 60+ 10 = 70 → a = 70 a = 70
b = 100 - a → b = 100 - 70 = 30 → b = 30 b = 30
a = a + J → a = 70+ 10 = 80 → a = 80 a = 80
b = 100 - a → b = 100 - 80 = 20 → b = 20 b = 20
a = a + J → a = 80+ 10 = 90 → a = 90 a = 90
b = 100 - a → b = 100 - 90 = 10 → b = 10 b = 10
a = a + J → a = 90+ 10 = 100 → a = 100 a = 100
b = 100 - a → b = 100 - 100 = 0 → b = 0 b = 0
Condición N° 10
Condición N° 11
Condición N° 3
Condición N° 4
Condición N° 5
Condición N° 6
Condición N° 7
Condición N° 8
Condición N° 9
Condición N°2:
a = a +J → a = 10
b = 100 – a → b = 100- 10 = 90
4. Se compara E2 con E1, de acuerdo al resultado se procederá como se indica en los pasos
siguientes. Obteniendo dos posibles resultados, si E2 < E1 y si E2 > E1
5. Si E2 < E1 , proceder como se indica a continuación.
Se debe repetir el procedimiento desde el paso número 3, tantas veces como sea
necesario hasta que se cumpla la condición de que E2 > E1, y entonces se pasa a
realizar el paso 6.
A continuación en la Tabla 17, se muestra un ejemplo de lo que sería la condición
N° 3 y las posibles condiciones que pueden continuar.
6. Si E2 > E1 , proceder como se indica a continuación. Tomar en consideración las
condiciones siguientes:
Jaa
110
10
10 JJ
JJ
Tabla 17. Posibles condiciones para las iteraciones aplicadas en el procedimiento
“Comparar una muestra con dos patrones”.
120
a = a + J → a = 10 + 10 = 20 → a = 20 a = 20
b = 100 - a → b = 100 - 20 = 80 → b = 80 b = 80
a = a + J → a = 20+ 10 = 30 → a = 30 a = 30
b = 100 - a → b = 100 - 30 = 70 → b = 80 b = 70
a = a + J → a = 30 + 10 = 40 → a = 40 a = 40
b = 100 - a → b = 100 - 40 = 60 → b = 60 b = 60
a = a + J → a = 40+ 10 = 50 → a = 50 a = 50
b = 100 - a → b = 100 - 50 = 50 → b = 50 b = 50
a = a + J → a = 50+ 10 = 60 → a = 60 a = 60
b = 100 - a → b = 100 - 60 = 40 → b = 40 b = 40
a = a + J → a = 60+ 10 = 70 → a = 70 a = 70
b = 100 - a → b = 100 - 70 = 30 → b = 30 b = 30
a = a + J → a = 70+ 10 = 80 → a = 80 a = 80
b = 100 - a → b = 100 - 80 = 20 → b = 20 b = 20
a = a + J → a = 80+ 10 = 90 → a = 90 a = 90
b = 100 - a → b = 100 - 90 = 10 → b = 10 b = 10
a = a + J → a = 90+ 10 = 100 → a = 100 a = 100
b = 100 - a → b = 100 - 100 = 0 → b = 0 b = 0
Condición N° 10
Condición N° 11
Condición N° 3
Condición N° 4
Condición N° 5
Condición N° 6
Condición N° 7
Condición N° 8
Condición N° 9
Tabla 17. Continuación
Fuente: Leal, 2010.
Estas condiciones significan lo siguiente:
Si E2 (el último valor del error calculado) es mayor a E1 (el penúltimo valor del error
calculado), quiere decir que en la iteración excedimos los valores de a y b correctos, puesto
que el objetivo es que el error sea mínimo (error ≤ 0,005).
Por lo tanto, tenemos que “devolver un paso atrás el valor de a”, por eso se le resta el J.
Además, como nos encontramos cerca del valor buscado, tenemos que comenzar a iterar
con un valor de J que se hace cada vez menor, para obtener con exactitud el valor de las
variables a y b.
7. Se procede a calcular E, mediante la ecuación 2. A este error, calculándolo con las con
las condiciones siguientes, lo llamaremos E2.
121
1 2 3 4 = (2) / (3)
IonesConcentración
(mg/L = ppm)
Peso
equivalente
Equivalentes
(meg/L)
Na+ 22,997
Ca+ 20,04
Mg++ 12,16
K+ 39,1
Ba++ 68,68
Sr++ 43,81
Fe++ 27,925
Al+++ 8,933
Cl- 35,457
Br- 137,916
SO4-2 48,033
CO3-2 30,005
HCO3 61,018
H4SiO4 19,916
Corresponde a los
datos de la
muestra
Condiciones:
a = a +J → a = a + 1 →
N
ZZEE
iMit
2
2
b = 100 – a
8. Se compara E2 con E1, de acuerdo al resultado se procederá como se indica en los pasos
siguientes. Obteniendo dos posibles resultados, si E2 < E1 y si E2 > E1
9. Si E2 < E1 , de ser afirmativa la condición, ir al paso N°5.
10. Si E2 > E1 , de ser afirmativa la condición, ir al paso N°6.1, repetir el proceso hasta que
J < E, al alcanzar esta condición se ha finalizado con el cálculo y los resultados obtenidos
de a y b son los resultados del ensayo.
4.2.4. Balance Iónico.
1.- Se ordenan los datos como se muestra en la Tabla 18, como se muestra a continuación:
Tabla 18. Organización de los datos para el procedimiento “Balance Iónico”.
Fuente: Leal, 2010.
Columna #2:
Descripción: Corresponde a los datos de la muestra. Se refiere a las concentraciones de los
Iones.
122
Unidad Física: Generalmente se expresa en mg/L. (Técnicamente, 1 ppm corresponde a 1
µg/g, 1 mg/kg o (en el caso del agua) 1 mg/L.)
Columna #3:
Descripción: Corresponde al peso equivalente de cada Ión, su valor es constante.
Unidad Física: adimensional.
Columna #4:
Descripción: Corresponde a los Equivalentes de cada Ión. Se calcula para cada Ión de la
manera siguiente:
EQUIP
CONEQUI
_
Donde:
EQUI: Equivalente Ion, meq/L
CON: Concentración Ion, mg/L ó ppm
P_EQUI: Peso equivalente Íon, adimensional. ( Ver Tabla Nº3 del Capítulo II)
2.- Se realiza la sumatoria de los Equivalentes Positivos.
positivosesEquivalentSEQUIPOS _
Donde:
SEQUIPOS: Sumatoria de los Equivalentes Positivos, meq/L
3.- Se realiza la sumatoria de los Equivalentes Negativos.
negativosesEquivalentSEQUINEG _
Donde:
SEQUINEG: Sumatoria de los Equivalentes Negativos, meq/L
4.- Se calcula la diferencia entre los Equivalentes positivos y negativos.
SEQUINEGSEQUIPOSDEF
123
Donde:
DEF: Diferencia entre equivalentes positivos y negativos, meq/L
Cabe destacar:
- Si DEF = 0, quiere decir que la suma de los pesos equivalentes de los iones positivos
(Cationes) es igual a la suma de los iones negativos (aniones), y la muestra esta
balanceada iónicamente.
- Si DEF ≠ 0, significa que la muestra no está balanceada iónicamente y es necesario
calcular el porcentaje de error.
5.- Si es necesario, se calcula el porcentaje de error.
100_
SEQUIPOS
DEFERRORPORC
Donde:
PORC_ERROR: Porcentaje de error, % (Se aceptará un porcentaje de error ≤ 5 % ).
4.2.5. Corrección del Balance Iónico por Sodio.
1.- Se realiza la sumatoria de los Equivalentes positivos sin incluir los Equivalentes del Sodio
(Na+).
SodiopositivosesEquivalentNaSinSEQUIPOS sin_____
Donde:
SEQUIPOS_Sin_Na: Sumatoria de Equivalentes Positivos sin Sodio, meq/L
2.- Se realiza la sumatoria de los Equivalentes Negativos.
negativosesEquivalentSEQUINEG _
Donde:
SEQUINEG: Sumatoria de Equivalentes Negativos, meq/L
3.- Se calcula la diferencia entre los Equivalentes positivos sin Sodio y negativos.
SEQUINEGNaSinSEQUIPOSDEF __1_
124
Donde:
DEF_1: Diferencia entre equivalentes positivos sin sodio y negativos, meq/L
4.- Calcular la Concentración de Sodio Corregida, de la manera siguiente:
NaEquvalentePesoDEFcorrgNappm __1___
997,221___ DEFcorrgNappm
Donde:
ppm_Na_corrg: Concentración de Sodio corregida, ppm o mg/L
Obsérvese que en la ecuación la variable DEF_1 se coloca en “valor absoluto” porque
nos interesa éste en valor en positivo.
Para corregir la muestra de agua y que quede balanceada iónicamente, se sustituye el
valor original de la concentración del Sodio (Na+) por el valor que obtuvimos corregido.
Realizando esta sustitución, deberíamos volver a realizar el balance iónico y éste no
debería arrojar error.
CON*= concentración de los iones de la muestra sustituyendo las ppm Na original por las
ppm Na corrg
4.2.6. Sólidos disueltos.
La cantidad total de sólidos disueltos representa la suma de la concentración de aniones
más cationes, constituyentes del agua de formación.
S = Sólidos disueltos = Cationes + Aniones
Donde:
S = Sólidos disueltos, mg/L ; ppm ; meq/L
Cationes y aniones se expresan en mg/L ; ppm; meq/L
El usuario escogerá en cual unidad desea expresar los valores de la muestra y por
consiguiente el valor de S.
125
4.2.7. Densidad.
Según el Método Estándar 2520-C (Pagina 2-48) Cálculo de la densidad a partir del valor
de los sólidos disueltos o salinidad (S).
1.- La densidad se calcula con la ecuación siguiente:
Donde:
A = 8.24493 x10-1 - 4.0899 x 10-3/t + 7.6438 x 10-5t2 – 8.2467 x 10-7t3 + 5.3875 x 10-9t4
B= -5.72466 x 10-3+1.0227 x 10-4t – 1.6545 x 10-6t2
C= 4.8314 x 10-4
ρo = 999.842 594 + 6.793 952 x 10-2t – 9.0985 290 x 10-3t2 + 1.001 685 x 10-4t3 – 1.120
083 x 10-6t4 + 6.536 323 x 10 -9t5
t: temperatura del análisis de la muestra, ° C. (Sirve sólo para el rango de 0 a 100°C , o lo
que es lo mismo entre 32º F y 212º F)
S: sólidos disueltos, Kg/m3
t: temperatura, en º C.
4.2.8. Dureza.
1. La dureza total se define como la suma de las concentraciones del Calcio y Magnesio,
ambos expresados en mg/L.
2. La dureza total se expresa en mg/L de CaCO3
Dureza Total: Se calcula con la ecuación siguiente:
Dureza, mg/L de CaCO3 = 2,497*(Ca, mg/L) + 4,118*(Mg, mg/L)
Donde:
Ca: cantidad de calcio, mg/L
Mg: cantidad de magnesio, mg/L.
Si el usuario incluye como data la “Alcalinidad Total” expresada en mg/L de CaCO3,
entonces el programa calculará la “Dureza Carbonática” y la “Dureza No Carbonática” de la
manera siguiente:
126
Si Dureza Total > Alcalinidad Total: aplicar lo siguiente:
Dureza No Carbonática = Dureza Total – Alcalinidad Total (mg/L de Ca CO3)
Dureza Carbonática = Alcalinidad Total (mg/L de Ca CO3)
Si Dureza Total ≤ Alcalinidad Total: aplicar lo siguiente:
Dureza Carbonática = Dureza Total (mg/L de Ca CO3)
Dureza No Carbonática = 0 (mg/L de Ca CO3)
4.2.9. Resistividad.
La resistividad se calculará a partir de dos métodos. El primero es un método donde se
calcula la salinidad del agua a partir del contenido de cloro de la muestra, y el segundo
método, es uno propuesto por la Schlumberger donde se determina la resistividad del agua
a partir de su salinidad.
1. Se determina la salinidad del agua a partir de los ppm CL que se encuentren presentes
en la muestra, a partir de la fórmula siguiente:
645,1CclWS
Donde:
Ccl: Salinidad del agua (ppm Cl)
WS: Salinidad del agua (ppm NaCl)
2. Se calcula FT1.
DEPTH
BHTDEP
SUFTBHTSUFTFT
1
Donde:
FT1: Temperatura de la formación (°F )
SUFT: Temperatura de la superficie (°F)
BHT: Temperatura en el fondo del hoyo (°F) (Bottom – hole temperature)
BHTDEP: profundidad a la cual fue medida la BHT (pies)
DEPTH: profundidad de interés, a la cual se desea conocer la resistividad., pies.
3. Calcular la resistividad con la ecuación siguiente:
88,0
1 //000.400@ WSFTFTRW
Donde:
127
1 2
IonesSólidos
Totales
Disueltosmg/ L
Na+
Ca+
Mg++
K+
Ba++
Sr++
Fe++
Al+++
Cl-
Br-
SO4-2
CO3-2
HCO3
H4SiO4
Sumatorias SUMA
RW@FT: resistividad del agua a la temperatura de la formación (ohm-m).
4.2.10. Clasificación de las Aguas por el Método de Hem.
Cabe destacar que en todos los métodos para la clasificación de agua: Hem, Sulin,
Bojarski y Schoeller, se ha anexado las condiciones “≥” y “≤“ según fuese el caso, para
darle exactitud a los procedimientos a fin de poderlos programar en Visual Basic.
1. Determinar el contenido de sólidos totales disueltos en la muestra, para ello la
información se puede almacenar de la manera como se presenta en la Tabla 19.
Tabla 19. Organización de los datos para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el método de Hem”.
Fuente: Leal, 2010.
2. Clasificar de acuerdo a los indicativos que se muestran en la Tabla 20.
128
Tipo de Agua de
Formación
Sólidos Totales
Disueltos
Dulces
10000 - 35000
1000 - 10000
<1000
Salmueras > 35000
Salinas
Salobres
Tabla 20. Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Hem.
Fuente: Leal, 2010.
4.2.11. Clasificación de las Aguas por el Método de Sulin.
1. Determinar la concentración de los Iones Na+ Cl- SO4-2 y Mg++ de la Muestra.
2. Calcular la relación Iónica Principal, según se indica:
Cl
Nappalionl __Re
Donde:
Rel_ion_ppal: Relación iónica principal, adimensional
Na+ : Concentración del Ion Sodio, %meq/L
CL- : Concentración del Ion Cloro, %meq/L
3. Calcular las relaciones Iónicas Secundarias, según se indica:
2
4
1sec__Re
SO
ClNaionl
Mg
NaClionl 2sec__Re
Donde:
Rel_ion_sec1: Relación iónica secundaria 1, adimensional
129
Relación Iónica Principal
(% meq/L)Tipo de Agua
Relación Iónica
Secundaria (%meq/L)
Facies
Hidroquímicas
Bicarbonato de Sodio
Sulfato de Sodio
Connata
Cloruro de Calcio
Cloruro de Magnesio
Meteórica
12
4
SO
ClNa
12
4
SO
ClNa
1
Cl
Na
1
Cl
Na
1
Mg
NaCl
1
Mg
NaCl
Rel_ion_sec2: Relación iónica secundaria 2, adimensional
Na+ : Concentración del Ion Sodio, %meq/L
CL- : Concentración del Ion Cloro, %meq/L
SO4-2: Concentración de Sulfato, %meq/L
Mg++ : Concentración del Ion Magnesio,% meq/L
4. Clasificar las Aguas de Formación según se indica en la Tabla 21 y mostrar los
resultados.
Tabla 21. Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Sulin.
Fuente: Adaptación de Gene Collins, 1975.
4.2.12. Clasificación de las Aguas por el Método de Bojarski (Sulin Modificado).
1. Realizar el mismo procedimiento que se llevó a cabo para la clasificación propuesta por
Sulin.
2. Adicionar a los resultados indicados información relacionada a las zonas Hidroquímicas,
como se explica en la Tabla 22.
3. Realizar los cálculos adicionales siguientes para las aguas de clase Connato tipo Cloruro
de Calcio:
Cl
Nappalionl __Re
130
Tipo Relación Iónica Zonas Hidroquímicas
Cloruro de Calcio (I) Zonas Hidrodinámicas
Cloruro de Calcio (V)
Zonas Transitorias
Zonas Hidrostáticas
Zonas en Completo Aislamiento
Aguas Antiguas de Mar
Cloruro de Calcio (III)
Cloruro de Calcio (IV)
Cloruro de Calcio (II)
85,0
Cl
Na
85,075,0
Cl
Na
75,065,0
Cl
Na
65,050,0
Cl
Na
50,0
Cl
Na
Clase Tipo de Agua TipoZonas
Hidroquímicas
Bicarbonato de Sodio
Sulfato de Sodio
Connato < 1
Cloruro de Magnesio
Cloruro de Calcio
Zonas Transitorias
Zonas Profundas
Zonas HidrodinámicasMeteórica ≥ 1
Tabla 22. Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Bojarski.
Fuente: Adaptación de Gene Collins, 1975.
Donde:
Rel_ion_ppal: Relación iónica principal, adimensional
Na+ : Concentración del Ion Sodio, meq/L
CL- : Concentración del Ion Cloro, meq/L
Clasificar las Aguas de Formación según se indica en la Tabla 23, y mostrar los
resultados.
Tabla 23. Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Bojarski.
Fuente: Adaptación de Gene Collins, 1975
131
Concentración de Cloruro
Cl-
(epm)
Muy alto si > 700
Marino si 420 < x ≤ 700
Alto si 140 < x ≤ 420
Promedio si 40 < x ≤ 140
Bajo si 10 < x ≤ 40
Normal si ≤ 10
Concentración de Bicarbonato más
Carbonato
HCO3- + CO3
-2
(epm)
Alto si > 7
Normal si 2 < x ≤ 7
Bajo si ≤ 2
Sin embargo Schoeller recomienda usar
en vez de
3 222
33
CaCOHCO
2
33
COHCO
Concentración de Sulfato
SO4-2
(epm)
Muy alto si > 58
Alto si 24 < x ≤ 58
Promedio si 6 < x ≤ 24
Normal si ≤6
Existe saturación crítica si :
7022
4 CaSO
4.2.13. Clasificación de las Aguas por el Método de Schoeller.
1. Calcular para la muestra indicada la concentración en la muestra de los grupos
siguientes:
Cloruro, Cl-
Sulfato, SO4-2
Bicarbonato y Carbonato, HCO3- + CO3
-2
Unidades: expresadas en epm (equivalentes por millón)
2. Clasificar las Aguas de Formación siguiendo los indicadores que se indican en la Tabla 24
y mostrar los resultados.
Tabla 24. Indicadores para la clasificación de las aguas por el método de Schoeller.
Fuente: Adaptación de Gene Collins, 1975
132
3. Calcular los Índices de bases cambiables (IBE) utilizando las ecuaciones siguientes:
Si Cl- ≥ Na+ →
Cl
NaClIBE (
Si Na+ > Cl- → 2
33
2
4
COHCOSO
NaClIBE
Donde:
Na+ : Concentración del Ion Sodio, epm.
CL- : Concentración del Ion Cloro, epm.
SO4-2: Concentración de Sulfato, epm.
HCO3-: Concentración de Bicarbonato, epm.
CO3-2: Concentración de Carbonato, epm.
Cuando el valor del IBE > 0, indica que el cambio de bases fue de metales alcalinos (
Na+K) del agua por iones metales alcalino-térreos ( Ca, Mg).
Cuando el valor de IBE < 0, indica que el cambio de bases fue de metales alcalino-térreos
(Ca, Mg) de las arcillas por iones metales alcalinos ( Na + K).
4.2.14. Índice de Langelier.
1. Se establece para una temperatura determinada y mide el estado de equilibrio del agua
en relación con su carácter incrustante o corrosivo. Se define teóricamente como:
pHspHLSI
Donde:
Siendo pH, el pH al que se encuentra la muestra de agua.
pHs el valor de pH al que comenzaría a precipitar Carbonato Cálcico (CaCO3)
2. Debido a ello, cuando LSI
LSI > 0 tendencia incrustante provocando la deposición de carbonato cálcico.
LSI < 0 agua con tendencia corrosiva, tendencia tanto mayor cuanto menos sea el
LSI
3. El valor de LSI se calcula experimentalmente en el laboratorio, sin embargo puede
hacerse una aproximación bastante buena aplicando las fórmulas siguientes:
133
DCBApHs 3.9
Donde:
10/110 TDSLogA
55.34273º12.13 10 CTLogB
4.010 THLogC
TACLogD 10
Siendo:
TDS los mg/l de sólidos disueltos;
T, la temperatura del análisis de la muestra, en º C;
TH la dureza total expresada en mg/l de CaCO3;
TAC, la alcalinidad también en mg/l de CaCO3.
4.2.15. Método de Ryznar.
1. En 1944, J. Ryznar desarrollo una ecuación empírica para calcular el índice de
estabilidad de un agua dulce. Este índice no solamente indica la tendencia del agua a
precipitar CaCO3 sino que además es una estimación semi-cuantitativa de la cantidad de
CaCO3 que se formara o de la severidad de la corrosión.
2. El Índice de Ryznar se deduce de la ecuación siguiente:
pHpHRSI S 2
Donde:
Siendo pH, el pH al que se encuentra la muestra de agua.
pHs el valor de pH al que comenzaría a precipitar Carbonato Cálcico (CaCO3). (Nota:
se calcula igual como se describió en el método de Langelier.)
3. El valor de RSI es siempre positivo. Así tenemos:
RSI = 5.5 dará una cantidad apreciable de escamas de carbonato de calcio.
7.5 ≤ RSI ≤ 9, el agua tendrá tendencia corrosiva
RSI > 9 será indicativo de serios problemas de corrosión.
134
4.2.16. Método de Stiff Davis.
Stiff y Davis presentaron un método que permite predecir la formación de depósitos de
CaCO3 en las aguas que se producen asociadas al crudo. El Índice de saturación de Langelier
ha sido extendido empíricamente por Stiff y Davis para aplicarse a las aguas de los campos
petroleros, quienes lo nombraron Índice de Estabilidad y lo representaron por SI.
La ecuación se expresa de la forma siguiente:
SI = pH-pCa-pAlk-K……(1)
Donde:
SI: es el índice de estabilidad del agua.
SI > 0 tendencia a formar depósitos de CaCO3.
SI < 0 tendencia corrosiva.
SI = 0 Agua en condiciones de equilibrio.
pH: es el pH del agua muestreada.
pCa: es el valor del logaritmo de la concentración de calcio, ppm o meq/L
pAlk: es el valor del logaritmo de la alcalinidad total.
K: es una constante que depende del valor de la fuerza iónica y la temperatura.
Cálculo del Esfuerzo Iónico:
Para Muestras con sólidos totales disueltos < 4000 ppm: para la aplicación de esta
ecuación cuando la concentración iónica es menor a 4000 ppm calcularon unos valores de
conversión que permiten obtener directamente el valor de las fuerzas iónicas parciales y con
la suma de todas obtener el valor total.
Esfuerzo Iónico = ppm_ion * Factor ó
Esfuerzo Iónico = meq_ion * Factor
Factor: Factor de conversión mostrado en la Tabla 25.
135
Tabla 25. Factores de conversión para el cálculo del Esfuerzo Iónico para muestras con TDS < 4000 ppm.
Ion Factor, ppm Factor, meq/L
Na+ 2.2*10-5 5.0*10-4
Ca+2 5.0*10-5 1*10-3
Mg+2 8.2*10-5 1*10-3
Cl- 1.4*10-5 5.0*10-4
HCO3- 0.8*10-5 5.0*10-4
SO4-2 2.1*10-5 1*10-3
Fuente: Leal, 2010.
Con este valor del esfuerzo iónico y con la temperatura a la cual se realiza el análisis de
la muestra (Si el valor de la temperatura no lo suple el usuario, el programa realizará los
cálculos con la temperatura T°C = 80 ° F = 26,7 ° C) , obtenemos K, con la ecuación
siguiente:
)2.......(00114927,0000066426,0
01989037,009687249,082451488,079889542,171448793,2
22
32
ITIT
TIIIK
Para Muestras con sólidos totales disueltos > 4000 ppm: Para las aguas con alta
concentración salina (> 4000) los autores desarrollaron la ecuación siguiente:
22
22
2
115,0 nn VCVCVCI
Donde:
10001000
TDSV
ppmC
r
Donde:
ρr: densidad relativa de la muestra, adimensional.
TDS: Total de sólidos disueltos, ppm.
V: es la valencia de cada ion. (Ver tabla Nº 3 que se encuentra en el Capítulo II)
136
La densidad relativa (ρr) se determina de la manera siguiente:
o
r
Donde:
ρo: densidad de la muestra, kg/m3 ; Kg/L.
ρ: densidad del agua ( a las condiciones de P= 1 atm y T = 4°C) : 1000 Kg/m3 = 1 Kg/L
Finalmente,
De esta manera calculamos I, para luego obtener K, a partir de la Ecuación 2.
Ya teniendo el valor de K, podremos aplicar entonces la Ecuación 1, para calcular el SI
(Índice de Stiff).
4.2.17. Método de Oddo y Tomson.
1. El método consiste en calcular el Índice de Saturación (Is), conociendo el valor del
pH y en función de las constantes de equilibrio condicionales, que dependen a su vez de
la temperatura, la presión y la fuerza iónica.
2. El valor de (Is) indica la tendencia del agua a formar depósitos.
Si el signo es positivo el agua es potencialmente incrustante.
Si el signo es negativo el agua tiende a disolver los cristales de CaCo3.
3. Antes de calcular el Is, es necesario calcular la Fuerza Iónica (I): multiplicando cada
concentración iónica (en ppm) por un factor de conversión de Stiff y Davis y la suma de
cada resultado representa el total de fuerza iónica en la solución, entonces:
I = (0,000014*Cl)+(0,000008*HCO3)+(0,00005*Ca)+(0,000082*Mg)+
(0,000021*SO4) + (0,000022*Na)
Donde:
(I): Fuerza iónica, viene expresada en moles.
137
4. Se calcula el Is, a través de alguna de las formulas siguientes:
727.0)(05.2)(10*37.4
)(10*72.4)(10*143.178.2
2/15
262
3
IP
TTpHpHCOpCaIs…….(1)
Ó
)(727.0)(05.2)(10*72.4
)(10*143.178.210*44.2/*log
2/126
29
IIT
TpHAlkCaIs
………… (2)
Donde:
pCa: es el valor negativo del logaritmo de la concentración de calcio, ppm.
pHCO3: es el valor negativo del logaritmo de la concentración de bicarbonato. En este caso
representa la alcalinidad total, ppm.
I: fuerza iónica, Moles.
T: temperatura de fondo, °F.
P: presión de fondo fluyente, Lpc.
Nota: La ecuación (2) es el polinomio adaptado a los métodos de programación. El
método utiliza parámetros medidos en el campo cuyos límites máximos de presión y
temperatura son 18000 Lpc y 482°F.
4.2.18. Coeficiente de Actividad.
1. Cada especie en solución, tiene un coeficiente de actividad (γ). Y se calcula como se
explica a continuación.
2. La Fuerza Iónica de la solución (I) se determina en unidades de molalidad (m) a partir
de la suma de todos los iones que presenta la muestra. Siguiendo la ecuación siguiente:
2
2
1ii zmI
Donde:
mi es la concentración de todos los iones de la muestra expresada en mili molal. (No se
considerarán ni la sílice ni el ácido salicílico, si lo hubiera)
zi es la carga eléctrica. (Ejemplo: 2 para Ca+2, -1 para HCO3-). Ver tabla Nº 3 que se
encuentra en el Capítulo II.
138
3. Para cada una de las cargas de las especies ( todas excepto CO2(aq)), el coeficiente de
actividad γi se calcula a partir de la Ecuación de Deybe-Hückel, la cual se presenta a
continuación:
IBa
IAv
i
i
i
.
2
1
log
IBa
IAv
ii
i
.
2
110
Donde:
γi : el coeficiente de actividad, adimensional.
vi es la carga eléctrica. ( Ejemplo: 2 para Ca+2, -1 para HCO3-) Ver tabla 1.
ia.
es el parámetro de tamaño del Ion, ver Tabla 9 del Capítulo II.
4. Los valores de A y B varían con la temperatura (en este caso utilizaremos la
temperatura del análisis de la muestra) (ºC) y se calculan con las ecuaciones siguientes:
4103825 10208.110821.410083.10003714.04922.0 TTTTA
4123927 10507.510908.210658.70001224.03247.0 TTTTB
5. El coeficiente de actividad para el ion sin carga CO2(aq) se tomará como uno (1).
4.2.19. Constantes de Equilibrio Aparente (K1´y K2´)
1. Las constantes de equilibrio aparente (K´) para las reacciones entre las tres especies
son calculadas a partir de las constantes de equilibrio (K) y los coeficientes de actividad
de cada una de las especies, de acuerdo a las ecuaciones siguientes:
Se determinar K1
Log K1= -6.549 + 0.009002T – 0.0001021 T2 + 2.762x10-7 T3 – 3.561x10-10 T4
139
4-103-72 T 3.561x10 - T2.762x10 + T 0.0001021 - 0.009002T + -6.549
1 10K
Se determinar K1´
3
21
´
1
HCO
COKK
Se determinar K2
Log K2= -10.61 + 0.01277T – 0.0001203 T2 + 3.017x10-7 T3 – 2.694x10-10 T4
4-103-72 T 2.694x10 - T 3.017x10 + T 0.0001203 - 0.01277T + -10.61
2 10K
Se determinar K2´
2
3
3
2
´
2
CO
HCOKK
Donde:
T, representa la temperatura de análisis de la muestra, en º C.
K1, K1´, K2, K2´son adimensionales.
4.2.20. Especiación disponible.
1. Conociendo el pH y la concentración HCO3- , se calcula con la ecuación siguiente la
concentración total de carbono.
pH
pH HCOKHCO
K
HCOCOTot
10
10 3
´
2
3´
1
3
3
Donde:
Tot_CO3: concentración total de carbono, unidad: micro molal.
3HCO = concentración del bicarbonato, unidad: micro molal.
2. Además conociendo el valor de [HCO3-] y pH se calcula [CO2] y [CO3-2], con las
ecuaciones siguientes:
140
´
1
3
2
10
K
HCOCO
pH
……(1)
pH
HCOKCO
10
3
´
22
3 …….(2)
Donde:
2CO : Concentración del dióxido de carbono, unidad: micro molal.
2
3
CO : Concentración de carbonato, unidad: micro molal.
3HCO = concentración del bicarbonato, unidad: micro molal.
4.2.21. Alcalinidad.
1. La alcalinidad viene expresada en unidades de mg CaCo3/kg de solución, y está
relacionada a las concentraciones molales de dos especies (HCO3- y CO3
-2), como se
observa en las ecuaciones siguientes:
2
3362
101
05.501000
COHCO
TDSAlk
pH
HCOKHCO
TDSAlk
102
101
05.501000 3
´
236
Donde:
TDS: Sólidos totales disueltos., Unidad: micro molal.
2
3
CO : Concentración de carbonato, unidad: micro molal.
3HCO = concentración del bicarbonato, unidad: micro molal.
AlK: alcalinidad, mg CaCo3/kg
4.2.22. Saturación Mineral.
1. El Índice de Saturación (SI) viene dado por la ecuación siguiente:
KQKQSI logloglog
Donde:
SI, Índice de saturación, adimensional.
141
Q: es el producto de la actividad del Ion, adimensional.
K. Constante de equilibrio, adimensional.
Las consideraciones del SI, son las siguientes:
SI > 0 Supersaturado
SI = 0 Saturado
SI <0 Insaturado
2. A continuación se presenta las ecuaciones para calcular logK, las ecuaciones son
diferentes para la Calcita y para la Aragonita.
Para la Calcita, utilizar las ecuaciones siguientes:
Log K = -8.539- 0.001499T- 0.0001263T2 + 4.477x10-7T3 – 6.883x10-10T4
4-103-72 T6.883x10 - T4.477x10 + 0.0001263T -0.001499T --8.53910K
Para la Aragonita, utilizar las ecuaciones siguientes:
Log K = -8.371 – 0.001671T – 0.0001253T2 + 4.466x10-7T3 – 6.884x10-10T4
4-103-72 T6.884x10 - T4.466x10 + 0.0001253T - 0.001671T - 8.371-10K
Donde:
T: temperatura del análisis de la muestra en ºC
3. Q se calcula a partir de los coeficientes de actividad y las concentraciones molales de
carbonato y el calcio, con la ecuación siguiente:
22
33
CaCOQ CaCO
Donde:
Q : producto de la actividad del ion, adimensional.
2Ca : Concentración del calcio, unidad: micro molal.
142
2
3
CO : Concentración de carbonato, unidad: micro molal.
El procedimiento para calcular los coeficientes de actividad ha sido descrito en la parte
superior, en “Cálculos Previos”.
4.2.23. Presión parcial CO2.
1. Conociendo la concentración libre de CO2(aq), la presión parcial de Dióxido de Carbono
puede ser calculada a partir de la reacción
CO2(g) ↔ CO2(aq)
2. El logaritmo de la constante de equilibrio (K) para esta reacción viene dada como una
función de la temperatura en (ºC), a partir de la ecuación siguiente:
Log K = -1.134 – 0.01363T + 6.614x10-5T2 – 1.286x10-7T3 + 7.348x10-11T4
4-113-72-5 T7.348x10 + T1.286x10 - T6.614x10 + 0.01363T - -1.13410K
3. La presión parcial de CO2 viene dada por la ecuación siguiente:
K
COPCO
22
Donde:
PCO2 : viene expresada atm.
K es adimensional.
2CO : unidad: mili molal.
4.2.24. Gráfico de Stiff.
1. Se establece un eje horizontal en el cual se representa la escala de concentración
fijándose el cero; a la derecha del mismo se representan los aniones (Cl-, HCO3-, SO4
2,
CO3-) y a la izquierda los cationes (Na+, Ca++, Mg++, Fe++). Tal como aparece en la
Figura 31.
143
1 2 3
Iones ConcentraciónConc.
Normalizada
Na+ 0 0,00
Ca+ 0 0,00
Mg++ 0 0,00
Fe++ 0 0,00
CO3-2 0 0,00
SO4-2 0 0,00
HCO3 0 0,00
Cl- 0 0,00
SUMA_ CONC SUMA_ NOR
meq/L
Figura 31. Diagrama de Stiff referencial.
Fuente: Stiff, citado por Parra y Montoya, 2002.
Las concentraciones de Iones deben estar expresadas en meq/L.
2. La escala debe ser cuidadosamente escogida dependiendo de las concentraciones que se
quieran representar. La escala puede ser lineal o logarítmica.
Escala Lineal de 0 – 20 (Normalizada)
Se deben normalizar los valores de las concentraciones de Iones de la muestra, con
respecto a la escala que se desea a usar. En el ejemplo ilustrado, la escala empleada
es de 0 a 20, entonces tenemos que normalizar cada uno de los valores de
concentración de Iones a ésta escala. Los datos pueden agruparse de la forma como
se presenta en la Tabla 26.
Tabla 26. Organización de los datos para el procedimiento “Diagrama de Stiff” 1.
Fuente: Leal, 2010.
DIAGRAMA DE STIFF
20 15 10 5 0 5 10 15 20Na
Ca
Mg
Fe
Cl
HCO3
SO4
CO3
144
1 2 3 4 5
Na+ 0,00 Cl- 0,00 0
Ca+0,00 HCO3 0,00 -1
Mg++0,00 SO4
-2 0,00 -2
Fe++0,00 CO3
-20,00 -3
Eje X (Normalizado) Eje Y
(Oculto. No válido)Cationes (meq/L) Aniones (meq/L)
Para normalizar lo datos aplicamos la fórmula siguiente:
deEscConcSuma
IonNorIon #*
__
….. (1)
Donde:
Ion_Nor: Concentración de Ion Normalizada, meq/L
Ion: Concentración de Ion en la muestra, meq/L
Suma_Conc: Sumatoria de la Concentración de Iones en la Muestra, meq/L
# de Esc: Número de escala deseada, adimensional. (En el ejemplo ilustrado se desea una
escala de 0 a 20, éste número sería el 20).
La fórmula (1) se aplica para cada uno de los Iones, al final la Sumatoria de la
Concentración Normalizada debe ser igual al número de Escala escogido, en nuestro
ejemplo la sumatoria de la Concentración Normalizada es 20.
Se agrupa la información como se presenta en la Tabla 27.
Nótese que la columna 5, representa los valores del eje Y, estos valores son fijos, para
que la figura Stiff se represente como ha sido ilustrada.
Escala Lineal (Incluyendo los valores reales de la muestras).
Se procede a realizar el Paso 1, en este caso los valores que la gráfica mostrará
serán los valores reales de las concentraciones de la muestra.
Tabla 27. Organización de los datos para el procedimiento “Diagrama de Stiff” 2.
Fuente: Leal, 2010.
145
4.2.25. Diagrama de Sulin.
1. Para este diagrama se graficarán solamente los iones Na, Cl, Mg, Ca, SO4, HCO3, y las
unidades en las cuales se expresan esta concentraciones son %meq/L. Por lo tanto,
debe determinarse el %meq/L considerando solamente los iones indicados, aún cuando
la muestra contenga otros iones.
2. Se determina el cociente entre los iones de cloruro y sodio (% meq/L).
Cl
NaIónicalación_Re
Donde:
Na+ : Concentración del Ion Sodio, %meq/L
CL- : Concentración del Ion Cloro, meq/L
3. Así ocurre lo siguiente:
Diferencia < 1: El punto a graficar se ubicará en el Cuadrante I, del plano cartesiano. Se
grafica como valor de la abscisa la concentración del ion Magnesio, y en la ordenada el valor
del ión Calcio.
Diferencia > 1: El punto a graficar se ubicará en el Cuadrante III, del plano cartesiano. Se
grafica como valor de la abscisa la concentración del ion Sulfato en valor negativo, y en la
ordenada el valor de la concentración del ión Bicarbonato en valor negativo. (La condición de
graficar dichos valores en negativo atiende al requerimiento de que éstos puntos deben
graficarse en el cuadrante III, del plano cartesiano). Ver imagen referencial en la Figura 14
del capítulo II.
4.2.26. Gráfico de Reistle.
1. En el Grafico de Reistle se presentan los iones positivos por encima de una línea central,
y los iones negativos por debajo de ésta línea. Ambos se expresan en las unidades de
ppm o mg/L, para ello se organiza la data como se presenta en la Tabla 28, en la cual se
ilustra una data ejemplo.
146
1 2 3 4 5 6
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5
Na+ + K+59612 60842 58334 58440 55914
Ca+ 2847 3037 2864 2890 2854
Mg++ 663 753 693 779 736
Cl- -106400 -110000 -99500 -105500 -94000
HCO3 -240 -240 -73 -220 -293
SO4-2
-283 -246 -464 -161 -265
IonesEje Y
Tabla 28. Organización de los datos para el procedimiento “Gráfico de Reistle”.
Fuente: Leal, 2010.
2. Nótese que en la Tabla 28 se presentan los valores de los aniones con el signo negativo,
esto es para que al utilizar la herramienta Excel, los valores se representen
gráficamente en el cuadrante IV del plano cartesiano.
3. Para graficar, se utiliza el “Asistente para gráficos” de la herramienta Excel y se
selecciona en “Tipo Estándar” la opción “Columna”, y en “Subtipo de gráfico” la opción
“Columna apilada”. De esta manera se cargan los datos, siguiendo el orden que se
ilustran en la Tabla 28.
4. En el proceso de la carga de los datos, la “Serie” se refiere a los iones, y los “Valores” a
cada una de las concentraciones de cada Ion en las diferentes muestras. Por ejemplo:
Para el Ion Ca+, se tiene: la serie es Ca+ y los valores son: 2847, 3037, 2864, 2890 y
2854. mg/L.
Cabe destacar, que para propósitos de comparación es recomendable que la
representación de los iones mantenga la misma secuencia en cada gráfico. El ancho de cada
barra no tiene significado al momento del análisis. A continuación en la Figura 32, se
muestra una gráfica referencial del Método de Reistle con la data que se está empleando
como ejemplo.
147
Grafico de Reistle
Na + K Na + K Na + K Na + K Na + K
Ca CaCa Ca
CaMg Mg
Mg MgMg
Cl ClCl
ClCl
HCO3HCO3
HCO3HCO3
HCO3
-120000
-100000
-80000
-60000
-40000
-20000
0
20000
40000
60000
80000
1 2 3 4 5
Na + K Ca Mg Cl HCO3 SO4
SO4
SO4
SO4
SO4SO4
Figura 32. Gráfico de Reistle referencial.
Fuente: Leal, 2010.
4.2.27. Diagrama ternario.
1. Está representado con un diagrama triangular, que ubica las concentraciones de los
iones presentes en análisis y viene generalmente expresado en porcentaje de
miliequivalentes por litros (% meq/L).
2. Los parámetros químicos a utilizar en este gráfico dependen de la clasificación genética
de las aguas muestreadas, es decir:
Si el Agua es Meteórica: El Diagrama ternario está formado por los iones Cl-, SO4
-2,
HCO3- + CO3
-2.
Si el Agua es Connata: El Diagrama ternario está formado por los iones Na+, Ca+2, y
Mg+2.
3. Ver Figura 33, donde so observan gráficos referenciales del diagrama Ternario.
148
%meq
Figura 33. Diagrama Ternario referencial.
Fuente: Leal, 2010.
4. En ambos casos los iones se ubican en el vértice del triangulo y el porcentaje de cada
ion se leerá en el lado opuesto del vértice, el cual representa el 100%.
4.2.28. Diagrama de Piper.
1. Los diagramas de Piper o diagramas trilineales son generados dibujando las
proporciones (en equivalentes) de los cationes mayores que son: Ca, Mg (Na + K) en
un diagrama triangular, las proporciones de los aniones mayores que son: (HCO3 +
CO3), Cl, SO4, en otro, y combinando la información de los dos triángulos en un
cuadrilátero, tal como se ilustra en la figura siguiente:
149
Figura 34. Imagen referencial del Diagrama de Piper.
Fuente: Zaporozec, 1972.
2. Las concentraciones se deben de convertir en equivalentes, tal como se indica en el
paso Nº 5 del procedimiento del Diagrama ternario.
3. Luego se normalizan, estos números. Los cationes y los aniones deben sumar 100 cada
uno.
Para esto:
Los cationes de sodio y potasio deben ser sumados (Na + K).
Y los aniones de bicarbonato y carbonato deben ser sumados (HCO3 + CO3)
Para normalizar lo datos aplicamos la formula siguiente:
Para Cationes:
100*_
SEQUIPOS
CationNorIon ….. (1)
150
Para Aniones:
100*_
SEQUINEG
AnionNorIon ….. (2)
Donde:
Ion_Nor: Concentración del Ion Normalizada, %equivalente
SEQUIPOS: Sumatoria de la Concentración de los cationes mayores que son: Ca, Mg y
(Na + K) presentes en la Muestra, equivalentes .
SEQUINEG: Sumatoria de la Concentración de los aniones mayores que son: (HCO3 +
CO3), Cl y SO4, presentes en la Muestra, equivalente .
La fórmulas (1) y (2) se aplica para cada uno de los Iones, según sea el caso catión o
anión; al final la sumatoria de los cationes normalizados debe ser igual a 100, y la
sumatoria de los aniones normalizados debe ser igual a 100.
4. Los iones normalizados obtenidos, son los valores que se van a graficar en los triángulos
de cationes – aniones según sea el caso.
5. La información de los triángulos es transferida al cuadrilátero proyectando una línea
paralela al eje del Mg para el punto de la izquierda, y proyectando una línea paralela al
eje del SO4 para el punto de la derecha. La intersección de estas dos líneas será la
información en el cuadrilátero. ( Ver Figura 34)
4.2.29. Diagrama de Durov.
1. El diagrama de Durov es una alternativa del diagrama de Piper. El diagrama de Durov
presenta los porcentajes de los iones principales en %meq/L, en 2 triángulos. Uno para
los aniones, y otro para los cationes. Ver Figura 35.
2. Los datos que se grafican deben recibir el tratamiento explicado en los puntos del 1 al 4
del procedimiento del Diagrama de Piper, el cual se refiere a normalizar los datos.
3. Los iones normalizados obtenidos, son los valores que se van a graficar en los
triángulos de cationes – aniones según sea el caso.
151
Figura 35. Imagen referencial del Diagrama de Durov.
Fuente: Zaporozec, 1972.
4. En el rectángulo inferior se pueden graficar algunos datos de interés para el analista;
tales como la concentración libre de CO2 ó el pH de la muestra. En nuestro caso, el
programa ANAGUA graficará el valor de pH de la muestra, para señalar este valor se
procede de la manera siguiente: una vez ubicado el punto de porcentaje en el triángulo
de los aniones, se traza una paralela a la base del triángulo de los cationes, o lo que es
lo mismo al Eje de los puntos Ca y (Na+K) , que pase por este punto. En la dirección de
esta paralela se señala en el rectángulo inferior el valor del pH de la muestra, si éste ha
sido suministrado previamente por el usuario.
5. Para indicar el valor de los Sólidos Totales disueltos (TDS), se procede de la manera
siguiente: una vez ubicado el punto de porcentaje en el triangulo de los cationes, se
traza una paralela a la base del triangulo de los aniones, o lo que es lo mismo al Eje de
los puntos Cl y HCO3, que pase por este punto. En la dirección de esta paralela se señala
en el rectángulo superior el valor del TDS de la muestra, si éste ha sido suministrado
y/o calculado previamente por el usuario.
152
4.2.30. Diagrama de Schoeller.
1. El diagrama de Schoeller consiste en una grafica semi-logarítmica, donde se expresan
en el eje Y, las concentraciones en meq/l de las muestras y en el eje X los iones
principales de la muestra, tales como: SO4, (HCO3 + CO3), Cl, Mg, Ca y (Na+K). En la
Figura 36 se presenta una grafica referencial.
Figura 36. Diagrama de Schoeller referencial.
Fuente: Aqua,2010.
4.2.31. Método de McKinnell (Mezcla de Agua).
1. Para el método de McKinnell solo se graficaran los iones Sodio, Calcio, Magnesio,
Sulfato, Cloruro, Carbonato y Bicarbonato. En total siete (7) iones.
2. En la ordenada izquierda, se representa las concentraciones, en equivalentes por millón,
de los iones componentes de la muestra pura tipo A.
3. En la ordenada derecha se representan las concentraciones en equivalentes por millón
de los iones componentes de la muestra pura tipo B.
153
Iones Muestra 1 Patrón A Patrón B
Concentración (mg/L = ppm)
Na+ 70,14 63,67 155,06
Ca+1,1 1 15,97
Mg++1,6 0,36 28
Cl- 21,18 22,02 168,24
SO4-2 3,2 1,23 29,6
CO3-2
0 0 0
HCO3 48,39 41,8 1,2
Sumatorias 145,61 130,08 398,07
4. En la abscisa, la escala es lineal y va dividida del 0 al 100%. Tanto para el patrón A,
como para el patrón B.
5. A continuación en la Tabla se presenta una data ejemplo, para explicar de manera más
sencilla el procedimiento necesario para graficar.
Tabla 29. Organización de los datos para el procedimiento “Método de McKinnell” 1.
Fuente: Leal, 2010.
6. Considerando los datos anteriores, la data debe disponerse de la manera que se
presenta a continuación en la Tabla 30. Cada serie de datos estará conformada por los
iones, y sus valores correspondientes en el patrón A (x=0) y en el patrón B (x-100).
7. Luego, se agrega la línea de tendencia para cada una de las series conformadas por
cada ion, más la serie “Total” que corresponde a la sumatoria de los iones en la muestra
y los patrones.
8. Después, se lee el resultado del procedimiento “Comparar una muestra con dos
patrones”, que ha sido descrito en el Modulo “Patrones”. De allí obtenemos el
porcentaje del patrón A y el del patrón B que conforman a la muestra. En el ejemplo
citado los porcentajes de cada patrón son los siguiente:
Patrón A: 99,11 %
Patrón B: 0,88 %
154
X Y
Sodio 0 63,67 Parón A
100 155,06 Patrón B
Calcio 0 1 Parón A
100 15,97 Patrón B
Magnesio 0 0,36 Parón A
100 28 Patrón B
Cloruro 0 22,02 Parón A
100 168,24 Patrón B
Sulfato 0 1,23 Parón A
100 29,6 Patrón B
Carbonato 0 0 Parón A
100 0 Patrón B
Bicarbonato 0 41,8 Parón A
100 1,2 Patrón B
Total 0 130,08 Parón A
100 398,07 Patrón B
x y
Sodio 99,11 70,14
Calcio 99,11 1,1
Magnesio 99,11 1,6
Cloruro 99,11 21,18
Sulfato 99,11 3,2
Carbonato 99,11 0
Bicarbonato 99,11 48,39
Total 99,11 145,61
Tabla 30. Organización de los datos para el procedimiento “Método de McKinnell” 2.
Fuente: Leal, 2010.
9. Una vez conocidos estos valores, se dispone a ordenar la data de la muestra de la
manera como se presenta en la Tabla 31.
Tabla 31. Organización de los datos para el procedimiento “Método de McKinnell” 3.
Fuente: Leal, 2010.
Nótese que el valor para el eje X de cada uno de los iones corresponde al porcentaje en
el Patrón A; y los datos para el eje Y corresponden a los datos de la muestra que se está
analizando (mezcla).
155
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Equ
ival
en
tes
po
r M
illó
n
Porcentaje de Agua
Método McKinnel: Mezcla de dos Patrones
sodio
Calcio
Magnesio
Cloruro
Sulfato
Carbonato
Bicarbonato
Total
Mezcla
Lineal (sodio)
Lineal (Calcio)
Lineal (Cloruro)
Lineal (Sulfato)
Lineal (Carbonato)
Lineal (Bicarbonato)
Lineal (Total)
Patrón A Patrón B
Agua Mezcla
Patrón A
Patrón B0100
10. Con todos los datos ordenados como se ha descrito anteriormente, se obtiene la grafica
que se presenta en la Figura 37, la cual ilustra el comportamiento característico de éste
tipo de Gráfico.
Figura 37. Diagrama deL Método de McKinnell para la data ejemplo.
Fuente: Leal, 2010
4.2.32. Conversiones de Unidades.
En el programa ANAGUA el usuario procede a ingresar los datos de su muestra en
forma manual. Por defecto, el programa colocará la data en la unidad mg/L, y a partir de
estos datos en el modulo de conversión de unidades se realizan las conversiones siguientes:
Unidades Masa / Volumen.
Unidades Equivalente / Volumen.
Unidades Moles/ Masa.
Unidades Moles/ Masa de Solvente.
Unidades Moles/ Volumen.
Unidades %Equivalencia / Volumen.
156
Conversión de Unidades: Masa / Volumen
1 2 3 4 5
ng/L μg/L mg/L g/L
(2) = (4) * 10^6 (3) = (4) * 10^3 (5) = (4) * 10^(-3)
Na+ 5,79E+10 5,79E+07 5,79E+04 5,79E+01
Ca+ 2,90E+09 2,90E+06 2,90E+03 2,90E+00
Mg++ 7,25E+08 7,25E+05 7,25E+02 7,25E-01
K+ 7,26E+08 7,26E+05 7,26E+02 7,26E-01
Ba++ 2,45E+06 2,45E+03 2,45E+00 2,45E-03
Sr++ 7,94E+08 7,94E+05 7,94E+02 7,94E-01
Fe++ 6,47E+06 6,47E+03 6,47E+00 6,47E-03
Al+++ 4,50E+05 4,50E+02 4,50E-01 4,50E-04
Cl- 1,03E+11 1,03E+08 1,03E+05 1,03E+02
Br- 8,42E+08 8,42E+05 8,42E+02 8,42E-01
SO4-2 2,84E+08 2,84E+05 2,84E+02 2,84E-01
CO3-2 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00
HCO3 2,13E+08 2,13E+05 2,13E+02 2,13E-01
H4SiO4 2,86E+06 2,86E+03 2,86E+00 2,86E-03
A continuación se presenta una explicación detallada de la manera como el programa
realiza los cálculos para las conversiones citadas, según sea el caso.
Caso 1: Unidades de Masa/Volumen:
En esta sección el programa hace la conversión de mg/L a ng/L, μg/L y a g/, ya que el
usuario debe introducir la data en mg/L. Cabe destacar que la equivalencia de los prefijos:
(n) nano, (μ) micro y gramos se calcularan para los seis casos de unidades que contempla el
programa.
De mg/L a ng/L:
610/__/__ LmgenCantidadLngenCantidad
De mg/L a µg/L:
310/__/__ LmgenCantidadLgenCantidad
De mg/L a g/L:
310/__/__ LmgenCantidadLgenCantidad
A continuación en la Tabla 32 se presenta con una data ejemplo, el cálculo de las
conversiones que presenta el programa.
Tabla 32. Ejemplo para la Conversión de Unidades: Masa/ Volumen.
Fuente: Leal, 2010.
157
Conversión de Unidades : Equivalentes/ Volumen
1 2 3 (4)=( mg/L)/(Peso equivalente) 5
neq/L μeq/L meq/L eq/L
(2) = (4) * 10^6 (3) = (4) * 10^3 (5) = (4) * 10^(-3)
Na+ 2,52E+09 2,52E+06 2,52E+03 2,52E+00
Ca+ 1,45E+08 1,45E+05 1,45E+02 1,45E-01
Mg++ 5,96E+07 5,96E+04 5,96E+01 5,96E-02
K+ 1,86E+07 1,86E+04 1,86E+01 1,86E-02
Ba++ 3,56E+04 3,56E+01 3,56E-02 3,56E-05
Sr++ 1,81E+07 1,81E+04 1,81E+01 1,81E-02
Fe++ 2,32E+05 2,32E+02 2,32E-01 2,32E-04
Al+++ 5,00E+04 5,00E+01 5,00E-02 5,00E-05
Cl- 2,91E+09 2,91E+06 2,91E+03 2,91E+00
Br- 1,05E+07 1,05E+04 1,05E+01 1,05E-02
SO4-2 5,91E+07 5,91E+04 5,91E+01 5,91E-02
CO3-2 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00
HCO3 3,49E+06 3,49E+03 3,49E+00 3,49E-03
H4SiO4
Caso 2: Unidades de Equivalente/Volumen:
Se realiza la conversión desde las cantidades expresadas en mg/L a meq/L. Para ello
aplicamos la fórmula siguiente:
De mg/L a meq/L:
ionionion
ionion CRLmgenCantidadeEquivalentPeso
valenciaLmgenCantidadLmeqenCantidad /__
_
*/__/__
Luego, al tener los valores expresados en meq/L, se aplican las ecuaciones de las
“Equivalencias de los Prefijos” que se explico en el caso 1, y de esta manera obtenemos los
neq/L, µeq/L , eq/L.
A continuación en la Tabla 33 se presenta, con una data ejemplo, el cálculo de las
conversiones que presenta el programa en Equivalentes/Volumen.
Tabla 33. Ejemplo para la Conversión de Unidades: Equivalente/ Volumen.
Fuente: Leal, 2010.
Caso 3: Unidades de Moles/Masa:
1. Para cada ión, dividir los g/L entre los pesos moleculares.
158
Conversión de Unidades: Moles / Masa
1 2 3 4 5 = 3/4 6 = densidad (g/ml) * 1000 ml 7= 6/1000 8=5/7
mg/L g/L Peso molecular moles del soluto masa de la solución (g) masa de la solución (Kg) mol/Kg
Na+ 57902,00 57,90 22,997 2,51780667 999 0,999 2,52E+00
Ca+ 2898,40 2,90 40,08 0,072315369 999 0,999 7,24E-02
Mg++ 724,80 0,72 24,32 0,029802632 999 0,999 2,98E-02
K+ 726,40 0,73 39,1 0,018578005 999 0,999 1,86E-02
Ba++ 2,45 0,00 137,36 1,78218E-05 999 0,999 1,78E-05
Sr++ 793,80 0,79 87,62 0,009059575 999 0,999 9,07E-03
Fe++ 6,47 0,01 55,85 0,000115774 999 0,999 1,16E-04
Al+++ 0,45 0,00 26,98 1,6679E-05 999 0,999 1,67E-05
Cl- 103080,00 103,08 35,457 2,907183349 999 0,999 2,91E+00
Br- 842,00 0,84 79,916 0,010536063 999 0,999 1,05E-02
SO4-2 283,80 0,28 96,066 0,002954219 999 0,999 2,96E-03
CO3-2 0,00 0,00 60,01 0 999 0,999 0,00E+00
HCO3 213,20 0,21 60,018 0,003552268 999 0,999 3,56E-03
H4SiO4
Densidad 0,999 g/ml = g/cm3
ion
ion solutode moles
molecular Peso
g/L en ionconcentrac
ion
2. Calcular la masa de la solución de la manera siguiente:
mlml
gg solucionmasa solucion 1000
3. Convertir la masa calculada en el paso anterior de g a Kg. Para ello se divide la masa
de la solución calculada en el paso anterior entre 1000.
gramos
Kg 1gramos solucionmasaKg solucionmasa
1000
4. Finalmente la conversión que se desea calcular se determina con la ecuación siguiente:
Kg solucionmasaKgmol
ion solutode moles/
A continuación en la Tabla 34 se presenta un ejemplo de los cálculos a realizar para
determinar la unidad mol/Kg.
Tabla 34. Cálculos a realizar para determinar la unidad mol/Kg
Fuente: Leal, 2010.
159
Conversión de Unidades: Moles / Masa
1 2 3 4 5
(2) = (5) * 10^9 (3) = (5) * 10^6 (4) = (5) * 10^(3) (5) = (4) * 10^(-3)
nmol μmol mmol/Kg mol/Kg
Na+ 2,52E+09 2,52E+06 2,52E+03 2,52E+00
Ca+ 7,24E+07 7,24E+04 7,24E+01 7,24E-02
Mg++ 2,98E+07 2,98E+04 2,98E+01 2,98E-02
K+ 1,86E+07 1,86E+04 1,86E+01 1,86E-02
Ba++ 1,78E+04 1,78E+01 1,78E-02 1,78E-05
Sr++ 9,07E+06 9,07E+03 9,07E+00 9,07E-03
Fe++ 1,16E+05 1,16E+02 1,16E-01 1,16E-04
Al+++ 1,67E+04 1,67E+01 1,67E-02 1,67E-05
Cl- 2,91E+09 2,91E+06 2,91E+03 2,91E+00
Br- 1,05E+07 1,05E+04 1,05E+01 1,05E-02
SO4-2 2,96E+06 2,96E+03 2,96E+00 2,96E-03
CO3-2 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00
HCO3 3,56E+06 3,56E+03 3,56E+00 3,56E-03
H4SiO4
5. Luego, al tener los valores expresados en mol/Kg , se aplican las ecuaciones de las
“Equivalencias de los Prefijos” que se explico en el Caso 1, y de esta manera
obtenemos nmol, µmol , mmol. En la Tabla 35 se presenta el ejemplo para la
conversión de unidades moles/masa.
Tabla 35. Ejemplo para la Conversión de Unidades: Moles/Masa.
Fuente: Leal, 2010.
Caso 4: Unidades de Moles/Masa de solvente:
1. Para cada ión, dividir los g/L entre los pesos moleculares.
ion
ion solutode moles
molecular Peso
g/L en ionconcentrac
ion
2. Se calcula la masa de soluto de la manera siguiente:
ionion solutode masa molecular Peso solutode molesion
3. Calcular la masa del soluto de la manera siguiente:
mol
g MolecularPesomol solutode molesg solutomasa
160
Conversión de Unidades: Moles / Masa del solvente
1 2 3 4 5 = 3/4 6 = 4*5 7 = densidad (g/ml) * 1000 ml 8 =7-6 9=8/1000 9 = 5/8
mg/L g/L Peso molecular ( g/mol) moles del soluto masa del soluto (g) masa de la solución (g) masa del solvente (g) masa del solvente (Kg) molal
Na+ 57902,00000 57,90200 22,997 2,51781 57,90200 999 941,098 0,941098 2,68E+00
Ca+ 2898,40000 2,89840 40,08 0,07232 2,89840 999 996,1016 0,9961016 7,26E-02
Mg++ 724,80000 0,72480 24,32 0,02980 0,72480 999 998,2752 0,9982752 2,99E-02
K+ 726,40000 0,72640 39,1 0,01858 0,72640 999 998,2736 0,9982736 1,86E-02
Ba++ 2,44800 0,00245 137,36 0,00002 0,00245 999 998,997552 0,998997552 1,78E-05
Sr++ 793,80000 0,79380 87,62 0,00906 0,79380 999 998,2062 0,9982062 9,08E-03
Fe++ 6,46600 0,00647 55,85 0,00012 0,00647 999 998,993534 0,998993534 1,16E-04
Al+++ 0,45000 0,00045 26,98 0,00002 0,00045 999 998,99955 0,99899955 1,67E-05
Cl- 103080,00000 103,08000 35,457 2,90718 103,08000 999 895,92 0,89592 3,24E+00
Br- 842,00000 0,84200 79,916 0,01054 0,84200 999 998,158 0,998158 1,06E-02
SO4-2 283,80000 0,28380 96,066 0,00295 0,28380 999 998,7162 0,9987162 2,96E-03
CO3-2 0,00000 0,00000 60,01 0,00000 0,00000 999 999 0,999 0,00E+00
HCO3 213,20000 0,21320 60,018 0,00355 0,21320 999 998,7868 0,9987868 3,56E-03
H4SiO4
Densidad 0,999 g/ml = g/cm3
4. Calcular la masa de la solución de la manera siguiente:
mlml
gg solucionmasa solucion 1000
5. Calcular la masa del solvente a partir de la diferencia entre la masa de la solución y el
soluto.
g solutomasag solucionmasag solventemasa
6. Convertir la masa calculada en el paso anterior de g a Kg. Para ello se divide la masa
del solvente calculada en el paso anterior entre 1000.
gramos
Kg 1gramos solventemasaKg solventemasa
1000
7. Finalmente la conversión que se desea calcular se determina con la ecuación siguiente:
Kg solventemasaolalm )(molalidad m
ion solutode moles
A continuación en la Tabla 36 se presenta un ejemplo de los cálculos a realizar para
determinar la unidad molal.
Tabla 36. Cálculos a realizar para determinar la unidad molal.
Fuente: Leal, 2010.
8. Luego, al tener los valores expresados en molal, se aplican las ecuaciones de las
“Equivalencias de los Prefijos” que se explico en el Caso 1, y de esta manera obtenemos
161
Conversión de Unidades: Moles / Masa del solvente
1 2 3 4 5
(2) = (5) * 10^9 (3) = (5) * 10^6 (4) = (5) * 10^(3) (5) = (4) * 10^(-3)
nmolal μmolal mmolal molal
Na+ 2,68E+09 2,68E+06 2,68E+03 2,675392648
Ca+ 7,26E+07 7,26E+04 7,26E+01 0,072598387
Mg++ 2,99E+07 2,99E+04 2,99E+01 0,029854124
K+ 1,86E+07 1,86E+04 1,86E+01 0,018610134
Ba++ 1,78E+04 1,78E+01 1,78E-02 1,78397E-05
Sr++ 9,08E+06 9,08E+03 9,08E+00 0,009075856
Fe++ 1,16E+05 1,16E+02 1,16E-01 0,000115891
Al+++ 1,67E+04 1,67E+01 1,67E-02 1,66957E-05
Cl- 3,24E+09 3,24E+06 3,24E+03 3,244913998
Br- 1,06E+07 1,06E+04 1,06E+01 0,010555506
SO4-2 2,96E+06 2,96E+03 2,96E+00 0,002958016
CO3-2 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 0
HCO3 3,56E+06 3,56E+03 3,56E+00 0,003556582
H4SiO4
nmolal, µmolal , mmolal. En la Tabla 36 se presenta el ejemplo para la conversión de
unidades moles/masa de solvente.
Tabla 37. Ejemplo para la Conversión de Unidades: molal.
Fuente: Leal, 2010.
Caso 5: Unidades de Moles/Volumen:
Se calcula la conversión desde las cantidades expresadas en mg/L a mmolar. Para ello
aplicamos la formula siguiente:
De mg/L a mMolar:
ion
ionMolecularPeso
LmgenCantidadmMolarenCantidadMolaridad
_
/____
Luego, al tener los valores expresados en mmolar, se aplican las ecuaciones de las
“Equivalencias de los Prefijos” que se explico en el Caso 1, y de esta manera obtenemos
nmolar, µmolar , molar.
A continuación en la Tabla 38 se presenta, con una data ejemplo, el cálculo de las
conversiones que presenta el programa en Moles/Volumen.
162
Conversión de Unidades: Moles/ Volumen
1 2 3 (4)=( gr. de soluto)/(Peso molecular) 5
nmolar μmolar mmolar molar
(2) = (4) * 10^6 (3) = (4) * 10^3 (5) = (4) * 10^(-3)
Na+ 2,52E+09 2,52E+06 2,52E+03 2,52E+00
Ca+ 7,23E+07 7,23E+04 7,23E+01 7,23E-02
Mg++ 2,98E+07 2,98E+04 2,98E+01 2,98E-02
K+ 1,86E+07 1,86E+04 1,86E+01 1,86E-02
Ba++ 1,78E+04 1,78E+01 1,78E-02 1,78E-05
Sr++ 9,06E+06 9,06E+03 9,06E+00 9,06E-03
Fe++ 1,16E+05 1,16E+02 1,16E-01 1,16E-04
Al+++ 1,67E+04 1,67E+01 1,67E-02 1,67E-05
Cl- 2,91E+09 2,91E+06 2,91E+03 2,91E+00
Br- 1,05E+07 1,05E+04 1,05E+01 1,05E-02
SO4-2 2,95E+06 2,95E+03 2,95E+00 2,95E-03
CO3-2 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00 0,00E+00
HCO3 3,55E+06 3,55E+03 3,55E+00 3,55E-03
H4SiO4
Tabla 38. Ejemplo para la Conversión de Unidades: Moles/ Volumen.
Fuente: Leal, 2010.
Caso 6: Unidades de %Equivalentes/Volumen:
Se calcula la conversión desde las cantidades expresadas en mg/L a %meq/L Para ello
aplicamos la fórmula siguiente:
De mg/L a %meq/L:
totalesesequivalentSumatoria
LmeqenCantidadLmeqenCantidad
ion__
100/__/%__
En este caso no se hará las conversiones de las equivalencias de los prefijos. A
continuación en la Tabla 38 se presenta, con una data ejemplo, el cálculo de las
conversiones que presenta el programa en %Equivalentes/Volumen.
163
Conversión de Unidades: %Equivalente/ Volumen
1 2
%meq/L = (meq*100)_ion/ (Σ meq)
Na+ 44,31
Ca+ 2,55
Mg++ 1,05
K+ 0,33
Ba++ 0,00
Sr++ 0,32
Fe++ 0,00
Al+++ 0,00
Cl- 51,17
Br- 0,11
SO4-2 0,10
CO3-2 0,00
HCO3 0,06
H4SiO4
Tabla 39. Ejemplo para la Conversión de Unidades: %Equivalente/Volumen.
Fuente: Leal, 2010.
Cabe destacar que para los cálculos internos el programa utilizará también conversión
para la temperatura desde unidades ºF a ºC y viceversa.
Grados Fahrenheit (ºF) a Grados Centígrado (ºC) :
9
532Fº Grados
Grados Centígrado (ºC) a Grados Fahrenheit (ºF):
325
9Cº Grados
4.3. Desarrollo de los algoritmos para la clasificación físico química de las aguas
de formación.
Luego de desarrollar los 37 procedimientos que se han descrito anteriormente, se
realizaron los algoritmos correspondientes para cada uno de éstos a excepción de los
cálculos de conversión de unidades, por ser cálculos menos elaborados que el resto; para
todos se cuido que reunieran las características de determinismo, finitud y precisión. En
ésta investigación los algoritmos se representan gráficamente a partir de la técnica de
164
CON (I), I=1,N
INICIO
EQUIP
ICONEQUI
_
ALGORITMO CREAR PATRÓN
I=1,N
n
EQUI
IonPat
n
i
i 1_
Pat-Ion
FIN
diagrama de flujo, siguiendo para ello las reglas técnicas que se han descrito en el capítulo
II de éste trabajo. A continuación en las Figuras 38 - 68 se presentan los algoritmos.
Figura 38. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Crear patrón”.
Fuente: Leal, 2010.
165
CON-M, CON-P
INICIO
ALGORITMO COMPARAR UNA MUESTRA CON UN PATRÓN
No se encontró
patrón
Localizar
patrón en la
base de datos
de patrones
¿Se encontró
patrón?
Leer dato de
muestraPCONMCONDIF __
PCON
DIFS ION
_
2
IONSSSUMA_
100_
___
PSUMA
SSUMAPSUMAAPROXPORC
¿Desea comparar
con otro patrón?
¿Son
similares?
FIN
Resultados
Resultados
Figura 39. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Comparar una muestra con un patrón”.
Fuente: Leal, 2010
166
ALGORITMO COMPARAR UNA MUESTRA CON DOS PATRONES
INICIO
Leer Patrón A
FIN
Leer Patrón B
Leer Muestra
J = 10
E= 0,005
a = 0b= 100 - a
E1 ≤ 0,005
Calculo de Error Totali (E1)
Mezcla del Patrón B.
a = a + Jb= 100 - a
E2 < E1
a = a - J
J = J/10
E2 < E1
Calculo de Error Totali (E2)
a= a + Jb = 100-a
Si
Si
No
No
Si
No
Figura 40. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Comparar una muestra con dos patrones”.
Fuente: Leal, 2010
167
CON, P-EQUI
INICIO
EQUIP
CONEQUI
_
positivosesEquivalentSEQUIPOS _
negativosesEquivalentSEQUINEG _
SEQUINEGSEQUIPOSDEF
DEF = 0La muestra esta
balanceada
iónicamente
La muestra no
esta balanceada
iónicamente
a
Si
No
b
ALGORITMO BALANCE IÓNICO (1/2)
Figura 41.a Diagrama de Flujo para el procedimiento “Balance Iónico”, 1/2.
Fuente: Leal, 2010.
168
Desea calcular el %
de error
FIN
100_ SEQUIPOS
DEFERRORPORC
Porcentaje
de error
% de error ≤ %
La muestra es
aceptable
La muestra no es
aceptable
Desea corregir por sodio
Ir al algoritmo de Corrección por
sodio
a
Si
No
Si
No
b
ALGORITMO BALANCE IÓNICO (2/2)
Figura 41.b Diagrama de Flujo para el procedimiento “Balance Iónico”, 2/2.
Fuente: Leal, 2010.
169
CON, P-EQUI
INICIO
EQUIP
CONEQUI
_
negativosesEquivalentSEQUINEG _
ALGORITMO CORRECCIÓN POR SODIO (1/2)
SodiopositivosesEquivalentNaSinSEQUIPOS sin_____
SEQUINEGNaSinSEQUIPOSDEF __1_
997,221___ DEFcorrgNappm
CON*= concentración de los iones de la muestra sustituyendo las ppm Na original por las ppm Na
corrg
a
Figura 42.a Diagrama de Flujo para el procedimiento “Corrección por Sodio”, 1/2.
Fuente: Leal, 2010.
170
EQUIP
CONEQUI
_
*
positivosesEquivalentSEQUIPOS _
negativosesEquivalentSEQUINEG _
SEQUINEGSEQUIPOSDEF
DEF = 0
La muestra fue
corregida por sodio y
esta balanceada
iónicamente
ALGORITMO CORRECCIÓN POR SODIO (2/2)
a
FIN
Figura 42.b Diagrama de Flujo para el procedimiento “Corrección por Sodio”, 2/2.
Fuente: Leal, 2010.
171
Cationes, Aniones
INICIO
SÓLIDOS DISUELTOS
Se grafican los aniones en formade columna apilada en elcuadrante IV del plano cartesiano
FIN
ssuspendidoSólidosAnionesCationesS
Figura 43. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Sólidos disueltos”.
Fuente: Leal, 2010.
172
T, S
INICIO
DENSIDAD
FIN
49372531 103875,5102467,8106438,7100899,41024493,8 TxTxTxTxxA
2643 106545,1100227,11072466,5 TxTxxB
4108314,4 xC
22/3
0 CxSBxSAxS
594634232 10536323,610120083,110001685,1100985290,9106793952842594,999 TxTxTxTxTx
594634232 10536323,610120083,110001685,1100985290,9106793952842594,999 TxTxTxTxTx
Figura 44. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Densidad”.
Fuente: Leal, 2010.
173
Figura 45. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Dureza”.
Fuente: Leal, 2010.
Ca, Mg, Alcalinidad
INICIO
ALGORITMO DUREZA (1/1)
FIN
)(118,4)(497,2 MgxCaxDureza
Dureza Total >
Alcalinidad Total
Si
No
Dureza No Carbonática = Dureza Total – Alcalinidad Total (mg/L de Ca CO3)
Dureza Carbonática = Dureza Total (mg/L de Ca CO3)
Dureza Carbonática = Alcalinidad Total (mg/L de Ca CO3)
Dureza No Carbonática = 0 (mg/L de Ca CO3)
174
Figura 46. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Resistividad”.
Fuente: Leal, 2010.
ALGORITMO RESITIVIDAD (1/1)
Ccl, SUFT, BHT, BHTDEP, DEPTH
INICIO
FIN
645,1CclWS
DEPTH
BHTDEP
SUFTBHTSUFTFT
1
88,0
1 //000.400@ WSFTFTRW
175
Figura 47. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el método de Hem”.
Fuente: Leal, 2010.
<
<
Iones
INICIO
ALGORITMO CLASIFICACIÓN DE AGUA POR EL MÉTODO DE HEM(1/1)
SUMA ≤1000
FIN
Agua de Formación
dulce
IonesSUMA
1000 < SUMA ≤ 10000Agua de
Formaciónsalubre
<10000 < SUMA ≤ 35000
Agua de Formación
salina
<SUMA > 35000Agua de
FormaciónSalmuera
176
Figura 48 Diagrama de Flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el método de Sulin”.
Fuente: Leal, 2010.
Na+, Cl-,SO4-2,
Mg+2
INICIO
Tipo de Agua: Meteórica. FaciesHidroquímicas; Bicarbonato de
Sodio
Cl
Nappalionl __Re
Si
No
Rel-ion-ppal > 1 2
4
1sec__Re
SO
ClNaionl
Si
No
Rel-ion-sec1 ≥ 1
Tipo de Agua: Meteorica. Facies Hidroquimicas;
Sulfato de Sodio
Tipo de Agua: Connata FaciesHidroquímicas;
Cloruro de Calcio
Si
Rel-ion-ppal < 1
Si
No
Rel-ion-sec2 ≥ 1
Tipo de Agua: Connata. Facies Hidroquimicas;
Cloruro de Magnesio
Mg
NaClionl 2sec__Re
FIN
ALGORITMO CLASIFICACIÓN DE AGUA POR EL MÉTODO DE SULIN(1/2)
177
Figura 49.a Diagrama de Flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el método de Bojarski 1/2”.
Fuente: Leal, 2010.
Na+, Cl-,SO4-2,
Mg+2
INICIO
Tipo de Agua: Meteórica. FaciesHidroquímicas; Bicarbonato de
Sodio
Cl
Nappalionl __Re
Si
No
Rel-ion-ppal > 1 2
4
1sec__Re
SO
ClNaionl
Si
No
Rel-ion-sec1 ≥ 1
Tipo de Agua: Meteorica. Facies Hidroquimicas;
Sulfato de Sodio
Tipo de Agua: Connata FaciesHidroquímicas;
Cloruro de Calcio
Si
Rel-ion-ppal < 1
Si
No
Rel-ion-sec2 ≥ 1
Tipo de Agua: Connata. Facies Hidroquimicas;
Cloruro de Magnesio
Mg
NaClionl 2sec__Re
a
ALGORITMO CLASIFICACIÓN DE AGUA POR EL MÉTODO DE BOJARSKI(1/2)
178
ALGORITMO CLASIFICACIÓN DE AGUA POR EL MÉTODO DE BOJARSKI(2/2)
Zonas
Hidrodinámicas
Si
No
Rel-ion-ppal ≥ 0,85
Si
No
0,75 ≤Rel-ion-ppal < 0,85
Si
No
a
FIN
0,65 ≤Rel-ion-ppal < 0,75
0,50 ≤Rel-ion-ppal < 0,65
Rel-ion-ppal < 0,5
Zonas
Transitorias
Zonas
Hidrostáticas
Zonas
en completo
aislamiento
Aguas antiguas
de Mar
Figura 49.b Diagrama de Flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el método de Bojarski 2/2”.
Fuente: Leal, 2010.
179
INICIO
Muy alto
a
Si
No
ALGORITMO MÉTODO DE SCHOELLER (1/4)
,, 24 SOCl
233 , COHCO
700Cl
Marino
No
700420 Cl
Si
Alto
No
420140 Cl
Si
Promedio
No
14040 Cl
Si
Bajo
No
4010 Cl
Si
Figura 50.a Diagrama de Flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el método de Schoeller 1/4”.
Fuente: Leal, 2010.
180
Normal
a
Si
No
b
ALGORITMO MÉTODO DE SCHOELLER (2/4)
Muy alto
No
5824 SO
Si
Alto
No
Si
Promedio
No
Si
Normal
No
Si
10Cl
5824 24 SO
246 24 SO
624 SO
Saturación
Crítica
No
Si
70))(( 4 CaSO
Figura 50.b Diagrama de Flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el método de Schoeller 2/4”.
Fuente: Leal, 2010
181
Alto
b
Si
No
c
ALGORITMO MÉTODO DE SCHOELLER (3/4)
Normal
No
Si
Bajo
No
Si
No
Si
70 233
CHCO
702 233
CHCO
233
02 CHCO
NaCl
Cl
NaClIBE
233
24
COHCOSO
NaClIBE
Figura 50.c Diagrama de Flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el método de Schoeller 3/4”.
Fuente: Leal, 2010.
182
ALGORITMO MÉTODO DE SCHOELLER (4/4)
No
0IBE
Cambio de bases fue de
metales alcalinos del
agua por iones metales
alcalinos férricos
Si
Cambio de bases fue de
metales alcalinos férreos
de las arcillas por iones
metales alcalinos
c
FIN
Figura 50.d Diagrama de Flujo para el procedimiento “Clasificación de las aguas por el método de Schoeller 4/4”.
Fuente: Leal, 2010.
183
Figura 51. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Índice de Langelier”.
Fuente: Leal, 2010.
INICIO
TDS, T, TH, TAC,
pH
10
1
TDSLogA
55,34273)(12,13 CTxLogB
4,0 THLogC
TACLogD
DCBApHs 3,9
pHspHLSI
0LSI
No
Si
Tendencia corrosiva
Tendencia incrustante provocando la
deposición de CaCO3
FIN
ALGORITMO MÉTODO DE LANGELIER (1/1)
184
INICIO
TDS, T, TH, TAC,
pH
10
1
TDSLogA
55,34273)(12,13 CTxLogB
4,0 THLogC
TACLogD
DCBApHs 3,9
a
ALGORITMO MÉTODO DE RYZNAR (1/2)
Figura 52.a Diagrama de Flujo para el procedimiento “Índice de Ryznar 1/2”.
Fuente: Leal, 2010.
185
ALGORITMO MÉTODO DE RYZNAR (2/2)
pHpHsRSI 2
5,7RSI
No
Si El agua dará una
cantidad apreciable de
escamas de carbonato
de calcio
95,7 RSI
No
SiEl agua tendrá
tendencia corrosiva
Si El agua tendrá serios
problemas de
corrosión
FIN
a
9RSI
Figura 52.b Diagrama de Flujo para el procedimiento “Índice de Ryznar 2/2”.
Fuente: Leal, 2010.
186
Figura 53. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Índice de Stiff Davis”.
Fuente: Leal, 2010.
pH, pCa, pAlk,
ρr, TDS, V
INICIO
Si
No
TDS ≤ 4000 ppm FactorppmI
10001000
TDSV
ppmC
r
22
22
2
115,0 nn VCVCVCI
2
23
2
00114927,0
000066426,001989037,009687249,0
82451488,079889542,171448793,2
IT
ITTI
IIK
SI = pH-pCa-pAlk-K
No
SiTendencia a formar
depósitos de CaCO3.
No
SiEl agua tendrá
tendencia corrosiva
Si
Agua en condiciones de equilibrio
FIN
SI = 0
SI > 0
SI < 0
ALGORITMO MÉTODO DE STIFF DAVIS
187
ALGORITMO MÉTODO DE ODDO Y TOMSON
ppm, T, Alk,
pH
INICIO
No
Si El agua es potencialmente
incrustante
El agua tiende a disolver los cristales de
CaCo3
FIN
IS > 0
I=(0,000014*Cl)+(0,000008*HCO3)+(0,00005*Ca)
+(0,000082*Mg)+(0,000021*SO4)+(0,000022*Na)
)(727.0)(05.2)(10*72.4
)(10*143.178.210*44.2/*log
2/126
29
IIT
TpHAlkCaIs
Figura 54. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Método de Oddo y Tomson”.
Fuente: Leal, 2010.
188
ALGORITMO COEFICIENTE DE ACTIVIDAD
INICIO
mi, zi, ai, T
FIN
2
2
1ii zmI
41038
25
10208.110821.4
10083.10003714.04922.0
TT
TTA
41239
27
10507.510908.2
10658.70001224.03247.0
TT
TTB
IBa
IAv
i
i
i
.
2
1
log
IBa
IAv
ii
i
.
2
110
Figura 55. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Coeficiente de Actividad”.
Fuente: Leal, 2010.
189
ALGORITMO CONSTANTE DE EQUILIBRIO APARENTE
INICIO
γCO2, γHCO3, T
FIN
4-103-72 T 3.561x10 - T2.762x10 + T 0.0001021 - 0.009002T + -6.549
1 10K
4-103-72 T 2.694x10 - T 3.017x10 + T 0.0001203 - 0.01277T + -10.61
2 10K
3
21
´
1
HCO
COKK
2
3
3
2
´
2
CO
HCOKK
Figura 56. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Constantes de Equilibrio Aparente”.
Fuente: Leal, 2010.
190
ALGORITMO ESPECIACIÓN
INICIO
pH, HCO3, K1 ,
K2
FIN
pH
pH HCOKHCO
K
HCOCOTot
10
10 3
´
2
3´
1
3
3
´
1
3
2
10
K
HCOCO
pH
pH
HCOKCO
10
3
´
22
3
Figura 57. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Especiación”.
Fuente: Leal, 2010.
191
INICIO
ALGORITMO ALCALINIDAD
TDS, HCO3, CO3
FIN
2
3362
101
05.501000
COHCO
TDSAlk
Figura 58. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Alcalinidad”.
Fuente: Leal, 2010.
192
ALGORITMO SATURACIÓN MINERAL
FIN
INICIO
γCa, γCO3, T,
CO3, CO2
Para la Calcita:
Log K = -8.539- 0.001499T- 0.0001263T2
+ 4.477x10-7T3 – 6.883x10-10T4
Para la Aragonita:
Log K = -8.371 – 0.001671T – 0.0001253T2
+ 4.466x10-7T3 – 6.884x10-10T4
22
33
CaCOQ CaCO
KQKQSI logloglog
Supersaturado
Si
No
Insaturado
No
Si
Saturado
S > 0
S < 0
S = 0
Figura 59. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Saturación Mineral”.
Fuente: Leal, 2010.
193
ALGORITMO PRESIÓN PARCIAL CO2
4-113-72-5 T7.348x10 + T1.286x10 - T6.614x10 + 0.01363T - -1.13410K
FIN
INICIO
T, CO2
K
COPCO
22
Figura 60. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Presión parcial CO2”.
Fuente: Leal, 2010.
194
Na, Ca, Mg, Fe, Cl, HCO3, SO4, CO3 (meq/L)
INICIO
Graficar
ALGORITMO DIAGRAMA DE STIFF
Organizar los pares ordenados (x,y) para graficar en el plano cartesiano como sigue:
(-Na,0) ; (-Ca,-1) ; (-Mg,-2) ; (-Fe,-3); (Cl,0); (HCO3,-1) ; (SO4,-2) ; (CO3;-3)
FIN
Figura 61. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Diagrama de Stiff”.
Fuente: Leal, 2010.
195
ALGORITMO DIAGRAMA DE SULIN
Na, Cl, Mg, Ca,
SO4, HCO3
INICIO
FIN
C > 1
Si
Graficar en el plano cartesianos las coordenadas siguientes: [ Mg; Ca] . Por lo cual los puntos serán graficados el
cuadrante I.
Graficar en el plano cartesianos las coordenadas siguientes:
[- SO4 ;- (HCO3)] . Por lo cual los puntos serán graficados el
cuadrante III
Cl
NaC
No
Figura 62. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Diagrama de Sulin”.
Fuente: Leal, 2010.
196
Na++K+, Ca+, Mg, Cl-, HCO3, SO4
-2
INICIO
Gráficar
ALGORITMO GRÁFICO DE REISTLE
Se grafican los cationes enforma de columna apilada en elcuadrante I del plano cartesiano
Se grafican los aniones en formade columna apilada en elcuadrante IV del plano cartesiano
FIN
Figura 63. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Gráfico de Reistle”.
Fuente: Leal, 2010.
197
ALGORITMO DIAGRAMA TERNARIO
Na, Cl, Mg, Ca,
SO4, HCO3
INICIO
FIN
C > 1
Si
Agua Connata. El diagrama ternario estará formado por los
iones: Na, Mg Ca .
Agua meteórica. El diagrama ternario estará formado por los
iones: Cl, SO4 , HCO3 +CO3
Cl
NaC
No
Figura 64. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Diagrama Ternario”.
Fuente: Leal, 2010.
198
ALGORITMO DIAGRAMA DE PIPER
Na + K, Cl, Mg, Ca,
SO4, HCO3 + CO3
INICIO
FIN
Construir un diagrama ternario para los aniones y ubicar punto
de interés (B)
Construir un diagrama ternario para los cationes, y ubicar punto
de interés (A).
Proyectar los puntos A y B en un cuadrilátero que se ubica por
encima de los triángulos.
Figura 65. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Diagrama de Piper”.
Fuente: Leal, 2010.
199
ALGORITMO DIAGRAMA DE DUROV
Na + K, Cl, Mg, Ca,
SO4, HCO3, pH, TDS
INICIO
FIN
Construir un diagrama ternario para los aniones y ubicar punto
de interés (B)
Construir un diagrama ternario para los cationes, y ubicar punto
de interés (A).
Proyectar los puntos A y B en tres cuadriláteros. Donde se
ubicaran los valores de pH y de TDS.
Figura 66. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Diagrama de Durov”.
Fuente: Leal, 2010.
200
INICIO
Gráficar
ALGORITMO GRÁFICO DE SCHOELLER
Se grafican los datos en un gráfico semi-logarítmico (con el aje logaritmico en la
ordenada), colocando los pares ordenados de la manera siguiente:
( x = Nombre_ion ; y = Concentración_ion)
FIN
(Na++K)+, Ca+, Mg, Cl-, SO4
-2,(HCO3 + CO3 )
Figura 67. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Gráfico de Schoeller”.
Fuente: Leal, 2010.
201
ALGORITMO GRÁFICO DE MCKINNELL
INICIO
Graficar los valores del Patrón A, colocando los pares ordenados de la manera siguiente:
( x = 0 ; y = Concentración de cada Ion en el patrón A)
FIN
Patrón A, Patrón B, Mezcla, a, b.
Graficar los valores del Patrón B, colocando los pares ordenados de la manera siguiente:
( x = 100 ; y = Concentración de cada Ion en el patrón B)
Graficar tendencias entre los iones de los Patrones A y B.
Graficar los valores de la mezcla, colocando los pares ordenados de la manera siguiente:
( x =a; y = Concentración de cada Ion en la mezcla)
Figura 68. Diagrama de Flujo para el procedimiento “Gráfico de McKinnell”.
Fuente: Leal, 2010.
202
Datos de Entrada
Análisis de Laboratorios de Muestras de Agua, propiedades físicas, datos del campo y pozos.
IonesConcentración
(mg/L = ppm)
Na+
Ca+
Mg++
K+
Ba++
Sr++
Fe++
Al+++
Cl-
Br-
SO4-2
CO3-2
HCO3
H4SiO4
Corresponde a los
datos de la
muestra
Datos de Salida
Requerimientos De
Procesamiento
Patrones
Patrón
Comparación de una muestra con un patrón
Comparación de una muestra con dos patrones
Análisis
Consistencia interna de la muestra (2 procedimientos)
Clasificación de las A.F por métodos Analíticos (4 procedimientos)
Pronóst icos de precipitados (4 procedimientos)
Propiedades de los fluidos (4 procedimientos)
Equilibrio de carbonatos (6 procedimientos)
Gráficos
Elaboración de Diagramas de diferentes autores:
St iff
Sulin
Reist le
Diagrama ternario
Piper
Durov
Schoeller
McKinnel
Conversiones
Diferentes t ipos de Unidades (6 procedimientos)
4.4. Elaboración del Programa computarizado ANAGUA en lenguaje Visual Basic.
El nombre acordado para el programa computarizado diseñado es: ANAGUA (Análisis de
Aguas), elección realizada tomando en consideración que el nombre del programa debe
reflejar lo que se espera obtener de él. En este caso el propósito del programa ANAGUA es
el análisis de las aguas de formación, para su posterior clasificación física química. Para el
diseño del programa, se consideró: los datos de entrada, la salida deseada y los
requerimientos de procesamiento; los cuales se refieren a las tareas de procesamiento que
deben desempeñarse para que los datos de entrada se conviertan en una salida. Para el
programa ANAGUA se desarrollaron 37 tareas de procesamiento o procedimientos. Ver
Figura 69.
Figura 69. Representación gráfica de los datos de entrada, requerimientos de procesamiento y salida del programa
ANAGUA.
Fuente: Leal, 2010.
4.4.3. Datos de Entrada.
La data que el programa ANAGUA utiliza para desarrollar sus funciones, corresponde a
los análisis de laboratorios de muestras de aguas tomadas a los pozos del yacimiento que se
esté estudiando. Estos análisis están conformados, en gran parte, por el tipo de iones que
203
UNIDAD FÍSICA
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
ohm-m
º F
º F
º F
mg/L
mg/L de CaCO3
Dureza No Carbonática mg/L de CaCO3
Dureza Total mg/L de CaCO3
mg/L de CaCO3
Sílice (SiO2)
Temperatura del Análisis
Fecha de Análisis
DESCRIPCIÓN
Nombre de la Empresa
Localización
Bloque
Campo
Área
Unidad de Explotación
Formación
Yacimiento
Código Yacimiento
Carbonato (CO3-2)
Código Pozo
Estado Actual del Pozo
Tope del Intervalo
Fondo del Intervalo
Tipo de Pozo
Empresa que realizó el análisis de la muestra
Fecha de Muestreo
Pozo
Fecha de la toma
Estroncio (Sr++)
Hierro (Fe++)
Aluminio (Al+++)
Sodio (Na+)
Calcio (Ca++)
Magnesio (Mg++)
Potasio (K+)
Resistividad del agua
Temperatura de Superficie
Temperatura de Fondo
Bario (Ba++)
Ácido Silícico (H4SiO4)
pH
Sólidos Disueltos
Dureza Carbonática
Alcalinidad Total
Cloruro (Cl-)
Bromuro (Br -)
Sulfato (SO4-2)
Bicarbonato (HCO3)
estén presentes en la solución acuosa y detallan la concentración de cada uno de éstos
iones, estas concentraciones se expresan en unidades físicas de Masa/Volumen; también
pueden presentar valores de algunas propiedades físicas del agua como la resistividad,
sólidos disueltos, dureza, etc. Adicional a ello, se requieren datos de las características del
yacimiento y/o del pozo. A continuación, en la Tabla 40 se presentan los datos requeridos
por el programa ANAGUA.
Tabla 40. Datos de Entrada Programa ANAGUA.
Fuente: Leal, 2010.
204
4.4.4. Datos de Salida.
El programa generará una amplia información que dependerá de las opciones que el
usuario seleccione en el programa, esta salida podría ser de impresión o de presentación en
el monitor. A continuación se listan las posibles salidas que el programa realiza.
Balance Iónico de la Muestra
Corrección por Sodio del Balance Iónico.
Creación de Patrones de Agua
Comparación de una Muestra de Agua con Un Patrón definido.
Comparación de una Muestra de Agua con Dos Patrones definidos.
Clasificación de las Aguas de Formación por el Método de Hem.
Clasificación de las Aguas de Formación por el Método de Sulin.
Clasificación de las Aguas de Formación por el Método de Bojarski.
Clasificación de las Aguas de Formación por el Método de Schoeller.
Cálculos de las propiedades del agua: sólidos disueltos, densidad, resistividad, dureza.
Equilibrios de Carbonatos: coeficiente de actividad, constantes de equilibrio aparente,
especiación, alcalinidad, saturación mineral y presión parcial CO2.
Gráfico de Una Muestra o Patrón por el Método de Stiff.
Diagrama de Una Muestra o Patrón por el Método de Sulin.
Gráfico de Una Muestra o Patrón por el Método de Reistle.
Diagrama Ternario o Triangular de Una Muestra o Patrón.
Gráfico para Mezcla de Agua por el Método de McKinnel.
Pronóstico de la tendencia de la Muestra o Patrón a depositar Carbonatos de Calcio por
los métodos siguientes: Índice de Langelier, Índice de Ryznar, Índice de Stiff Davis y el
Método de Oddo y Tomson.
Conversión de Unidades Físicas: Masa/Volumen, Equivalente/Volumen, Moles/Volumen,
Moles Masa/, Moles/Masa de solvente, %Equivalentes/Volumen.
4.4.5. Requerimientos de Procesamiento: Proceso principales.
Los procesos principales son las actividades primarias que el programa necesita
desarrollar para aceptar, mantener y transformar los datos de entrada en la información de
salida deseada. Para el programa ANAGUA se han desarrollado un total de treinta y siete
(37) procedimientos o procesos principales que conforman el programa, los cuales se han
descrito en el punto 4.2, para cada uno de éstos procedimientos se desarrollaron los
algoritmos correspondientes, los cuales se pueden apreciar en el punto 4.3.
205
Módulos.
Tal como se describió anteriormente, y como se observa en la Figura 30, la estructura
del programa consiste en treinta y siete (37) procedimientos, que se han agrupados en los
cinco (5) módulos siguientes:
Módulo Base de Datos.
Módulo Patrones.
Módulo Análisis.
Módulo Gráficos.
Módulo Conversiones.
A continuación se describe detalladamente en que consisten cada uno de éstos módulos.
Módulo Base de Datos.
Este modulo corresponde a la función de almacenar los resultados de los análisis físicos
químicos realizados a las muestras de agua tomadas a los pozos de los yacimientos en
estudio. El programa ANAGUA permitirá almacenar las muestras de aguas así como también
los patrones de agua calculados.
Módulo Patrones.
En este modulo se encuentran las secciones siguientes:
Crear un patrón: el patrón de las aguas de formación puede definirse como el promedio, o el
valor más probable de la concentración de cada ión, para un conjunto de muestras de agua
que pertenecen a un mismo campo. Por lo tanto, esta sección se refiere a determinar el
comportamiento característico de las aguas de formación de un yacimiento, partiendo de un
número de muestras de aguas representativas y validadas.
Comparar una muestra con un patrón: como su nombre lo indica, en este módulo se
compara una muestra de agua con un patrón definido, aplicando el principio estadístico de la
desviación estándar.
Comparar una muestra con dos patrones: en este módulo se compara una muestra de agua
con dos patrones definidos.
206
Módulo Análisis.
Este módulo corresponde a la parte medular del programa como tal, ya que es el grupo
que ofrece la mayoría de los procedimientos que permitirán realizar los análisis necesarios
para la clasificación físico química de las aguas de formación. Este módulo se subdivide a su
vez en cinco secciones: consistencia interna de la muestra, propiedades de los fluidos,
clasificación de las aguas de formación, pronósticos de precipitados y equilibrios de
carbonatos.
Consistencia interna de la muestra: Incluye las secciones de balance iónico y corrección por
sodio. El primero tiene el objetivo de determinar si la muestra está balanceada iónicamente,
o lo que es lo mismo, determina si el número de cationes en la muestra, es igual al número
de aniones. El segundo, ofrece la opción de corregir el equivalente de sodio en la muestra, si
así el usuario lo requiere.
Propiedades de los Fluidos: Involucra los cálculos de sólidos disueltos, densidad, resistividad
y dureza.
Clasificación de las aguas de formación: El programa ofrece cuatro secciones para clasificar
las aguas de formación de acuerdo a los métodos analíticos de Hem, Sulin, Bojarski y
Schoeller.
Pronósticos de Precipitados: Incluyen cuatro secciones para determinar la tendencia del
agua a formar precipitados, índice de Langelier, el índice de Ryznar, método de Stiff Davis y
el método de Oddo y Tomson.
Equilibrio de Carbonatos: Se refiere al acomodo entre los iones de carbonato presentes en la
solución, para ello se incluyes seis secciones: coeficiente de actividad, constante de
equilibrio aparente, especiación, alcalinidad, saturación mineral, presión parcial CO2.
Módulos Gráficos.
Este módulo está integrado por ocho secciones, cada uno corresponde a un método
gráfico que permite la clasificación físico química de las aguas de formación. Los métodos
referidos que se incluyen son los siguientes: Stiff, Sulin, Reistle, Diagrama Ternario, Piper,
Durov, Schoeller y McKinnell.
207
Módulos Conversiones.
Este modulo está integrado por seis secciones, las cuales permiten realizar las
conversiones en las unidades siguientes: Masa / Volumen, Unidades Equivalente / Volumen,
Unidades Moles/ Masa, Unidades Moles/ Masa de Solvente, Unidades Moles/ Volumen y
Unidades %Equivalencia / Volumen.
4.5. Programación de los Algoritmos.
Para el desarrollo de ANAGUA se utilizó el lenguaje de programación Visual Basic 6.0,
como base de datos Access, todos son paquete de Microsoft, que hace que el programa sea
totalmente compatible con el entorno de Windows, y que se presente como un programa
amigable y de fácil interacción.
La aplicación Visual Basic es controlada por eventos, el código no sigue una ruta
predeterminada; ejecuta distintas secciones de código como respuesta a los eventos. Los
eventos pueden desencadenarse por acciones del usuario, por mensajes del sistema o de
otras aplicaciones, o incluso por la propia aplicación. La secuencia de éstos eventos
determina la secuencia en la que se ejecuta el código, por lo que la ruta a través del código
de la aplicación es diferente cada vez que se ejecuta el programa.
Existen pasos principales para crear una aplicación en Visual Basic: Crear la interfaz,
establecer propiedades y escribir el código. El primer paso para generar una aplicación de
visual Basic consiste en crear los formularios que van a ser la base de la interfaz de su
aplicación. El siguiente paso consiste en establecer las propiedades de los objetos que ha
creado y por último se escribe el código que se ejecuta cuando se produce un evento.
Siguiendo estas directrices se elaboró el programa ANAGUA en el lenguaje Visual Basic.
Visual Basic incluye varios controles para tener acceso a las bases de datos más
utilizadas como Microsoft Access y SQL Server, en nuestro caso, la mayor parte de la
información que maneja el programa ANAGUA, será almacenada en una base de datos
central del tipo Access.
Access es un manejador o administrador de base de datos relacional, lo que significa que
almacena y recupera datos, presenta cierta información automatiza algunas tareas
repetitivas. El ser relacional indica que es capaz de manejar una o más tablas de datos a la
vez.
208
Una base de datos es una recopilación de información relativa a un asunto o propósito
particular, como el seguimiento de pedidos de clientes o el mantenimiento de una colección
de muestras de interés. Si la base de datos no está almacenada en un equipo, o sólo están
instaladas partes de la misma, puede que deba hacer un seguimiento de información
procedente de varias fuentes en orden a coordinar y organizar la base de datos. Por medio
de Microsoft Access, se puede administrar toda la información desde un único archivo de
base de datos.
Dentro del archivo, puede dividir los datos en contenedores de almacenamiento
independientes denominados tablas; puede ver, agregar y actualizar datos de la tabla por
medio de formularios en pantalla; puede asimismo buscar y recuperar sólo los datos que
desee por medio de consultas; y puede analizar o imprimir datos con un diseño específico
por medio de informes.
4.6. Validación del programa computarizado ANAGUA.
Una vez que se diseñó el programa ANAGUA, se procedió a validarlo con el objetivo de
determinar la veracidad de los resultados proporcionados por el mismo. Para ello se
utilizaron un total de 26 muestras de analisis físicos quimicos de agua tomadas en 21 pozos
pertenecientes a diferentes campos petrolíferos, con los cuales se realizaron los cálculos
según el criterio de evaluación que se presentan a continuación. Ver Tabla 41.
Es importante destacar que la validación del programa se realizó a partir de los cálculos
del error porcentual que presentaba los resultados arrojados por ANAGUA con respecto a un
modelo de referencia. Este modelo de referencia varía dependiendo del criterio de validación
empleado; también se estableció un porcentaje de error del 5% como el máximo valor
permisible aceptado para considerar el procedimiento como apto.
4.6.1. Criterio de Validación N°1.
Se corrieron 10 muestras de análisis físico químico de agua tomados a pozos petroleros,
en un programa comercial llamado Aqua, programa especializado en el análisis de agua y
de alta confiabilidad; y se compararon con los resultados arrojados por el programa
ANAGUA para las mismas muestras. Por esta vía, se validaron 19 procedimientos, que son
los métodos que tiene en común ANAGUA con el referido programa comercial. Estos 19
procedimientos pertenecen a los Módulos siguientes: Módulo Análisis, específicamente las
209
Sodio
(Na+)
Calcio
(Ca++)
Magnesio
(Mg++)
Potasio
(K+)
Bario
(Ba++)
Estroncio
(Sr++)
Hierro
(Fe++)
Aluminio
(Al+++)
Cloruro
(Cl-)
Bromuro
(Br -)
Sulfato
(SO4-2)
Carbonato
(CO3-2)
Bicarbonato
(HCO3)
Silice
(SiO2)
Ácido Silícico
(H4SiO4)
1 1 971,3 32 19,44 0 0 0 0 0 497 0 148 360 732 0 0
2 2 1232,96 40 19,44 0 0 0 0 0 1278 0 76 120 951,6 0 0
3 3 741 12 6 0 0 0 0 0 400 0 31 36 1232 0 0
4 4 1093 36 7 0 0 0 0 0 980 0 22 0 1208 0 0
5 5 1044 36 7 0 0 0 0 0 970 0 25 0 1214 0 0
6 6 804,58 24,83 8,23 0 0 0 0 0 803,5 0 58,56 90 963,8 82 0
7 7 561,81 12,01 7,3 0 0 0 0 0 284 0 78,3 48 678,4 76,6 0
8 8 590,28 42,98 1,94 0 0 0 0 0 260 0 11,61 0 1244,4 0 0
9 9 2842,7 102 32 0 0 0 0 0 3692 0 151 0 939 1,4 0
10 10 1375 60 56 0 0 0 0 0 1660 0 90 0 1141 0 0
11 11 58650 2847 663 962 2,41 780 10,3 0,5 106400 835 283 0 240 0 2,2
12 12 60430 3037 753 412 2,18 812 0,16 0,6 110000 892 246 0 240 0 4,3
13 13 57340 2864 693 994 2,2 788 20,7 0,5 99500 788 364 0 73 0 1,7
14 14 58140 2890 779 300 3,5 828 0,03 0,6 105500 902 161 0 220 0 3,7
15 15 54950 2854 736 964 1,95 761 1,14 0,05 94000 793 265 0 293 0 2,4
16 16 (1) 1748 8 1 0 0 0 0 0 1125 0 36 150 2379 0 0
16 16 (2) 1649 8 1 0 0 0 0 0 1025 0 35 180 2233 0 0
16 16(3) 1594 3 2 0 0 0 0 0 1278 0 154 48 1575 0 0
16 16(4) 1803,2 16 8,8 0 0 0 0 0 1220 0 25,2 168 2403,4 0 0
16 16 (5) 1689,2 19,2 4,9 0 0 0 0 0 1220 0 1,6 204 2049,6 0 0
17 17(1) 1892,93 12 14,59 0 0 0 0 0 1610,77 0 81,02 72 2110,6 0 0
17 17 (2) 2087,92 9,6 2,92 0 0 0 0 0 1710,2 0 61,63 36 2488,8 0 0
Patron A 63,67 1 0,36 0 0 0 0 0 22,02 0 1,23 0 41,8 0 0
18 18 70,14 1,1 1,6 0 0 0 0 0 21,18 0 3,2 0 48,39 0 0
Patron B 155,06 15,97 28 0 0 0 0 0 168,24 0 29,6 0 1,2 0 0
(Na+ + K)
Calcio
(Ca++)
Magnesio
(Mg++)
Bario
(Ba++)
Estroncio
(Sr++)
Hierro
(Fe++)
Aluminio
(Al+++)
Cloruro
(Cl-)
Bromuro
(Br -)
Sulfato
(SO4-2)
Carbonato
(CO3-2)
Bicarbonato
(HCO3)
Silice
(SiO2)
Ácido Silícico
(H4SiO4)
19 19 68,24 18,5 11,4 0 0 0 0 0 2,05 0 2,82 0 95,1 0 0
20 20 70,24 20,5 9,41 0 0 0 0 0 20,63 0 43,11 0 36,63 0 0
21 21 4,4 50,1 45,6 0 0 0 0 0 6,4 0 13,9 0 79,5 0 0
Pozo
mg/L
Muestra
Pozo
%meq/L
Muestra
secciones de: Propiedades de los Fluidos y Equilibrio de Carbonatos; Módulo Gráfico y
Módulo de Unidades de Conversión.
Tabla 41. Muestras utilizadas para validar el programa ANAGUA.
Fuente: Leal, 2010.
A continuación se presentan el error porcentual que genera la desviación de los
resultados de ANAGUA con respecto a Aqua, para cada uno de los módulos mencionados
anteriormente.
Módulo Análisis: Sección Propiedades de los Fluidos.
Para validar esta sección se corrieron 10 muestras de análisis físico-químicos de agua,
tomadas en pozos petroleros. La Tabla 42 muestra el error porcentual que genera la
desviación de los resultados de ANAGUA con respecto a Aqua.
210
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 2.759,74 2.659,70 3,62
Densidad g/cm3 0,999 1,00 0,00
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 159,96 159,96 0,00
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3 0,00 0 0,00
Dureza Total mg/L CaCO3 159,96 159,96 0,00
Resultados Pozo N° 1
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 2.458,00 2.458,00 0,00
Densidad g/cm3 1,00 1,00 0,09
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 54,67
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3
Dureza Total mg/L CaCO3 54,67 54,672 0,00
Resultados Pozo N° 3
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 3.718,00 3.718,00 0,00
Densidad g/cm3 0,999 0,99983 0,08
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 179,93 179,94 0,01
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3 0,00 0 0,00
Dureza Total mg/L CaCO3 179,93 179,94 0,01
Resultados Pozo N° 2
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 3.346,00 3.340,00 0,18
Densidad g/cm3 0,999 0,99909 0,01
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 118,72
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3
Dureza Total mg/L CaCO3 118,72 118,72 0,00
Resultados Pozo N° 4
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 3.296,00 3.296,00 0,00
Densidad g/cm3 0,999 0,99756 0,14
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 118,72
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3
Dureza Total mg/L CaCO3 118,72 118,72 0,00
Resultados Pozo N° 5
Tabla 42. Análisis de Resultados Sección Propiedades de los Fluidos, Pozos N° 1 al 10.
211
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 1.889,00 1.889,00 0,00
Densidad g/cm3 0,998 0,998 0,00
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 60,05 60,16 0,18
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3 0,00 0 0,00
Dureza Total mg/L CaCO3 60,05 60,16 0,18
Resultados Pozo N° 7
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 2.151,21 2.151,20 0,00
Densidad g/cm3 0,998 0,9982 0,02
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 115,31 115,63 0,28
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3 0,00 0 0,00
Dureza Total mg/L CaCO3 115,31 115,63 0,28
Resultados Pozo N° 8
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 4.382,00 4.382,00 0,00
Densidad g/cm3 1,00 0,99987 0,01
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 380,43 380,43 0,00
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3
Dureza Total mg/L CaCO3 380,43
Resultados Pozo N° 10
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 7.558,70 7.558,70 0,00
Densidad g/cm3 1,002 1,0022 0,02
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 386,47 385,57 0,23
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3 0,00 0 0,00
Dureza Total mg/L CaCO3 386,47 385,57 0,23
Resultados Pozo N° 9
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Sólidos Disueltos mg/L 2.552,50 2.552,50 0,00
Densidad g/cm3 0,999 0,9985 0,05
Dureza Carbonática mg/L CaCO3 100,15 100,15 0,00
Dureza No Carbonática mg/L CaCO3
Dureza Total mg/L CaCO3 100,15 100,15 0,00
Resultados Pozo N° 6
Tabla 42. Continuación.
Fuente: Leal, 2010.
Como se puede observar en la Tabla 41, el error porcentual de ANAGUA con respecto del
Aqua en los Pozos N° (s) 1, 7, 8 y 9 está en el orden de 0 a 3,62 %, dependiendo del
parámetro calculado. Se nota que dichos porcentajes de error se encuentran por debajo del
valor máximo permisible (<5%).
212
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Especiación
* CO3 mmolal 4,817 1,287 73,28
* HCO3 mmolal 12,221 16,740 36,98
* CO2 mmolal 0,007 0,034 378,57
Total mmolal 17,046 18,060 5,95
Alcalinidad mg/Kg CaCO3 1213283,24 964 99,92
Saturacion MineraL
* Calcita S/U 7,117 2,028 71,50
* Aragonita S/U 6,953 1,863 73,21
Presion Parcial de CO2 atm 0,199 9,13E-04 99,54
Resultados Pozo N° 1
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Especiación
* CO3 mmolal 2,529 0,554 78,10
* HCO3 mmolal 15,879 17,030 7,25
* CO2 mmolal 0,015 0,084 459,00
Total mmolal 18,424 17,660 4,15
Alcalinidad mg/Kg CaCO3 995203,54 904,1 99,91
Saturacion MineraL
* Calcita S/U 6,722 1,693 74,81
* Aragonita S/U 6,558 1,529 76,68
Presion Parcial de CO2 atm 0,427 2,29E-03 99,46
Resultados Pozo N° 2
Es importante destacar que en los Pozos N° (s) 3, 4, 5 y 10, ANAGUA no calculó la
“Dureza Carbonática” sólo calculó la dureza total, esto debido a que el usuario no introdujo
como data el valor de la alcalinidad para estas pruebas, y ANAGUA calcula la dureza
Carbonática si, solo si, el usuario introduce la alcalinidad total como dato; si no introduce la
alcalinidad como dato, solo calculará la dureza total a partir de los iones Ca y Mg. Los
porcentajes de error para todos los casos oscilaron entre 0 y 0,18 % (<5%). En relación a
las pruebas de los pozos N° (s) 2 y 6 los porcentajes de error estuvieron entre 0 y 0,08 %
(< 5%), es decir cumplen con el criterio de tolerancia definido.
Módulo Análisis: Sección Equilibrio de Carbonatos.
Para validar esta sección se corrieron 4 muestras de análisis físico-químicos de agua,
tomadas en pozos petroleros. La Tabla 43.a muestra el error porcentual que se genera como
desviación de los resultados de ANAGUA con respecto a Aqua.
Tabla 43.a Análisis de Resultados Sección Equilibrio de Carbonatos. 1/2
Tabla 43.a Continuación.
213
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Especiación
* CO3 mmolal 3,100 0,584 81,16
* HCO3 mmolal 20,584 20,180 1,96
* CO2 mmolal 0,015 0,103 588,67
Total mmolal 23,700 20,870 11,94
Alcalinidad mg/Kg CaCO3 1090462 1066 99,90
Saturacion MineraL
* Calcita S/U 5,728 1,319 76,97
* Aragonita S/U 5,564 1,154 79,26
Presion Parcial de CO2 atm 0,427 2,82E-03 99,34
Resultados Pozo N° 3
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error
Especiación
* CO3 mmolal 0,251 0,048 80,95
* HCO3 mmolal 20,183 18,680 7,45
* CO2 mmolal 0,1472 1,154 94,28
Total mmolal 20,581 19,880 3,40
Alcalinidad mg/Kg CaCO3 1010249,32 936,5 99,91
Saturacion MineraL
* Calcita S/U 0,6367
* Aragonita S/U 0,4726
Presion Parcial de CO2 atm 4,17 3,28E-02 99,21
Resultados Pozo N° 4
Fuente: Leal, 2010.
Como se puede observar en la Tabla 43.a, el error porcentual de ANAGUA con respecto
del Aqua en los Pozos N° (s) 1 al 4, es bastante elevado, encontrándose en el orden de 1,96
a 588,67%. Se observa que en los parámetros donde aparece el menor porcentaje de error
es en el cálculo de la especiación para el HCO3, así como en la especiación total. Los
porcentajes más elevados de errores se encuentran en los parámetros de especiación de
CO2, alcalinidad y presión parcial de CO2.
Cabe destacar, que los procedimientos empleados para elaborar los cálculos de la sección
de Equilibrio de Carbonatos en ANAGUA, fueron tomados de la guia de usuario del programa
comercial Aqua, por lo que esta disparidad tan notable no era esperada, ya que si se estan
empleando las mismas ecuaciones, los resultados de ambos programas deben ser los
mismos o muy similares.
214
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error ANAGUA Excel % Error
Especiación
* CO3 mmolal 4,817 1,287 73,28 4,817 4,82 0,00
* HCO3 mmolal 12,221 16,740 36,98 12,221 12,22 0,00
* CO2 mmolal 0,007 0,034 378,57 0,007 0,007 0,00
Total mmolal 17,046 18,060 5,95 17,046 17,05 0,00
Alcalinidad mg/Kg CaCO3 1.213.283,240 964 99,92 1.213.283,240 1.213.283,24 0,00
Saturacion MineraL
* Calcita S/U 7,117 2,028 71,50 7,117 7,12 0,00
* Aragonita S/U 6,953 1,863 73,21 6,953 6,95 0,00
Presion Parcial de CO2 atm 0,199 9,13E-04 99,54 0,199 0,199 0,00
Resultados Pozo N° 1
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error ANAGUA Excel % Error
Especiación
* CO3 mmolal 2,529 0,554 78,10 2,529 2,529 0,00
* HCO3 mmolal 15,879 17,030 7,25 15,879 15,879 0,00
* CO2 mmolal 0,015 0,084 459,00 0,015 0,015 0,00
Total mmolal 18,424 17,660 4,15 18,424 18,424 0,00
Alcalinidad mg/Kg CaCO3 995.203,540 904,1 99,91 995.203,540 995.203,540 0,00
Saturacion MineraL
* Calcita S/U 6,722 1,693 74,81 6,722 6,722 0,00
* Aragonita S/U 6,558 1,529 76,68 6,558 6,558 0,00
Presion Parcial de CO2 atm 0,427 2,29E-03 99,46 0,427 0,427 0,00
Resultados Pozo N° 2
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error ANAGUA Excel % Error
Especiación
* CO3 mmolal 3,100 0,584 81,16 3,100 3,100 0,00
* HCO3 mmolal 20,584 20,180 1,96 20,584 20,584 0,00
* CO2 mmolal 0,015 0,103 588,67 0,015 0,015 0,00
Total mmolal 23,700 20,870 11,94 23,700 23,700 0,00
Alcalinidad mg/Kg CaCO3 1.090.462,000 1066 99,90 1.090.462,000 1.090.462,000 0,00
Saturacion MineraL
* Calcita S/U 5,728 1,319 76,97 5,728 5,728 0,00
* Aragonita S/U 5,564 1,154 79,26 5,564 5,564 0,00
Presion Parcial de CO2 atm 0,427 2,82E-03 99,34 0,427 0,427 0,00
Resultados Pozo N° 3
En vista de los altos valores obtenidos en el porcentaje de error para las muestras
consideradas en la validación del módulo de análisis (Equilibrio de carbonato), se hizo una
revisión exhaustiva de los métodos empleados para cada uno de los cálculos además, y se
consideró necesario realizar de forma manual cada uno de los cálculos que ejecutaron los
programas para poder establecer conclusiones. Los resultados se presentan en la Tabla
43.b.
Tabla 43.b Análisis de Resultados Sección Equilibrio de Carbonatos. 2/2
Fuente: Leal, 2010.
215
Parámetros Unidad ANAGUA Aqua % Error ANAGUA Excel % Error
Especiación
* CO3 mmolal 0,251 0,048 80,95 0,251 0,251 0,00
* HCO3 mmolal 20,183 18,680 7,45 20,183 20,183 0,00
* CO2 mmolal 0,1472 1,154 94,28 0,1472 0,147 0,00
Total mmolal 20,581 19,880 3,40 20,581 20,581 0,00
Alcalinidad mg/Kg CaCO3 1.010.249,320 936,5 99,91 1.010.249,320 1.010.249,320 0,00
Saturacion MineraL
* Calcita S/U 0,6367
* Aragonita S/U 0,4726
Presion Parcial de CO2 atm 4,17 3,28E-02 99,21 4,17 4,170 0,00
Resultados Pozo N° 4
Tabla 43.b Continuación.
Fuente: Leal, 2010.
De los resultados obtenidos se observa que el porcentaje de error calculado entre los
resultados arrojados por ANAGUA y los cálculos manuales es de 0%, por lo que existe total
concordancia entre los cálculos manuales de Excel y los resultados que emite el programa
ANAGUA, de esta manera se descarta algún posible error al momento de programar los
algoritmos de ésta sección. En el Apéndice se presentan todos los cálculos desarrollados en
la hoja Excel como soporte de los resultados obtenidos.
Módulo Gráfico.
Para validar esta sección se corrieron 5 muestras de análisis físico-químicos de agua,
tomadas en pozos petroleros. Los métodos gráficos que se validaron son: Diagrama de Stiff,
Diagrama Ternario, Diagrama de Piper, Diagrama de Schoeller. Por la naturaleza de los
métodos gráficos, la validación de este módulo se hizo de forma sistemática, de manera que
se procedió a comparar los gráficos arrojados por ANAGUA en relación a los suministrados
por Aqua, considerando los ítems siguientes:
Escala: determinar si la escala graficada era la más adecuada, tomando especial atención en
los ejes de coordenados.
Valores puntuales: se refiere a los valores exactos de los datos que se graficaron, haciendo
especial atención en aquellos gráficos que requieren conversiones de unidades.
Apariencia: consiste en evaluar la apariencia general del gráfico, contraste de colores,
tamaños de las letras, titulo, entre otros.
Luego de realizar esta revisión se definió el siguiente criterio: si las imágenes tenían muy
alta similitud entre sí y además guardaban los criterios descritos anteriormente, el resultado
216
Diagramas / Gráficos Escala Valores puntuales Apariencia Similitud con Grafico referencial Resultado
Diagrama de Stiff acorde acorde acorde acorde SATISFACTORIO
Diagrama Ternario acorde acorde acorde acorde SATISFACTORIO
Diagrama de Piper acorde acorde acorde acorde SATISFACTORIO
Diagrama de Schoeller acorde acorde acorde acorde SATISFACTORIO
Resultados Pozo N° 1 al 5
se considera “Satisfactorio”, en caso contrario sería catalogado como “No satisfactorio”. La
Tabla 44, presenta los resultados.
Tabla 44. Análisis de Resultados Módulo Grafico: Diagrama de Stiff, Diagrama Ternario, Diagrama de Piper y
Diagrama de Schoeller. Pozos N° 1 al 5.
Fuente: Leal, 2010.
De la Tabla 42 podemos apreciar que los resultados obtenidos para cada uno de los
gráficos fueron satisfactorios.
Módulo de Unidades de Conversión.
Esta sección se validó con una muestra de análisis físico-químicos de agua, debido a la
gran cantidad de cálculos requeridos para determinar las conversiones de los iones. En la
Tabla 43 se presenta el error porcentual que genera la desviación de los resultados de
ANAGUA con respecto a Aqua, para cada una de las Unidades: Masa/Volumen, Equivalente/
Volumen, Moles/Volumen, Moles/Masa y Moles/Masa de solvente, y para cada uno de los
prefijos: nano(n), micro (μ) y mili (m).
Para hacer más fácil la revisión de las tablas, se han colocado los valores arrojados por
ANAGUA en color azul, los del programa Aqua en color negro y el porcentaje de error en
color rojo.
De la Tabla 45 se observa que el porcentaje de error para todos los cálculos de
conversiones oscila entre 0 y 0.494 %, lo que significa que se encuentra por debajo del
criterio definido como aceptable (< 5%). Se observa que las Unidades de conversión que
presentan errores más elevados en comparación con el resto, es la Unidad Moles / Masa de
solventes (molal), sin embargo éstos porcentajes se encuentran dentro de los rangos
aceptables, siendo el promedio del porcentaje de error para éste último renglón de 0,259 %
(<5%).
217
ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error
Ca+ 3,20E+07 3,20E+07 0,000 3,20E+04 3,20E+04 0,000 3,20E+01 3,20E+01 0,000 3,20E-02 3,20E-02 0
Mg++ 1,94E+07 1,94E+07 0,206 1,94E+04 1,94E+04 0,206 1,94E+01 1,94E+01 0,206 1,94E-02 1,94E-02 0,206
Na+ 9,71E+08 9,71E+08 0,031 9,71E+05 9,71E+05 0,031 9,71E+02 9,71E+02 0,031 9,71E-01 9,71E-01 0,031
K+ 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0
HCO3 7,32E+08 7,32E+08 0,000 7,32E+05 7,32E+05 0,000 7,32E+02 7,32E+02 0,000 7,32E-01 7,32E-01 0
SO4-2 1,48E+08 1,48E+08 0,000 1,48E+05 1,48E+05 0,000 1,48E+02 1,48E+02 0,000 1,48E-01 1,48E-01 0
Cl- 4,97E+08 4,97E+08 0,000 4,97E+05 4,97E+05 0,000 4,97E+02 4,97E+02 0,000 4,97E-01 4,97E-01 0
CO3-2
3,60E+08 3,60E+08 0,000 3,60E+05 3,60E+05 0,000 3,60E+02 3,60E+02 0,000 3,60E-01 3,60E-01 0
ng/L μg/L mg/L g/L
Conversión de Unidades: Masa / Volumen
ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error
Ca+ 1,60E+06 1,60E+06 0,200 1,60E+03 1,60E+03 0,200 1,60E+00 1,60E+00 0,200 1,60E-03 1,60E-03 0,200
Mg++ 1,60E+06 1,60E+06 0,082 1,60E+03 1,60E+03 0,082 1,60E+00 1,60E+00 0,082 1,60E-03 1,60E-03 0,082
Na+ 4,22E+07 4,22E+07 0,085 4,22E+04 4,22E+04 0,085 4,22E+01 4,22E+01 0,085 4,22E-02 4,22E-02 0,085
K+ 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000
HCO3 1,20E+07 1,20E+07 0,030 1,20E+04 1,20E+04 0,030 1,20E+01 1,20E+01 0,030 1,20E-02 1,20E-02 0,030
SO4-2 3,08E+06 3,08E+06 0,039 3,08E+03 3,08E+03 0,039 3,08E+00 3,08E+00 0,039 3,08E-03 3,08E-03 0,039
Cl- 1,40E+07 1,40E+07 0,121 1,40E+04 1,40E+04 0,121 1,40E+01 1,40E+01 0,121 1,40E-02 1,40E-02 0,121
CO3-2
1,20E+07 1,20E+07 0,017 1,20E+04 1,20E+04 0,017 1,20E+01 1,20E+01 0,017 1,20E-02 1,20E-02 0,017
neq/L μeq/L meq/L eq/L
Conversión de Unidades : Equivalentes/ Volumen
ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error
Ca+ 7,99E+05 7,99E+05 0,025 7,99E+02 7,99E+02 0,025 7,99E-01 7,99E-01 0,025 7,99E-04 7,99E-04 0,025
Mg++ 8,00E+05 8,01E+05 0,107 8,00E+02 8,01E+02 0,107 8,00E-01 8,01E-01 0,107 8,00E-04 8,01E-04 0,107
Na+ 4,23E+07 4,23E+07 0,052 4,23E+04 4,23E+04 0,052 4,23E+01 4,23E+01 0,052 4,23E-02 4,23E-02 0,052
K+ 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000
HCO3 1,20E+07 1,20E+07 0,084 1,20E+04 1,20E+04 0,084 1,20E+01 1,20E+01 0,084 1,20E-02 1,20E-02 0,084
SO4-2 1,54E+06 1,54E+06 0,139 1,54E+03 1,54E+03 0,139 1,54E+00 1,54E+00 0,139 1,54E-03 1,54E-03 0,139
Cl- 1,40E+07 1,40E+07 0,221 1,40E+04 1,40E+04 0,221 1,40E+01 1,40E+01 0,221 1,40E-02 1,40E-02 0,221
CO3-2
6,01E+06 6,00E+06 0,083 6,01E+03 6,00E+03 0,083 6,01E+00 6,00E+00 0,083 6,01E-03 6,00E-03 0,083
nmol/Kg μmol/Kg mmol/Kg mol/Kg
Conversión de Unidades: Moles / Masa
ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error
Ca+ 7,98E+05 7,98E+05 0,051 7,98E+02 7,98E+02 0,050 7,98E-01 7,98E-01 0,050 7,98E-04 7,98E-04 0,051
Mg++ 7,99E+05 8,00E+05 0,082 7,99E+02 8,00E+02 0,082 7,99E-01 8,00E-01 0,082 7,99E-04 8,00E-04 0,082
Na+ 4,22E+07 4,22E+07 0,085 4,22E+04 4,22E+04 0,085 4,22E+01 4,22E+01 0,085 4,22E-02 4,22E-02 0,085
K+ 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000
HCO3 1,20E+07 1,20E+07 0,016 1,20E+04 1,20E+04 0,016 1,20E+01 1,20E+01 0,016 1,20E-02 1,20E-02 0,016
SO4-2 1,54E+06 1,54E+06 0,039 1,54E+03 1,54E+03 0,039 1,54E+00 1,54E+00 0,039 1,54E-03 1,54E-03 0,039
Cl- 1,40E+07 1,40E+07 0,121 1,40E+04 1,40E+04 0,121 1,40E+01 1,40E+01 0,121 1,40E-02 1,40E-02 0,121
CO3-2
6,00E+06 6,00E+06 0,017 6,00E+03 6,00E+03 0,017 6,00E+00 6,00E+00 0,017 6,00E-03 6,00E-03 0,017
nmolar μmolar mmolar molar
Conversión de Unidades: Moles/ Volumen
Tabla 45. Análisis de Resultados Módulo Conversiones. Pozo N° 1.
218
ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error ANAGUA Aqua % de error
Ca+ 7,99E+05 8,01E+05 0,222 7,99E+02 8,01E+02 0,222 7,99E-01 8,01E-01 0,222 7,99E-04 8,01E-04 0,222
Mg++ 8,00E+05 8,03E+05 0,355 8,00E+02 8,03E+02 0,355 8,00E-01 8,03E-01 0,355 8,00E-04 8,03E-04 0,355
Na+ 4,23E+07 4,24E+07 0,191 4,23E+04 4,24E+04 0,191 4,23E+01 4,24E+01 0,191 4,23E-02 4,24E-02 0,191
K+ 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0,00E+00 0,000 0,00E+00 0 0,000
HCO3 1,20E+07 1,20E+07 0,157 1,20E+04 1,20E+04 0,157 1,20E+01 1,20E+01 0,157 1,20E-02 1,20E-02 0,157
SO4-2 1,54E+06 1,55E+06 0,494 1,54E+03 1,55E+03 0,494 1,54E+00 1,55E+00 0,494 1,54E-03 1,55E-03 0,494
Cl- 1,40E+07 1,41E+07 0,442 1,40E+04 1,41E+04 0,442 1,40E+01 1,41E+01 0,442 1,40E-02 1,41E-02 0,442
CO3-2
6,01E+06 6,02E+06 0,214 6,01E+03 6,02E+03 0,214 6,01E+00 6,02E+00 0,214 6,01E-03 6,02E-03 0,214
Conversión de Unidades: Moles / Masa del solvente
nmolal μmolal mmolal molal
Tabla 45. Continuación.
Fuente: Leal, 2010.
4.6.2. Criterio de Validación N°2.
El criterio de validación N° 2 para 6 procedimientos de ANAGUA, consistió en comparar
los resultados arrojados por ANAGUA con los obtenidos en investigaciones científicas
realizadas previas a esta investigación, cuyos objetivos principales se centraron en la
caracterización de aguas de formación de campos petroleros.
La primera investigación consultada para validar fue la realizada por Hernández, 2004.
La data utilizada consistió en análisis físico químico de muestras de agua tomadas a cinco
pozos que se encuentran documentadas en el libro de Schneider, citadas por Hernández,
2004. Los cuatro procedimientos que se validaron por esta vía son los siguientes: Modulo
Patrones en lo que se refiere a los procedimientos crear patrón y comparar una muestra con
dos patrones; y del módulo Análisis, específicamente la sección que corresponde a la
Consistencia Interna de la Muestra.
La segunda investigación consultada fue la realizada por Parra y Montoya, 2002. En este
caso, la data utilizada consistió en seis análisis físico químico de muestras de agua tomadas
a dos pozos, que pertenecen a un campo petrolífero del occidente venezolano. El
procedimientos que se valido por esta vía es el correspondiente al Módulo Análisis,
específicamente la sección que corresponde a la clasificación de las aguas de formación, por
el método propuesto por Sulin.
La tercera investigación que se consideró fue la de Zaporozec, 1972, quien escribió un
artículo técnico sobre la interpretación gráfica del agua. En el documento presenta data de
tres análisis de agua realizada a pozos de Checoslovaquia, y para la data documentada
realizó varios tipos de gráficos. Con este artículo se procedió a validar el diagrama de Durov
219
Iones
Pozo 11 Pozo 12 Pozo 13 Pozo 14 Pozo 15
Na+ 58650 60430 57340 58140 54950
Ca+ 2847 3037 2864 2890 2854
Mg++ 663 753 693 779 736
K+ 962 412 994 300 964
Ba++ 2,41 2,18 2,2 3,5 1,95
Sr++ 780 812 788 828 761
Fe++ 10,3 0,16 20,7 0,03 1,14
Al+++ 0,5 0,6 0,5 0,6 0,05
Cl- 106400 110000 99500 105500 94000
Br- 835 892 788 902 793
SO4-2 283 246 464 161 265
CO3-2 0 0 0 0 0
HCO3 240 240 73 220 293
H4SiO4 2,2 4,3 1,7 3,7 2,4
Concentración (mg/L = ppm)
que corresponde al Módulo Gráfico. A continuación se presentan el error porcentual que
genera la desviación de los resultados de ANAGUA con respecto a los cálculos realizados en
la investigación a la cual se ha hecho referencia, por Módulo.
Módulo Patrones.
De este módulo se validó los procedimientos: crear patrón y comparar una muestra con
dos patrones. A continuación se explica cómo se validó cada una de ellos.
Procedimiento “Crear Patrón”
Para validar el procedimiento de crear un patrón se utilizaron las muestras que se
encuentran en la Tabla 46.
Tabla 46. Muestras utilizadas Validación del procedimiento “Crear un patrón”
Fuente: Schneider, citado por Hernández, 2004.
La Tabla 47 muestra el error porcentual que genera la desviación de los resultados de
ANAGUA con respecto a los cálculos realizados en la investigación realizada por Hernández,
2004.
220
Parámetros Unidad ANAGUA Referencia % Error
Na+ mg/L 57.902,00 57.902,00 0,000
Ca+ mg/L 2.898,40 2.898,40 0,000
Mg++ mg/L 724,80 724,80 0,000
K+ mg/L 726,40 726,40 0,000
Ba++ mg/L 2,44 2,44 0,000
Sr++ mg/L 793,80 793,80 0,000
Fe++ mg/L 6,46 6,46 0,000
Al+++ mg/L 0,45 0,45 0,000
Cl- mg/L 103.080,00 103.080,00 0,000
Br- mg/L 842,00 842,00 0,000
SO4-2 mg/L 283,80 283,80 0,000
CO3-2 mg/L 0,00 0,00 0,000
HCO3 mg/L 213,20 213,20 0,000
H4SiO4 mg/L 2,80 2,80 0,000
Na+ meq/L 2.517,81 2.517,80 0,000
Ca+ meq/L 144,63 144,60 0,021
Mg++ meq/L 59,61 59,60 0,017
K+ meq/L 18,58 18,50 0,431
Ba++ meq/L 0,03 0,03 0,000
Sr++ meq/L 18,12 18,10 0,110
Fe++ meq/L 0,23 0,23 0,000
Al+++ meq/L 0,05 0,05 0,000
Cl- meq/L 2.907,18 2.907,10 0,003
Br- meq/L 6,11 6,11 0,082
SO4-2 meq/L 5,90 5,90 0,000
CO3-2 meq/L 0,00 0,00 0,000
HCO3 meq/L 3,49 3,49 0,000
H4SiO4 meq/L 0,14 0,14 0,000
Resultados Cálculo de Patrón
Tabla 47. Análisis de Resultados Módulo Patrones, sección “Crear Patrón”.
Fuente: Leal, 2010.
De la Tabla 47 se observa que respecto a los resultados expresados en mg/L no se
encontraron desviaciones en cuanto a los resultados obtenidos por ANAGUA y la referencia
que se esta tomando como modelo. Caso contrario ocurrio en los resultados expresados en
meq/L, para el cual el porcentaje de error oscila entre 0 y 0,431 %, valores que se
encuentran por debajo del establecido como aceptable.
Procedimiento “Comparar una muestra con dos patrones”
Para validar el procedimiento de comparar una muestra con dos patrones se utilizaron
tres muestras cuyos datos se encuentran en la Tabla 48.
221
Muestra 18 Patrón A Patrón B
Concentración (mg/L = ppm)
Na+70,14 63,67 155,06
Ca+1,1 1 15,97
Mg++1,6 0,36 28
Cl- 21,18 22,02 168,24
SO4-2 3,2 1,23 29,6
HCO3 48,39 41,8 1,2
Iteraciones ANAGUA Referencia %Error
Muestra 18 Patrón A Patrón B a 0,99118054 0,99118054 0
Concentración (mg/L = ppm) b 0,00881945 0,00881945 0
Na+70,14 63,67 155,06 64,48 64,47601 7,45952E-07
Ca+1,1 1 15,97 1,13 1,1320272 1,80031E-06
Mg++1,6 0,36 28 0,60 0,6037697 1,06001E-06
Cl- 21,18 22,02 168,24 23,31 23,30958 1,85229E-06
SO4-2 3,2 1,23 29,6 1,48 1,4802079 1,75651E-07
HCO3 48,39 41,8 1,2 41,44 41,44193 2,00763E-07
Zit
Tabla 48. Muestras utilizadas Validación del procedimiento “Comparar una muestra con dos patrones”
Fuente: Leal, 2010.
La Tabla 49 muestra el error porcentual que genera la desviación de los resultados de
ANAGUA con respecto a los cálculos realizados en la investigación realizada por Hernández,
2004.
Tabla 49. Análisis de Resultados Módulo Patrones, sección “Comparar una muestra con un Patrón”.
Fuente: Leal, 2010.
De la Tabla 49 se observa que el porcentaje de error fue mínimo, siendo el porcentaje de
error más alto de 1.8 E-06, se obtuvo un excelente cotejo entre las variables a y b, las
cuales son las que definen el porcentaje del patrón A y del patrón B que tiene la mezcla.
Cabe destacar que la validación de este procedimiento aplica también para validar el método
gráfico de McKinnell, ya que ANAGUA emplea este procedimiento para determinar las
variables a y b, antes de proceder a graficar.
222
N° Pozo Parámetros Unidad ANAGUA Referencia % Error
% de Error % 7,53 7,34 2,59
Na_corregido mg/L 63.870,75 63.735,29 0,21
% de Error % 3,02 3,02 0,00
Na_corregido mg/L 59303,03 59303,053 0,00
% de Error % 7,56 7,5 0,80
Na_corregido mg/L 63337,25 63337,28 0,00
% de Error % 1,23 1,2 2,50
Na_corregido mg/L 55704,4 55704,414 0,00
Resultados Pozo N° 11,13,14,15
11
13
14
15
Módulo Análisis Sección: Consistencia Interna de la Muestra.
Como se ha descrito anteriormente, el Modulo Análisis está conformado por cinco
secciones. En esta oportunidad según el criterio de validación N° 2 se procederá a validar la
sección de Consistencia Interna de la Muestra.
La sección consistencia interna de la muestra se refiere a los procedimientos de Balance
Iónico y Corrección por sodio, por tratarse de dos procedimientos que se realizan uno
seguido del otro, se procedió a validarlos juntos. Las muestras utilizadas para tal fin, son las
que pertenecen a los pozos 12,14, 15 y 16 y los resultados obtenidos se presentan en la
Tabla 50.
Tabla 50. Análisis de Resultados Módulo Análisis, sección “Consistencia Interna de la muestra”.
Fuente: Leal, 2010.
Como se observa en la Tabla 50, el valor máximo del porcentaje de error es de 2,59 %
por lo tanto se concluye que existe un buen cotejo en estos procedimientos.
Módulo Análisis: Clasificación de las aguas de formación, Método de Sulin.
Para clasificar el Método de Sulin, se utilizaron cuatro análisis físico químico de muestras
de agua tomadas al pozo 16 y uno del pozo 17, que pertenecen a un campo petrolífero del
occidente venezolano, las cuales se muestran a continuación, en la Tabla 51.
223
N° Muestra Parámetros ANAGUA Referencia % Error Cotejo
Na/Cl 2,40 2,40 0,00
Clase Meteórica Meteórica Si
(Na-Cl)/SO4 59,08 59,08 0,00
Tipo Bicarbonato de Sodio Bicarbonato de Sodio Si
Na/Cl 2,48 2,50 0,80
Clase Meteórica Meteórica Si
(Na-Cl)/SO4 58,73 58,73 0,00
Tipo Bicarbonato de Sodio Bicarbonato de Sodio Si
Na/Cl 1,92 1,90 1,05
Clase Meteórica Meteórica Si
(Na-Cl)/SO4 10,38 10,38 0,00
Tipo Bicarbonato de Sodio Bicarbonato de Sodio Si
Na/Cl 2,28 2,30 0,87
Clase Meteórica Meteórica Si
(Na-Cl)/SO4 83,87 83,86 0,01
Tipo Bicarbonato de Sodio Bicarbonato de Sodio Si
Na/Cl 1,88 1,90 1,05
Clase Meteórica Meteórica Si
(Na-Cl)/SO4 33,17 33,24 0,21
Tipo Bicarbonato de Sodio Bicarbonato de Sodio Si
16 (1)
16 (2)
16 (3)
16 (4)
17 (2)
Resultados Pozo N° 16 y 17
16 (1) 16(2) 16(3) 16(4) 17(2)
Na+ 76 71,7 69,31 78,4 82,3
Ca+0,4 0,4 0,15 0,8 0,6
Mg++ 0,08 0,08 0,16 0,72 1,2
Cl- 31,73 28,91 36,04 34,40 45,42
SO4-2 0,75 0,73 3,21 0,53 1,69
HCO3 38,99 36,6 28,8 39,39 34,59
CO3-2
5 6 1,6 5,60 2,4
meq/LIones
Muestras
Tabla 51. Muestras utilizadas Validación del procedimiento “Método de Sulin”
Fuente: Leal, 2010.
La Tabla 52 muestra el error porcentual y el cotejo que genera la desviación de los
resultados de ANAGUA con respecto a los cálculos realizados en la investigación realizada
por Parra y Montoya, 2002.
Tabla 52. Análisis de Resultados Módulo Análisis, procedimiento Método de Sulin.
Fuente: Leal, 2010.
224
Pozo Nº 19 Pozo Nº 20 Pozo Nº 21
Na+ + K 68,24 70,24 4,4
Mg++ 11,4 9,41 45,6
Ca+ 18,5 20,5 50,1
Cl- 2,05 20,63 6,4
HCO3 95,1 36,63 79,5
SO4-2
2,82 43,11 13,9
Iones%meq/L
De la los resultados presentados en la Tabla 52 se concluye que el procedimiento de
Sulin en el programa ANAGUA proporcionará resultados con alta certidumbre al usuario,
debido a que el mayor valor de porcentaje de error encontrado fue de 1.05 %,
encontrándose por debajo del criterio de tolerancia establecido. En cuanto al cotejo, se
observa que los resultados sobre la clase y el tipo de agua arrojados por ANAGUA coinciden
con los valores que se tienen de referencia.
Módulo Análisis: Diagrama de Durov.
Para validar el gráfico de Durov, se procedió a graficar en ANAGUA con data ejemplo de
tres (3) muestras de análisis físico-químicos de agua que se encuentran reseñadas en el
documento científico escrito por Zaporozec, 1972. La data utilizada se presenta en la Tabla
53.
Tabla 53. Muestras utilizadas Validación del procedimiento “Diagrama de Durov”.
Fuente: Zaporozec, 1972
Para la comparación se utilizaron los mismos lineamientos que los descritos en el criterio
de validación N° 1 utilizados para los métodos gráficos, de manera que se procedió a
comparar el gráfico arrojado por ANAGUA y el que se encuentra en el artículo citado,
considerando para ello la escala, valores exactos de los datos que se graficaron, y
apariencia general del gráfico que involucra el contraste de colores, tamaños de las letras,
titulo, entre otros. Cabe destacar que los resultados se consideran satisfactorios debido a
que se encontró concordancia en la escala, valores de los datos, apariencia y exactitud de
los gráficos.
225
4.6.3. Criterio de Validación N°3.
De la bibliografía consultada fue difícil encontrar ensayos ya elaborados para once (11)
de los treinta y siete (37) procedimientos que realiza el programa ANAGUA, debido a que si
algún ensayo o experimento científico ilustraba resultados, a veces no presentaban de una
forma clara los datos que estaban involucrados en los cálculos. Por lo tanto, debido a la
escasa fuente de información encontrada sobre ejercicios de estos diez procedimientos, se
procedió a realizar cada uno de ellos en forma manual en una hoja de cálculo Excel, la hoja
de cálculo o instrumento fue validada por el tutor de la investigación.
En adición, para tener mayor certidumbre de los resultados arrojados por la hoja de
cálculo Excel, a medida que se iban obteniendo resultados se realizaban comparaciones
cualitativas relacionando los diferentes parámetros calculados para una misma prueba y
haciendo comparaciones cuantitativas entre diferentes pruebas, además con la ayuda de la
experiencia y conocimiento de expertos en el tema.
Los procedimientos que se validaron con este criterio son:
Módulo Patrones: Compara una muestra con un patrón.
Módulo Análisis: Método de Hem, Método de Bojarski, Método de Schoeller, Método de
Oddo y Tomson, Método de Stiff Davis, Índice de Langelier, Índice de Ryznar.
Módulo Gráficos: Diagrama de Sulin, Diagrama de Reistle.
Módulo Análisis: Resistividad.
A continuación se presentan los resultados de error porcentual de la desviación de los
datos de salida de ANAGUA con respecto a los cálculos realizados para cinco pozos, los
pozos 1, 2, 3,4 y 5, en forma manual.
Módulo Patrones: Comparar una muestra con un Patrón.
Una vez realizado los cálculos requeridos para comparar una muestra con un patrón, se
presentan los resultados en la Tabla 54 colocando como parámetros a comparar la
desviación y el porcentaje de aproximación de la muestra analizda con respecto al patrón.
Observando los mismos, se aprecia que los porcentajes de error calculados se encuentran
por debajo del 5%.
226
ANAGUA Referencia % de Error
Iones Muestra 11 Patrón Desviación Desviación
Na+ 58650 61668,3845 147,74 147,73 0,004
Ca+ 2847 2898,4 0,91 0,91 0,000
Mg++ 663 724,8 5,27 5,27 0,000
K+ 962 726,4 76,41 76,41 0,000
Ba++ 2,41 2,448 0,00 0,00 0,000
Sr++ 780 793,8 0,24 0,24 0,000
Fe++ 10,3 6,466 2,27 2,25 1,038
Al+++ 0,5 0,45 0,01 0,01 0,000
Cl- 106400 103080 106,93 106,93 0,000
Br- 835 842 0,06 0,06 0,000
SO4-2 283 283,8 0,00 0,00 0,000
CO3-2 0 0 0,00 0,00 0,000
HCO3 240 213,2 3,37 3,37 0,000
H4SiO4 2,2 2,86 0,15 0,15 0,000
Sumatorias 171.675,41 171.243,01 343,36 343,33 0,009
% Aproximación 99,80 99,80 0,00
Concentración (mg/L =
N° Pozo Parámetros Unidad ANAGUA Referencia % Error Cotejo
Solidos totales disueltos mg/L 2.759,74 2.758,70 0,04
Tipo de agua Salobres Salobres Si
Solidos totales disueltos mg/L 3.718,00 3.718,00 0,00
Tipo de agua Salobres Salobres Si
Solidos totales disueltos mg/L 2.458,00 2.457,60 0,02
Tipo de agua Salobres Salobres Si
Solidos totales disueltos mg/L 3.346,00 3.346,20 0,01
Tipo de agua Salobres Salobres Si
2
3
4
Resultados Pozo N° 1-4
1
Tabla 54. Análisis de Resultados Módulo Patrones, sección “Comparar un Muestra con un Patrón”.
Fuente: Leal, 2010.
Método de Hem.
Una vez realizado los cálculos requeridos por el método de Hem para la clasificación de
las aguas, se documentan los resultados en la Tabla 55 colocando como parámetros a
comparar los sólidos totales disueltos y el tipo de agua. Observando los mismos, se aprecia
que el mayor valor obtenido para el porcentaje de error fue de 0,04% (<5%), además
existe un excelente cotejo en cuanto a la descripción del tipo de agua se refiere.
Tabla 55. Análisis de Resultados procedimiento Método de Hem.
Fuente: Leal, 2010.
227
N° Pozo Parámetros ANAGUA Referencia % Error Cotejo
Na/Cl 3,01 3,01 0,00
Zonas Hidroquímicas Zonas Hidrodinámicas Zonas Hidrodinámicas Si
Tipo de agua N/A N/A
Na/Cl 1,48 1,49 0,67
Zonas Hidroquímicas Zonas Hidrodinámicas Zonas Hidrodinámicas Si
Tipo de agua N/A N/A
Na/Cl 2,86 2,86 0,00
Zonas Hidroquímicas Zonas Hidrodinámicas Zonas Hidrodinámicas Si
Tipo de agua N/A N/A
Na/Cl 1,72 1,72 0,00
Zonas Hidroquímicas Zonas Hidrodinámicas Zonas Hidrodinámicas Si
Tipo de agua N/A N/A
Resultados Pozo N° 1-4
1
2
3
4
Método de Bojarski.
Para el método de Bojarski se compararon los resultados obtenidos en cuanto a la
relación iónica principal Na/Cl, las Zonas Hidrodinámicas y el tipo de Agua. Los resultados se
documentan en la Tabla 56, donde se observa que existe un porcentaje de error mínimo
entre ambos resultados, pues el los valores oscilaron entre 0 y 0,67% (<5%). Los
resultados obtenidos por ANAGUA en relación a la descripción de las zonas hidroquímicas y
el tipo de agua coincidieron con los valores tomados como referencia.
Tabla 56. Análisis de Resultados procedimiento Método de Hem.
Fuente: Leal, 2010.
Método de Schoeller.
Para validar el método de Schoeller en el programa ANAGUA se consideraron cuatro
parámetros fundamentales, los cuales son: concentración de Cloro, concentración de
Sulfato, concentración de Bicarbonato y el Índice de Bases cambiables (IBE). Los resultados
se presentan en la Tabla 57, observándose correspondencia entre los parámetros
estudiados. El porcentaje de error para el cálculo del IBE oscila entre 0 y 0,96%,
encontrándose por debajo del valor máximo permisible (< 5%).
Métodos de Pronóstico de Precipitados.
Los métodos de pronósticos de precipitados que se validaron son: índice de Langelier,
índice de Ryznar, índice de saturación según el método de Stiff Davis y el índice de
Saturación según el método de Oddo y Tomson. Cabe destacar que la validación sólo se
228
N° Pozo Parámetros ANAGUA Referencia % Error Cotejo
Concentración de Cloro Bajo Bajo Si
Concentracion de Sulfato Normal Normal Si
Concentración de Bicarbonato Alto Alto Si
IBE -1,05 -1,04 0,96
Concentración de Cloro Bajo Bajo Si
Concentracion de Sulfato Normal Normal Si
Concentración de Bicarbonato Alto Alto Si
IBE -0,83 -0,83 0,00
Concentración de Cloro Bajo Bajo Si
Concentracion de Sulfato Normal Normal Si
Concentración de Bicarbonato Normal Normal Si
IBE -0,95 -0,95 0,00
Concentración de Cloro Bajo Bajo Si
Concentracion de Sulfato Normal Normal Si
Concentración de Bicarbonato Alto Alto Si
IBE -0,98 -0,98 0,00
1
2
3
4
Resultados Pozo N° 1-4
N° Pozo Parámetros ANAGUA Referencia % Error
Índice de Langelier (LSI) 2,282 2,283 0,04
Índice de Ryznar (RSI) 4,433 4,433 0,00
Método Stiff Davis (SI) 2,075 2,075 0,00
Método Oddo y Tomson (IS) 6,42 6,42 0,00
Índice de Langelier (LSI) 1,834 1,834 0,00
Índice de Ryznar (RSI) 4,932 4,933 0,02
Método Stiff Davis (SI) 1,612 1,614 0,12
Método Oddo y Tomson (IS) 5,94 5,94 0,00
Resultados Pozo N° 1, 2
1
2
realizó con tres pozos, ya que los pozos N° 4 y 5 no poseen los datos de alcalinidad y
dureza, los cuales son necesarios para algunos de los cálculos de los métodos citados.
Tabla 57. Análisis de Resultados procedimiento Método de Schoeller.
Fuente: Leal, 2010.
Los resultados se documentaron en la Tabla 58, obteniéndose muy buen cotejo entre los
cálculos arrojados por el programa ANAGUA y los realizados en la Hoja Excel, ya que el
porcentaje de error calculado oscila entre 0 y 0,12%.
Tabla 58. Análisis de Resultados procedimiento Pronóstico de precipitados.
Fuente: Leal, 2010.
229
Diagramas /
GráficosN° de Pozos Escala
Valores
puntualesApariencia
Similitud con Grafico
referencialResultado
Diagrama de Sulin Del 1 al 17 acorde acorde acorde acorde SATISFACTORIO
Diagrama Reistle Del 11 al 15 acorde acorde acorde acorde SATISFACTORIO
Resultados
Métodos Gráficos: Diagrama de Sulin y Reistle.
Para validar los gráficos de Sulin y Reistle, se procedió a graficarlos con data ejemplo
utilizando la herramienta Excel, y luego se compararon éstos gráficos con los obtenidos por
el programa ANAGUA. Para la comparación se utilizaron los mismos lineamientos que los
descritos en el primer criterio de validación, para las muestras de: Diagrama de Stiff,
Diagrama Ternario, Diagrama de Piper, Diagrama de Schoeller. La Tabla 59, presenta los
resultados.
Tabla 59. Análisis de Resultados Módulo Grafico: Diagrama de Sulin y Reistle.
Fuente: Leal, 2010.
De la Tabla 59 podemos apreciar que en todos los gráficos el resultado fue satisfactorio,
se evaluó cada uno según las premisas descritas de escala, valores puntuales y apariencia,
así como en cuanto a la similitud con el gráfico modelo.
En términos generales se observó que treinta y seis (36) procedimientos fueron
validados con diferentes criterios, todos con fundamento técnico, obteniéndose porcentajes
de errores que se encuentran por debajo del valor que se definio como máximo porcentaje
de erro permisible 5%. En aquellos casos puntuales donde el porcentaje de error fue mayor
al 5%, como el caso de la sección de Equilibrio de Carbonatos, se procedió a elaborar los
cálculos en forma manual para compararlos con los resultados de ANAGUA, demostrando
que había coincidencia entre los cálculos realizados en forma manual y los de ANAGUA.
Es importante destacar que para calcular la resistividad, la metodología que emplea el
programa ANAGUA es la documentada por Crain, 1986 en su libro titulado “The Log analysis
Handbook”, en este libro el autor expone una metodología sencilla (la cual se ha descrito en
el punto número dos (2) de este capítulo) para calcular la resistividad del agua a partir de la
salinidad, contenido de cloro del agua, datos de profundidad, temperatura de fondo y
temperatura de superficie. De la bibliografía consultada fue difícil conseguir data real de
pozos con la cual se pudiera validar este procedimiento. Por lo que se hizo especial atención
230
en programar este procedimiento tal cual aparece en el libro de Crain para evitar que se
pudieran cometer errores al transcribir las fórmulas, y se validó con un ejemplo que propone
el autor Carin en el libro citado, obteniendo coincidencia en los resultados.
CAPITULO V
MANUAL DEL USUARIO DEL PROGRAMA COMPUTARIZADO ANAGUA
Introducción.
El programa computarizado ANAGUA permite la clasificación físico química de las aguas
de formación, a partir de los análisis realizados a las muestras de agua tomadas. El
programa ANAGUA permite: almacenar los análisis de muestras de agua en una base de
datos, determinar la consistencia interna de éstos análisis, realizar corrección por sodio a los
balances iónicos de las muestras, crear el patrón de agua por yacimiento, comparar una
muestra con uno o dos patrones, clasificar las aguas de formación según las propuestas de
Hem, Sulin, Bojarski y Schoeller, representar gráficamente los datos a partir de los gráficos
de Stiff, Sulin, Reistle, Piper, Durov, Mckinnell y el diagrama ternario, pronosticar la
tendencia del agua a formar depósitos de Carbonato de Calcio, así como calcular la
Resistividad de agua de formación. Por tanto, esta herramienta permitirá una completa
clasificación físico química de las aguas de formación lo que incidirá favorablemente en una
mejor caracterización de los yacimientos en estudio.
El programa se presenta como una herramienta muy útil que le permitirá al Ingeniero
no sólo tener bien definida y caracterizada el agua de formación de los yacimientos en
estudio, sino que también le brindará la oportunidad de contar con una base de datos donde
se almacenen las muestras de agua y los análisis realizados a las mismas, así como calcular
patrones de agua por yacimiento, y comparar las muestras con éstos patrones.
Todo esto permite que el Ingeniero, una vez efectuado los análisis pueda establecer
decisiones oportunas en pro de lograr una mejor caracterización de los yacimientos, y dar
solución a problemas prácticos que se presentan tales como definir si la producción de agua
en un pozo procede de su propio yacimiento, o de otros yacimientos vecinos que se han
comunicado al pozo debido a problemas mecánicos.
Descripción y Aplicación de Módulos.
ANAGUA consta de los cinco módulos siguientes: Base de Datos, Patrones, Módulo
Análisis, Módulo Conversiones y Módulo Gráficos, que se encuentran distribuidos en tres
ventanas principales: Muestras, Comparar y Análisis.
232
Módulo Base de Datos.
Este modulo tiene la función de almacenar la data de los análisis físicos químicos
realizados a las muestras de agua tomadas a los pozos de los yacimientos en estudio. El
programa ANAGUA permitirá almacenar las muestras de aguas así como también los
patrones de agua calculados.
La ventana “Muestra” es la primera ventana que aparece por defecto cuando se inicia
sesión en ANAGUA. Desde esta ventana el usuario carga los datos de las muestras para
almacenar en la Base de datos, además desde esta ventana se pueden realizar los
procedimientos siguientes: Crear patrones, Balance iónico de las muestras yCorrección por
Sodio.
Ventana principal del programa ANAGUA.
Módulo Patrones.
En este modulo se encuentran las secciones siguientes:
Comparar una muestra con un patrón: como su nombre lo indica, en este módulo se
compara una muestra de agua con un patrón definido, aplicando el principio estadístico de la
desviación estándar.
233
Compara una muestra con dos patrones: en este módulo se compara una muestra de agua
con dos patrones definidos.
La segunda ventana “Comparar” está diseñada para que el usuario establezca las
comparaciones entre una muestra y un patrón, o una muestra y dos patrones.
Ventana de la opción “Comparar” programa ANAGUA.
Módulo Análisis.
Este módulo se subdivide a su vez en cinco secciones: propiedades de los fluidos,
clasificación de las aguas de formación, pronósticos de precipitados, equilibrios de
carbonatos y conversiones de unidades.
Propiedades de los Fluidos: Involucra los cálculos de sólidos disueltos, densidad, resistividad
y dureza.
Clasificación de las aguas de formación: El programa ofrece cuatro secciones para clasificar
las aguas de formación de acuerdo a los métodos analíticos de Hem, Sulin, Bojarski y
Schoeller.
Pronósticos de Precipitados: Incluyen cuatro secciones para determinar la tendencia del
agua a formar precipitados, índice de Langelier, el índice de Ryznar, método de Stiff Davis y
el método de Oddo y Tomson.
234
Equilibrio de Carbonatos: Se refiere al acomodo entre los iones de carbonato presentes en la
solución, para ello se incluyes seis secciones: coeficiente de actividad, constante de
equilibrio aparente, especiación, alcalinidad, saturación mineral, presión parcial CO2.
Conversiones de unidades: Está integrado por seis secciones, las cuales permiten realizar las
conversiones en las unidades siguientes: Masa / Volumen, Unidades Equivalente / Volumen,
Unidades Moles/ Masa, Unidades Moles/ Masa de Solvente, Unidades Moles/ Volumen y
Unidades %Equivalencia / Volumen.
La tercera ventana “Análisis” es la que corresponde a los análisis, en esta ventana se
despliega la mayoría de los resultados analíticos que ANAGUA realiza. También se presenta
en esta ventana las conversiones de las unidades físicas.
Ventana de la opción “Análisis” programa ANAGUA.
Módulos Gráficos.
Este módulo está integrado por ocho secciones, cada uno corresponde a un método
gráfico que permite la clasificación físico química de las aguas de formación. Los métodos
referidos que se incluyen son los siguientes: Stiff, Sulin, Reistle, Diagrama Ternario, Piper,
Durov, Schoeller y McKinnell. El usuario escogerá cual método grafico desea utilizar, y se
irán adicionando tantas pestañas como gráficos se desee. Ver ventanas de los gráficos de
Stiff y Ternario
235
Menú de la opción “Gráficos” programa ANAGUA.
Diagramas de Stiff y Ternario, programa ANAGUA.
¿Cómo cargar la data en ANAGUA?
El usuario puede proceder a cargar los datos haciendo click en el botón “Nueva Muestra”
ubicado en la ventana principal del programa. ANAGUA desplegará la ventana “Ingresar
Muestra”, que se muestra a continuación. Allí el usuario procede a cargar los datos de las
muestras en forma manual, y luego hace click en el botón “Guardar”
236
Pantalla de opción “Agregar muestras” ANAGUA.
El usuario también tiene la opción de seleccionar una muestra de agua y/o un patrón de
agua guardados en la base de Datos. El listado de las muestras y/o patrones guardados
aparece como se presentan en las imágenes siguientes.
Pantalla “Base de Datos para Muestras” Programa ANAGUA.
237
Pantalla “Base de Datos para Patrones” Programa ANAGUA.
¿Cómo crear un patrón en ANAGUA?
Se cargan las muestras en la ventana principal y se le da click al botón “Patrón”,
automáticamente se calculará en una columna ubicada en la parte derecha de la pantalla, el
patrón expresado en mg/L y en Equivalentes.
Ejemplo “Crear un patrón” Programa ANAGUA.
238
¿Cómo comparar una muestra con un patrón?
Se cargan las muestras en la ventana “Comparar”, seleccionando la Muestra a comprara
y el patrón. Luego, se le da click al botón “Comparar 1 Muestra 1 Patrón”, automáticamente
se calculará en una columna ubicada en la parte derecha de la pantalla, donde se presenta
la diferencia entre la muestra y el patrón, y la desviación estándar por ion, además del
porcentaje de aproximación de la muestra respecto al patrón.
Ejemplo “Comparar una muestra con un patrón” Programa ANAGUA.
¿Cómo comparar una muestra con dos patrones?
Se cargan las muestras en la ventana “Comparar”, seleccionando la Muestra a comprara
y el patrón. Luego, se le da click al botón “Comparar 1 Muestra 2 Patrones”,
automáticamente se calculará en dos cuadros de textos los porcentajes de A y B.
239
Ejemplo “Comparar una muestra con dos patrones” Programa ANAGUA.
¿Cómo realizar Balance Iónico de la Muestra?
Se cargan las muestras en la ventana “Muestras”, se selecciona la Muestra de interés y
se le da click a la opción “Mostrar Balance iónico de la Muestra”; si la casilla aparece
coloreada en color rojo, significa que la muestra no está balanceada iónicamente, y si
aparece coloreada en color verde, si esta balanceada iónicamente.
Ejemplo “Balance iónico de la Muestra” Programa ANAGUA.
240
¿Cómo realizar la corrección por Sodio a la Muestra?
Se ingresan las muestras en la ventana “Muestras”, se selecciona la Muestra de interés
y se le da click a la opción “Mostrar corrección por Sodio”; automáticamente aparecerá la
casilla con el valor del sodio corregido, coloreado de color verde.
Ejemplo “Corrección por sodio” Programa ANAGUA.
241
CONCLUSIONES
Del analisis realizado a la teoria propuesta por diferentes autores, se seleccionaron
treinta y siete (37) procedimientos que sirven de base para el programa ANAGUA, los
cuales son: balance iónico de la muestra, corrección por sodio del balance iónico,
creación de patrones de agua, comparación de una muestra de agua con un patrón
definido, comparación de una muestra de agua con dos patrones definidos,
clasificación de las aguas de formación por los métodos de Hem, Sulin, Bojarski y
Schoeller; cálculos de las propiedades del agua, sólidos específicamente sólidos
disueltos, densidad, resistividad y dureza; equilibrios de carbonatos en lo que
respecta a coeficientes de actividad, constantes de equilibrio aparente, especiación,
alcalinidad, saturación mineral y presión parcial CO2; diagrama de Stiff, diagrama de
Sulin, gráfico de Reistle, diagrama ternario o triangular, gráfico para mezcla de agua
por el método de McKinnell, pronóstico de la tendencia de la muestra o patrón a
depositar carbonatos de calcio por los métodos de índice de Langelier, índice de
Ryznar, índice de Stiff Davis y el método de Oddo y Tomson; conversión de unidades
masa/volumen, equivalente/volumen, moles/masa, moles/masa de solvente,
moles/volumen, %equivalencia/volumen.
Para el Diseño conceptual del programa ANAGUA se agruparon los treinta y siete (37)
procedimientos en cinco (5) modulos siguientes: Base de Datos, Patrones, Análisis,
Métodos Gráficos y Conversión de Unidades.
El Módulo Base de Datos corresponde a la función de almacenar los resultados de los
análisis físicos químicos realizados a las muestras de agua tomadas a los pozos de los
yacimientos en estudio. El programa ANAGUA permitirá almacenar las muestras de
aguas así como también los patrones de agua calculados.
El Módulo Patrones está dirigido a las acciones de crear un patrón, compara una
muestra con un patrón y comparar una muestra con dos patrones.
El Módulo Análisis ofrece la mayoría de los procedimientos que permitirán realizar los
análisis necesarios para la clasificación físico química de las aguas de formación. Este
módulo se subdivide a su vez en cinco secciones: consistencia interna de la muestra,
propiedades de los fluidos, clasificación de las aguas de formación, pronósticos de
precipitados y equilibrios de carbonatos.
242
El Módulo Gráficos está integrado por ocho secciones, cada uno corresponde a un
método gráfico que permite la clasificación físico química de las aguas de formación.
Los métodos referidos que se incluyen son los siguientes: Stiff, Sulin, Reistle,
Diagrama Ternario, Piper, Durov, Schoeller y McKinnell.
El Módulo Conversiones está conformado por seis secciones, las cuales permiten
realizar las conversiones en las unidades siguientes: Masa/Volumen,
Equivalente/Volumen, Moles/Masa, Moles/ Masa de Solvente, Moles/Volumen y
Unidades %Equivalencia/Volumen.
La construcción de los diagramas de flujo con la metodología paso a paso de cada
uno de los autores ha sido predominante para la fiel programación de las mismas y
para el éxito de los resultados obtenidos.
El programa computarizado ANAGUA ha sido programado con éxito en el lenguaje
Visual Basic versión 6.0 (Plataforma Windows) y se desempeña correctamente en
cada uno de sus procesos, es de fácil uso y de interfase amigable, lo cual facilita su
uso a todos los usuarios.
ANAGUA es una herramienta interactiva que permite, basado en los análisis físico
quimicos realizados al agua, clasificar las aguas de formación, a partir de 37
procedimientos lo cual permite obtener una completa clasificación físico química de
las aguas, lo que incide favorablemente en una mejor caracterización de los
yacimientos en estudio.
La validación del programa se realizó con 26 muestras de analisis físicos quimicos de
agua tomadas en 21 pozos pertenecientes a diferentes campos petrolíferos, la cual se
realizó a partir de los cálculos del error porcentual que presentaba los resultados
arrojados por ANAGUA con respecto a un modelo de referencia. Se estableció un
porcentaje de error del 5,00% como el máximo valor permisible aceptado para
considerar el procedimiento como apto, para toodos los módulos se obtuvó
porcenatjes de error por debajo de éste valor, por lo cual se garantiza que los
resultados arrojados por ANAGUA cumplen con la certidumbre necesaria para
considerarlos como válidos.
243
Para el módulo patrones los porcentajes de error calculados oscilaron entre 0,00 y
0,14 %; encontrandose por debajo del máximo porcentaje de error aceptado
(5,00%).
Para el módulo análisis los porcentajes de error calculados fueron los siguientes: en
lo que respecta a la sección de clasificación de las aguas, el porcentaje de error se
encontró entre 0,00 y 1,05 %, en cuanto a la sección pronóstico de precipitados el
porcentaje de error oscila entre 0,00 y 0,12%, en la sección propiedades de los
fluidos el porcentaje de error oscila entre 0,00 y 3,62% , para la sección consistencia
interna de la muestra el porcentaje de error se encuentra entre 0,00 y 2,59 %; y
para la sección equilibrio de carbonatos el porcentaje de error respecto a los cálculos
elaborados en una hoja de cálculo Excel fue de 0,00% ; por lo tanto, todos los
porcentajes de errores de éste módulo se encuentran por debajo del 5,00%.
Para el módulo Gráficos se obtuvo resultados satisfactorios para los nueve (9)
gráficos que genera el porgrama ANAGUA, al compararlo respecto a gráficos
referenciales, en cuanto a los ítems de: escala, valores exactos de los datos a
graficar y apariencia general.
Para el módulo de Conversión de Unidades el porcentaje de error oscila entre 0,00 y
0,49 %, lo que significa que se encuentra por debajo del criterio definido como
aceptable (< 5,00%). Las Unidades de conversión que presentan errores más
elevados en comparación con el resto, es la Unidad Moles / Masa de solventes
(molal), sin embargo éstos porcentajes se encuentran dentro de los rangos
aceptables, siendo el promedio del porcentaje de error para éste último renglón de
0,26 % (<5,00%).
El programa diseñado ANAGUA es una herramienta muy útil para la toma de
decisiones acertadas a la hora de establecer decisiones oportunas en pro de lograr
una mejor caracterización de los yacimientos, y dar solución a problemas prácticos
tales como identificar las fuentes de producción de agua, detección de comunicación
vertical, tanto a nivel de pozos como de yacimientos, delimitación areal del
yacimiento, monitoreo del frente del avance de agua de inyección, cuantificación del
agua producida en proyectos de inyección de vapor.
244
RECOMENDACIONES
Considerar todos los resultados arrojados por ANAGUA para soportar los modelos
petrofisicos y geológicos de los yacimientos que se deseen estudiar, así como para el
monitoreo de los programas de recuperacion secundaria.
Se recomienda realizar nuevas corridas al programa ANAGUA utilizando análisis físico
químicos que pertenezcan a pozos de otros campos petrolíferos, diferentes a los que
se utilizaron para la validación realizada en la presente investigación.
Proponer nuevos proyectos de investigación para la extensión del referido programa
computarizado y así mejorarlo desde el punto vista de programación, de adicion de
nuevos métodos o simplemente la incorporación de regresiones matemáticas -para
aquellos procedimientos en los cuales aplique- para así corregir y hacer más precisos
los resultados arrojados.
Incrementar la practicidad del programa ANAGUA, contemplando la idea de integrar
las unidades de conversión en la ventana principal del programa, para que de esta
manera el usuario pueda seleccionar en que unidad física desea ingresar los datos de
los cationes y aniones de las muestras; así como también hacer posibles que el
usuario pueda importar/exportar data.
Aumentar el alcance del programa anexándole módulos que se encarguen de los
cálculos siguientes: análisis geoquímicos de agua de formación, análisis de recarga
de acuíferos, relaciones de Calcio Magnesio para predecir los cambios de flujo de las
aguas del yacimiento, control de agua de desecho, análisis de aguas para detectar
productos resultantes de la estimulación y fracturamiento de pozos.
En otras áreas diferentes a la rama de Ingeniería de Petróleo, éste programa sería la
base para el control de agua producida por pozos artesianos o para caracterización de
las aguas de recipientes cerrados como el Lago de Maracaibo o el Lago de Valencia.
245
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248
CO2
I A B Log γ γ Log γ γ Log γ γ Log γ γ γ
1 52,602004 0,5089807 0,3284615 -1,259888 0,054968 -0,164504 0,684693 -0,314972 0,484204 -0,965511 0,108265 2,000000
2 62,034048 0,5089807 0,3284615 -1,268455 0,053895 -0,165086 0,683776 -0,317114 0,481822 -0,970534 0,107020 3,000000
3 35,033515 0,5089807 0,3284615 -1,23612 0,058060 -0,162868 0,687277 -0,309030 0,490874 -0,951491 0,111817 4,000000
4 50,607299 0,5089807 0,3284615 -1,257793 0,055234 -0,164361 0,684919 -0,314448 0,484788 -0,964280 0,108572 5,000000
Coeficiente de actividad
Pozo
Carbonato Hidrogeno Bicarbonato Calcio
Log K1 K1 K1_prima Log K2 K2 K2_prima Tot_CO3 CO2 CO3 HCO3
-6,376356 4,203815E-07 1,736E-06 -10,3492 4,47511E-11 3,94203E-10 17,0461 0,0070384 4,8177051 12,221383
-6,376356 4,203815E-07 2,617E-06 -10,3492 4,47511E-11 4,00078E-10 18,4243 0,0152394 2,5292404 15,879799
-6,376356 4,203815E-07 3,426E-06 -10,3492 4,47511E-11 3,7835E-10 23,6999 0,015094 3,1004936 20,584323
-6,376356 4,203815E-07 4,336E-06 -10,3492 4,47511E-11 3,9278E-10 20,5807 0,1472043 0,2506867 20,182844
Constantes de Equilibrio Aparente (K1´y K2´) Especiación disponible ( mmolal)
Alcalinidad
por
titulaciónPara la
calcita
Para la
Aragonita Calcita Aragonita
mg CaCo3/kg Log K Log K Q Log Q SI SI Log K K PCO2
1.213.283,24 -8,66089 -8,49679 0,028590 -1,543782 7,1171071 6,9530076 -1,45222118 0,03530033 0,19938662
995.203,54 -8,66089 -8,49679 0,011526 -1,938313 6,7225766 6,5584771 -1,45222118 0,03530033 0,43170558
1.090.462,02 -8,66089 -8,49679 0,001170 -2,931916 5,728974 5,5648745 -1,45222118 0,03530033 0,42758663
1.010.249,32 -8,66089 -8,49679 0,000000 - - - -1,45222118 0,03530033 4,17005379
Presión parcial CO2.
Indice de Saturación
APÉNDICE
CÁLCULO PARA VALIDACIÓN DEL MÓDULO ANÁLISIS SECCIÓN
EQUILIBRIO DE CARBONATOS