tesis emulsiones

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I

UNIVERSIDAD TECNOLGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

ESCUELA DE TECNOLOGA DE PETRLEOS

DESHIDRATACIN ELECTROSTTICA DE HIDROCARBUROS

TESIS DE GRADO PREVIA LA OBTENCIN DEL TTULO DE TECNLOGO EN PETRLEOS

AUTOR: MIGUEL ANGEL VEGA RON

DIRECTOR: ING. FERNANDO REYES

QUITO-ECUADOR

JUNIO, 2008

II

III

IV

V

AGRADECIMIENTOS

Primeramente quiero agradecerle a Dios por darme las fuerzas para continuar siempre adelante. Un especial agradecimiento a todas las personas que trabajan en PETROPRODUCCIN en el Distrito Amaznico por recibirme y tratarme bien; y en especial a todo el Departamento de Ingeniera de Petrleos D.A. por haberme facilitado toda la informacin disponible para el desarrollo de esta tesis.

Miguel A. Vega R.

VI

DEDICATORIA

Quiero dedicarle mi tesis de grado a toda mi familia por haberme dado el apoyo en toda mi vida de estudiante para poder culminar mis estudios con xito. Miguel A. Vega R.

VII

NDICE GENERAL

DECLARATORIAIII CERTIFICACION DEL DIRECTOR DE TESIS.IV CARTA DE LA EMPRESA..V AGRADECIMIENTOSVI DEDICATORIA..VII NDICE GENERAL..VIII NDICE DE FIGURAS.......XII NDICE DE TABLAS.XV NDICE DE ECUACIONES.XVI NDICE DE ANEXOS..XVII RESUMEN...XVIII SUMMARY.XXI

CAPTULO I

INTRODUCCIN ........................................................................................................241.1. OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................................... 25 1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS................................................................................................................. 25 1.3. JUSTIFICACIN................................................................................................................................... 26 1.4. HIPTESIS ............................................................................................................................................ 26 1.5. VARIABLES.......................................................................................................................................... 26

VIII

1.5.1. VARIABLES DEPENDIENTE ................................................................................................ 27 1.5.2. VARIABLE INDEPENDIENTE.............................................................................................. 27 1.6. METODOLOGA DE ESTUDIO .......................................................................................................... 27 1.6.1. DISEO O TIPO DE INVESTIGACIN................................................................................ 27 1.6.2. MTODOS DE INVESTIGACIN A EMPLEARSE ............................................................ 28 1.7. TCNICAS DE INVESTIGACIN ...................................................................................................... 29 1.7.1. REVISIN DE LITERATURA ESPECIALIZADA ............................................................... 29 1.7.2. CHARLAS TCNICAS............................................................................................................ 29

CAPTULO II

2. TEORA DEL SISTEMA DE DESHIDRATACIN DE HIDROCARBUROS.................................................................................................302.1. DEFINICIN Y GENERALIDADES......30 2.2. EMULSIN..31 2.2.1. COMPONENTES.32 2.2.2. ORIGEN...32 2.2.3. AGENTES EMULSIONANTES..34 2.2.4. FACTORES DE ESTABILIZACIN..36 2.2.5. TIPOS DE EMULSIN...41 2.3. ETAPAS PARA EL ROMPIMIENTO DE UNA EMULSIN...42 2.4. TRATAMIENTO..50 2.4.1. QUMICO.....50 2.4.2. TRMICO....53 2.4.3. MECNICO........54 2.4.4. ELCTRICO.........54

IX

2.5. INSTRUMENTACIN DE CONTROL Y DE SEGURIDAD DE UNA ESTACIN DE PRODUCCIN.56 2.5.1. PIC SALIDA DE GAS AL TAMBOR DE TEA.56 2.5.2. PIC SALIDA DE GAS A GENERACIN.57 2.5.3. LIC DE CONTROL DE INTERFACE57 2.5.4. LIC DE CONTROL DE NIVEL DE CRUDO....58 2.5.5. TIC TEMPERATURA DE SALIDA EN INTERCAMBIADORES Y TANQUES...59 2.6. EQUIPOS UTILIZADOS EN UNA ESTACIN DE PRODUCCIN DE HIDROCARBURO.......60 2.6.1. MANIFOLD60 2.6.2. SEPARADOR DE PRODUCCIN.61 2.6.3. SCRUBER DE AGUA.66 2.6.4. BOTA DE GAS70 2.6.5. CALENTADOR...73 2.6.6. TANQUE DE LAVADO..76 2.6.7. TANQUE DE SURGENCIA78 2.6.8. DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO.79 2.6.8.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN DESHIDRATADOR ...ELECTROESTTICO.....87

CAPTULO III

3. IMPLEMENTACIN DE UNA DESHIDRATACIN ELECTROSTTICA DE HIDROCARBUROS...89

3.1. UBICACIN GEOGRFICA DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN........89 3.2. DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESHIDRATACIN DE ...HIDROCARBUROSDE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA.....92

X

3.3. MTODO DE DESHIDRATACIN QUE SE UTILIZA EN LAESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA....99 3.4. CARACTERSTICAS GENERAL DEL FLUIDO QUE OBTENEMOS DE CAMPO ...GUANTA........104 3.4.1. QUE VOLUMEN DIARIO DE AGUA SE SEPARA Y SE REINYECTA ........105 3.4.2. CUL ES LA CANTIDAD DE PETRLEO RESIDUAL QUE EN PROMEDIO SE ...REINYECTA CON EL AGUA DE FORMACIN?.....105 3.4.3. QU VOLUMEN DE PETRLEO RESIDUAL SE VA EN EL AGUA DE FORMACIN?..106 3.5. CUNTO $ SIGNIFICA ESTA PRDIDA?...106 3.6. CUL ES LA CANTIDAD A LA QUE SE REDUCIRA EL PETRLEO RESIDUAL CON LA ...IMPLEMENTACIN DE UN DESHIDRATADOR ELECTROESTTICO?........107 3.7. A CUNTO ASENDERA LA PRODUCCIN DEL CAMPO GUANTA CON LA ...IMPLEMENTACIN UN DESHIDRATADOR ELECTROESTTICO?.......107 3.8.DNDE SE UBICARA EL DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO?.108

CAPTULO IV

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES1094.1. CONCLUSIONES..109 4.2. RECOMENDACIONES.....110

BIBLIOGRAFA.111

XI

NDICE DE FIGURASFIGURA.1.MICROFOTOGRAFA DE UNA EMULSIN AGUA EN

...PETRLEO......32 FIGURA.2.REPRESENTACIN GRFICA DE LA ESTABILIZACIN DE UNA ...GOTA DE AGUA POR AGENTES EMULSIONANTES PRESENTES EN ...EL PETRLEO CRUDO.....36 FIGURA.3.ESQUEMA DE LOS FACTORES FSICO-QUMICOS

RELACIONADOS CON LAS INTERACCIONES ENTRE DOS GOTAS DE FASE DISPERSA DE UNA EMULSIN W/O...40 FIGURA.4.ESQUEMA DE LAS FUERZAS DE CORTE Y DILATACIONAL ...RELACIONADAS CON LAS MEDICIONES DE LAS VISCOSIDADES ..CORRESPONDIENTES EN UNA INTERFASE AGUA-ACEITE41 FIGURA.5 VARIACIN DEL FACTOR DE STOKES CON LA TEMPERATURA Y LA GRAVEDAD API.....44 FIGURA.6.EFECTO DEL DRENAJE DE LA PELCULA SOBRE LA

...CONCENTRACIN DE SURFACTANTES NATURALES.46 FIGURA.7.EFECTO DE LA CONCENTRACIN SUPERFICIAL SOBRE LA ...VARIACIN EN LA TENSIN INTERFACIAL EN EL INTERIOR DE ...LA PELCULA DRENADA....46 FIGURA.8.ILUSTRACIN ESQUEMTICA DE LA ADSORCIN DEL

...SURFACTANTE DESHIDRATANTE EN LA SUPERFICIE LIBRE DE ...LA PELCULA.48

XII

FIGURA.9.EFECTO

DE

LA

CONCENTRACIN Y LAS

SUPERFICIAL MOLCULAS

DEL DE

SURFACTANTE

NATURAL

....DESHIDRATANTE SOBRE LA VARIACIN DE LA TENSIN ....INTERFACIAL EN EL INTERIOR DE LA PELCULA DRENADA..48 FIGURA.10.MOVIMIENTO DE UNA GOTA DE AGUA ENTRE DOS

.ELECTRDOS DE POLARIDAD DUAL....55 FIGURA 11 MANIFOLD..61 FIGURA 12 SEPARADOR DE PRODUCCIN..62 FIGURA 13 PARTES INTERNAS DEL SEPARADOR DE PRODUCCIN.63 FIGURA 14 LOCALIZACIN DE ELEMENTOS DE CONTROL DEL ..SEPARADOR DE PRODUCCIN..64 FIGURA 15 DIAGRAMA DE UN SEPARADOR DE PRODUCCIN..65 FIGURA 16 LAZOS DE CONTROL DEL SEPARADOR DE PRODUCCIN.66 FIGURA 17 SCRUBER DE AGUA..67 FIGURA 18 DIAGRAMA DE UN SCRUBER DE AGUA..68 FIGURA 19 LOCALIZACIN DE ELEMENTOS DE CONTROL DEL SCRUBER ..DE AGUA.....68 FIGURA 20 PARTES IMPORTANTES UBICADAS EN EL INTERIOR DEL .SCRUBER DE AGUA...69 FIGURA 21 BOTA DE GAS.70 FIGURA 22 PARTES IMPORTANTES UBICADAS EN EL INTERIOR DE UNA .BOTA DE GAS..71 FIGURA 23 DIAGRAMA DE UNA BOTA DE GAS..72 FIGURA 24 CALENTADOR73

XIII

FIGURA 25 LOCALIZACIN DE ELEMENTOS DE CONTROL EN EL .CALENTADOR.....74 FIGURA 26 PARTES IMPORTANTES UBICADAS EN EL INTERIOR DEL .CALENTADOR.....75 FIGURA 27 TANQUE DE LAVADO...76 FIGURA 28 DIAGRAMA DE UN TANQUE DE LAVADO...77 FIGURA 29 TANQUE DE SURGENCIA.78 FIGURA.30.DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO DE 10 MBPD DE CRUDO .API 24 A BS&W < 1%...............................................................................79 FIGURA.31.PARTES INTERNAS DE UN DESHIDRATADOR

.ELECTROSTTICO.81 FIGURA.32 DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO..82 FIGURA.33.PARTES IMPORTANTES UBICADAS EN EL INTERIOR DEL .DESHIDRATADOR ELECTROESTTICO83 FIGURA.34.LOCALIZACIN DE ELEMENTOS DE CONTROL DEL

.DESHIDRATADOR ELECTROESTTICO ...84 FIGURA.35.LAZOS DE CONTROL DEL DESHIDRATADOR

.ELECTROESTTICO.......85 FIGURA.36 ESQUEMA DE UN DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO....86 FIGURA.37 MAPA DE UBICACIN DE LOS CAMPOS PETROLEROS90 FIGURA.38 MAPA DE UBICACIN DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN .GUANTA...91 FIGURA.39 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN ..GUANTA..93

XIV

FIGURA.40 TANQUE DE LAVADO Y BOTA DE GAS DE LA ESTACIN DE ..PRODUCCIN GUANTA...94 FIGURA.41 TANQUE DE SURGENCIA DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN .GUANTA...95 FIGURA.42 SISTEMA DE INYECCIN DE QUMICOS DE LA ESTACIN DE .PRODUCCION GUANTA....96 FIGURA.43 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN .GUANTA...97 FIGURA.44 MAPA DE GENERACIN ELCTRICA DE LA ESTACIN DE .PRODUCCIN GUANTA....98 FIGURA.45 DIAGRAMA DE PROMEDIOS DE BSW.101

NDICE DE TABLAS

TABLA 1 RANGOS DE CONTROL DE NIVELES DE LOS EQUIPOS DE ..DESHIDRATACIN ...59 TABLA 2 CORDENADAS DE LA ESTACIN GUANTA.....89 TABLA 3 SEPARADORES DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA..92 TABLA 4 DISTRIBUCIN DE POZOS EN LOS SEPARADORES...99 TABLA 5 TEMPERATURAS PROMEDIO COLCHN DE AGUA - CRUDO ....100 TABLA 6 VALORES PROMEDIO DEL PERFIL DEL WASH TANK Y ACT'...101 TABLA 7 TIPOS DE QUMICOS UTILIZADOS EN LA ESTACIN DE ..PRODUCCIN GUANTA ....102

XV

TABLA 8 PROMEDIO DIARIO DE CONSUMO DE QUMICOS EN LA .ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA EN GAL/DIA...102 TABLA 9 PRECIO DE LOS QUMICOS EN US$/GAL ..103 TABLA 10 COSTOS Y RENDIMIENTO ECONMICO EN US$/DIA...103 TABLA 11 CARACTERSTICAS DE LOS FLUDOS PRODUCIDOS DEL CAMPO .GUANTA ...104 TABLA 12 VOLUMEN DIARIO DE AGUA QUE SE SEPARA Y SE REINYECTA EN EL CAMPO GUANTA......105 TABLA 13 RESIDUALES DE ACEITE EN AGUA.105 TABLA 14 VOLUMEN DE PETRLEO RESIDUAL QUE SE VA EN EL AGUA DE FORMACIN...106 TABLA 15 PRDIDA ECONMICA.106 TABLA 16 REDUCCIN DEL PETRLEO RESIDUAL.107 TABLA 17 PRDIDA ESTIMADA CON LA IMPLEMENTACIN DEL ...DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO..107

NDICE DE ECUACIONES

ECUACION N 1 SUPOSICIN DE GOTAS ESFRICAS RGIDAS...42 ECUACION N 2 MOVIMIENTO CONVECTIVO INTERNO EN LAS GOTAS Y ...EFECTO DE LA VISCOSIDAD DE LA FASE INTERNA...43

XVI

NDICE DE ANEXOS ANEXO N 1 POTENCIAL DE PRODUCCIN DEL CAMPO GUANTA ...CORREGIDA POR EL FACTOR DE COGIMIENTO.........................112 ANEXO N 2 CURVA DE PROYECCIN DE BSW. VS TIEMPO DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA113

XVII

RESUMEN

Por muchos aos las empresas dentro de la industria petrolera han visto la necesidad de implementar nuevas tecnologas dentro de sus estaciones de produccin. En los campos operados por PETROPRODUCCIN el esquema bsico de un estacin de produccin consiste en que los fluidos en el proceso deshidratacin primero pasan por un separador de produccin para despus pasar hacia un tanque de lavado y por ultimo pasar por un tanque de surgencia , adems de la utilizacin de de qumicos y altas temperaturas para mejorar la deshidratacin de hidrocarburos y de esta forma producir un petrleo bajo las especificaciones de BSW menor al 1 % pero en la mayora de estaciones de produccin con este esquema la cantidad de petrleo residual que no logra ser separado y que es reinyectado con el agua de formacin es alto ; es aqu donde la nueva tecnologa llamada deshidratacin electrosttica de hidrocarburos entra a cumplir un papel muy importante para responder con esta necesidad.

La implementacin de una deshidratacin electrosttica de hidrocarburos permitir eliminar el agua remanente que no fue separada el separador de produccin disminuyendo considerablemente el volumen de petrleo residual que se va en el agua de formacin; esto quiere decir que mediante este sistema de deshidratacin electrosttica se busca aumentar la produccin de petrleo , mediante la disminucin de volumen de petrleo residual que se reinyecta en el agua de formacin.

Esta tesis ha sido desarrollada dentro del campo GUANTA operado por PETROPRODUCCIN; y cabe recalcar que con la finalidad de disminuirle volumen de

XVIII

petrleo residual que se reinyecta con el agua de formacin se ha estado estudiando y analizando la necesidad de implementar un deshidratador electrosttico en la estacin de produccin GUANTA operado por PETROPRODUCCIN el cual no consta con un Deshidratador Electrosttico de Hidrocarburos.

Este trabajo esta estructurado de cuatro captulos, los cuales abarcan un amplio campo de estudio.

En el captulo I se plantea el objetivo general y los especficos, la justificacin de la tesis, la hiptesis y los mtodos y tcnicas de investigacin.

En el captulo II se proceder a realizar un estudio de la teora del sistema de deshidratacin de hidrocarburos, emulsiones, los tipos de tratamiento, los

instrumentacin de control y de seguridad de una estacin de produccin y los equipos utilizados en una estacin de produccin de hidrocarburo, es decirse que se detalla de una manera puntual las herramientas utilizadas en una estacin de produccin.

El captulo III es el ms importante de todos, ya que aqu es donde se realiza el estudio de si es necesario realizar la implementacin de una deshidratacin electroesttica de hidrocarburos en la estacin de produccin GUANTA; esto quiere decir que se sealar la ubicacin geogrfica de la estacin de produccin , caractersticas general del fluido que obtenemos de campo guanta, mtodo de deshidratacin que se utiliza en la estacin de produccin guanta , cual es la cantidad de petrleo que en promedio se reinyecta con el agua de formacin, que volumen diario de agua se separa y se reinyecta, que volumen

XIX

de petrleo se va en el agua de formacin, cuanto $ significa esta perdida, cuanto $ cuesta un deshidratador electroesttico y donde se lo ubicara.

En el captulo IV se establecen las conclusiones y recomendaciones con respecto al tema de estudio.

XX

SUMMARY

For many years the companies inside the oil industry have seen the necessity to implement new technologies inside their production stations. In the fields operated by PETROPRODUCCIN the basic outline of a production station it consists in that the fluids in the process dehydration first go by a production separator it stops later to pass toward a laundry tank and for I finish to go by a surge tank, besides the use of chemical and high temperatures to improve the dehydration of hydrocarbons and this way to produce a low petroleum the specifications from smaller BSW to 1% but in most of production stations with this outline the quantity of residual petroleum that is not able to be separate and that it is reinjected with the formation water it is high; it is here where the new technology called electrostatic dehydration of hydrocarbons enters to complete a very important paper to respond with this necessity.

The implementation of an electrostatic dehydration of hydrocarbons will allow to eliminate the water remainder that was not separate the production separator the volume of residual petroleum that leaves in the formation water diminishing considerably; this means that by means of this system of electrostatic dehydration it is looked for to increase the production of petroleum, by means of the decrease of volume of residual petroleum that is reinjected in the formation water.

This thesis has been developed inside the field GUANTA operated by PETROPRODUCCIN; and he/she fits to emphasize that with the purpose of diminishing him volume of residual petroleum that is reinjected with the formation

XXI

water has been studying and analyzing the necessity to implement an electrostatic dehydration in the production station GUANTA operated by PETROPRODUCCIN which doesn't consist with an electrostatic dehydration of hydrocarbons.

This work this structured of four chapters, which embrace a wide study field.

In the chapter I think about the general objective and the specific ones, the justification of the thesis, the hypothesis and the methods and technical of investigation.

In the chapter II you will proceed to carry out a study of the theory of the system of dehydration of hydrocarbons, emulsions, the treatment types, the control

instrumentation and of security of a production station and the teams used in a station of hydrocarbon production, it is to be said that is detailed in a punctual way the tools used in a production station.

The chapter III are the most important of all, since here it is where he/she is carried out the study of if it is necessary to carry out the implementation of an electrostatic dehydration of hydrocarbons in the production station GUANTA; this means that the geographical location of the production station will be pointed out, general characteristics of the fluid that we obtain of field guanta, method of dehydration that is used in the station of production guanta which is the quantity of petroleum that on the average it is reinjected with the formation water that daily volume of water separates and it is reinjected that volume of petroleum leaves in the formation water, as much as it

XXII

means this lost one, as much as it costs an electrostatic dehydration and where it would locate it to him.

In the chapter IV the conclusions and recommendations settle down with regard to the study.topic

XXIII

CAPTULO I

1. INTRODUCCIN

En la actualidad el petrleo es extrado con una gran cantidad de agua por lo que debe ser sometido a procesos de deshidratacin para cumplir con las especificaciones de contenido de agua menor al 1%.

Por la gran cantidad de agua que se encuentra en el petrleo producido en los campos de nuestro pas y del mundo cada ves se vuelve mas difcil separar el petrleo del agua por lo que en la industria petrolera se utiliza diferentes tipos de procesos para realizar con xito la separacin de las fases, pero siempre a existido alguna cantidad de petrleo que no pudo ser separada del agua el cual se denomina petrleo residual.

Este petrleo residual despus es reinyectado junto con el agua de formacin significando una perdida econmica para la empresa operadora, para superar este problema se a implementado en los procesos de deshidratacin un separador electroesttico el cual disminuir la cantidad de petrleo residual que se reinyecta con el agua de formacin, esta nueva tecnologa es conocida como separacin electrosttica de hidrocarburos.

24

1.1. OBJETIVO GENERAL Eliminar agua remanente que no fue separado en el separador de produccin para de esta forma disminuir la cantidad de petrleo residual que se reinyecta con el agua de formacin mediante la implementacin de un Deshidratador Electroesttico de Hidrocarburos en la estacin de produccin GUANTA operado por

PETROPRODUCCIN.

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Describir los equipos que se utilizan en la estacin de produccin GUANTA operada por PETROPRODUCCIN.

Analizar las caractersticas de los fluidos que se trasporta desde los pozos productores del campo GUANTA hasta la estacin de produccin GUANTA operada por PETROPRODUCCIN.

Describir la importancia de la implementacin de un deshidratador electroesttico en la estacin de produccin GUANTA operada por PETROPRODUCCIN.

25

Estudiar y analizar el comportamiento de los fluidos a travs del Deshidratador electrosttico

1.3. JUSTIFICACIN

En la extraccin de petrleos se obtienen grandes cantidades de agua, gas y slidos motivo por el que el petrleo debe ser sometido a procesos de deshidratacin para cumplir con las especificaciones de contenido de agua menor al 1%, pero siempre se queda petrleo sin poder ser separado del agua y es reinyectado junto con el agua de formacin lo cual da origen a esta investigacin que al realizarse tendr por principio obtener la mayor informacin existente debido a que esta es tecnologa no se encuentra presente en ninguno de los campos operados por PETROPRODUCCIN.

1.4. HIPTESIS

Al implementar un deshidratador Electrosttico en la estacin de produccin GUANTA operada por PETROPRODUCCIN se reducir el volumen de petrleo residual que no pudo ser separado y que es reinyectado junto con el agua de formacin lo cual dar como consecuencia un aumento en la produccin de campo GUANTA operado por PETROPRODUCCIN.

1.5. VARIABLES

En el presente trabajo se utilizara los siguientes tipos de variables.

26

1.5.1. VARIABLES DEPENDIENTE

Existencia de una estacin de produccin en la cual se pueda implementar un Deshidratador elctrico para la deshidratacin de los fluidos producidos.

1.5.2. VARIABLE INDEPENDIENTE

Anlisis del historial de una estacin de produccin que

utilic

un

Deshidratador Electrosttico para conocer los resultados de produccin.

Anlisis de datos estadsticos de una estacin de produccin que utilice otro tipo de deshidratacin de hidrocarburos.

Obtencin de parmetros Electrosttico.

de diseo y operacin del Deshidratador

1.6. METODOLOGA DE ESTUDIO

En el presente trabajo se utilizara la siguiente metodologa.

1.6.1. DISEO O TIPO DE INVESTIGACIN

El presente trabajo de investigacin se realizara partiendo de estudios bibliogrficos y principalmente de las necesidades presentadas en una estacin de produccin operada

27

por PETROPRODUCCIN para la Deshidratacin de Hidrocarburos de tipo Electroesttica , para lo cual tambin el estudio se basa en informacin de Deshidratacin Electroesttica de Hidrocarburos realizadas en otros campos operadas por las empresas privadas que laboran en nuestro pas; por cuanto no existen estaciones de produccin que consten con Deshidratadores Elctricos PETROPRODUCCIN. operados por

1.6.2. MTODOS DE INVESTIGACIN A EMPLEARSE

En el presente trabajo se utilizara los siguientes mtodos:

MTODO GENERAL: Mtodo deductivo

MTODO ESPECFICO: Experimental

MODALIDAD: TCNICAS: Curso y visitas al campo Descriptiva

INSTRUMENTOS: Herramientas Libros Manuales Internet 28

1.7. TCNICAS DE INVESTIGACIN

Las tcnicas a utilizarse en el presente trabajo investigativo son:

1.7.1. REVISIN DE LITERATURA ESPECIALIZADA

Se utilizar informacin sobre la Deshidratacin Electrosttica de Hidrocarburos para diferentes tipos de fluidos que tengan los pozos en las empresas privadas y en la Empresa Estatal PETROECUADOR; por otro lado me facilitare de informacin a travs de revistas, catlogos, manuales de operaciones, y tambin realizar trabajo de campo mediante pasanta para obtener informacin adicional.

1.7.2. CHARLAS TCNICAS

Se aprovecharn los conocimientos adquiridos en las conferencias realizadas por tcnicos, tanto dentro de la universidad como fuera de la misma.

29

CAPTULO II

2. TEORA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTOS DE DESHIDRATACIN DE HIDROCARBUROS

Debido a que la deshidratacin de hidrocarburos es la base de esta investigacin se proceder a detallar con mucho cuidado todo lo relacionado con este proceso.

2.1. DEFINICIN Y GENERALIDADES

La deshidratacin de crudos es como dice Shirley Marfisi en su cuaderno Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Es el proceso mediante el cual se separa el agua, el gas y los slidos asociada con el crudo, ya sea en forma emulsionada o libre, hasta lograr reducir su contenido a un porcentaje previamente

especificado(3). Este porcentaje es inferior al 1 % de BSW para la regulacin del SOTE, y el en servicio de el OCP mximo deber ser igual a 0.5 % de BSW.

SEPARACIN GAS - LQUIDO: el gas es separado de la fase lquida mediante un separador de gas, el proceso incluye cada de presin, expansin del gas, cambios bruscos de direccin del flujo mediante el choque contra barreras difusoras. El gas separado se lo utiliza en generacin elctrica y sello de tanques de crudo.

30

SEPARACIN DE SLIDOS: usualmente su separacin ocurre en los tanques de sedimentacin por diferencia de peso.

SEPARACIN AGUA PETRLEO: el petrleo y el agua son separados por diferencia de densidades, la inclusin de temperatura incrementa la eficiencia de Separacin o desestabilizacin de la emulsin.

2.2. EMULSIN

Es como dice Shirley Marfisi en su cuaderno Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Una emulsin es una suspensin casi-estable de finas gotas de un lquido disperso en otro lquido (4), como se muestra en la figura 1. O tambin se la puede definir como la unin heterognea de dos lquidos inmiscibles con uno de los lquidos ntimamente disperso en forma de pequeas gotas en el otro liquido. El lquido presente como pequeas gotas es la fase discontinua o interna, mientras que el lquido que lo rodea es la fase continua o externa.

Son termodinmicamente inestables. Su estabilidad esta ntimamente ligada a la relacin de volumen y caractersticas qumicas de sus componentes.

Su complejidad es tan variada que dos pozos adyacentes puedan tener diferente tipo de emulsin.

31

FIGURA N 1 MICROFOTOGRAFA DE UNA EMULSIN AGUA EN PETRLEO CRUDO.

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

2.2.1. COMPONENTES

Existen tres requisitos esenciales para formar una emulsin:

Dos lquidos inmiscibles, como el agua y el aceite. Suficiente agitacin para dispersar uno de los lquidos en pequeas gotas en el otro. Un agente emulsionante para estabilizar las gotas dispersas en la fase contina.

2.2.2. ORIGEN

Las emulsiones se originan en los puntos de alta agitacin cuando los dems componentes estn presentes.

32

En el proceso de produccin existen mltiples puntos donde se puede provocar la agitacin o forzar el ntimo contacto de los elementos necesarios para su estabilizacin.

La siguiente es una gua de esos puntos.

Paso del fluido a travs de los capilares de la roca productora. Primer punto crtico e inevitable.

Cara de la formacin en el hueco abierto igualmente ineludible. Sistema de levantamiento como bombeo electro sumergible, gas lift, bombeo hidrulico y bombeo mecnico, generan emulsiones estables; las ms fuertes son generadas por las bombas electrosumergibles.

La inyeccin de vapor promueve emulsiones igualmente fuertes debido al grado de dispersin y tamao de las gotas que produce

Chokes de fondo o superficie, cadas de presin generan puntos de alta turbulencia.

Puntos de mezcla de fluidos, la incompatibilidad de los fluidos desde el punto de vista de emulsin.

33

2.2.3. AGENTES EMULSIONANTES

Los agentes emulsionantes son numerosos y pueden ser clasificados de la siguiente manera: Compuestos naturales surfactantes tales como asfltenos y resinas conteniendo cidos orgnicos y bases, cidos naftnicos, cidos carboxlicos, compuestos de azufre, fenoles, cresoles y otros surfactantes naturales de alto peso molecular. Slidos finamente divididos, tales como arena, arcilla, finos de formacin, esquistos, lodos de perforacin, fluidos para estimulacin, incrustaciones minerales, productos de la corrosin (por ejemplo sulfuro de hierro, xidos), parafinas, asfltenos precipitados. Los fluidos para estimulacin de pozos pueden contribuir a formar emulsiones muy estables. Qumicos de produccin aadidos tales como inhibidores de corrosin, biocidas, Limpiadores, surfactantes y agentes humectantes.

Los surfactantes naturales se definen como macromolculas con actividad interfacial que tienen un alto contenido de aromticos y por lo tanto relativamente planas con al menos un grupo polar y colas lipoflicas, con actividad interfacial. Estas molculas pueden apilarse en forma de micelas. Se forman de las fracciones cidas de asfltenos, resinas, cidos naftnicos y materiales parafnicos. Estos surfactantes pueden adsorberse a la interfase de la gota de agua y formar una pelcula rgida que resulta en una alta estabilidad de la emulsin W/O formada, lo cual ocurre en menos de tres das. Es por eso, que la emulsin debe tratarse lo ms pronto

34

posible con diferentes agentes tales como: qumica deshidratante, calor, sedimentacin por centrifugacin o electro coalescencia. La pelcula interfacial formada estabiliza la emulsin debido a las siguientes causas:

a) Aumenta la tensin interfacial. Por lo general, para emulsiones de crudo la tensin interfacial es de 30 a 36 mN/m. La presencia de sales tambin aumenta la tensin interfacial.

b) Forman una barrera viscosa que inhibe la coalescencia de las gotas. Este tipo de pelcula ha sido comparada con una envoltura plstica.

c) Si el surfactante o partcula adsorbida en la interfase es polar, su carga elctrica provoca que se repelan unas gotas con otras.

Un segundo mecanismo de estabilizacin ocurre cuando los emulsionantes son partculas slidas muy finas. Para ser agentes emulsionantes, las partculas slidas deben ser ms pequeas que las gotas suspendidas y deben ser mojadas por el aceite y el agua. Luego estas finas partculas slidas o coloides (usualmente con surfactantes adheridos a su superficie) se colectan en la superficie de la gota y forman una barrera fsica. Ejemplos comunes de este tipo de emulsionante son el sulfuro de hierro y la arcilla. En la figura 2 se muestra la adsorcin de diferentes partculas emulsionantes en una gota de agua.

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FIGURA N 2 REPRESENTACIN GRFICA DE LA ESTABILIZACIN DE UNA GOTA DE AGUA POR AGENTES EMULSIONANTES PRESENTES EN EL PETRLEO CRUDO.

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

2.2.4. FACTORES DE ESTABILIZACIN

a) Tensin interfacial. Una reduccin de la tensin interfacial no es suficiente para aumentar la estabilidad de la emulsin. Se ha encontrado recientemente que los sistemas de tensin ultra-baja producen emulsiones inestables. Estudios de tensin interfacial dinmica entre crudo y agua muestran que la tensin disminuye con el tiempo y que se requieren varias horas de contacto para obtener un valor estable.

36

A partir de las mediciones de tensin interfacial (IFT) se puede concluir que es la fraccin de la resina que tiene la ms alta afinidad por la interfase. Las resinas pueden reducir el IFT a los valores cerca de 15 mN/m. Mientras que los asfltenos la reducen en 25 mN/m como valor lmite. El valor para el petrleo crudo es del orden de 30 mN/m, lo cual revela que hay otros componentes indgenas que influencian el IFT adems de las resinas y asfltenos.

b) Viscosidad de la fase externa. Una viscosidad alta en la fase externa disminuye el coeficiente de difusin y la frecuencia de colisin de las gotas, por lo que se incrementa la estabilidad de la emulsin. Una alta concentracin de las gotas tambin incrementa la viscosidad aparente de la fase continua y estabiliza la emulsin. Este efecto puede ser minimizado calentando la emulsin.

c) Tamao de la gota. Gotas muy pequeas menores de 10 m generalmente producen emulsiones ms estables. Una amplia distribucin de tamaos de partculas resulta en general en una emulsin menos estable.

d) Relacin de volumen de fases. Incrementando el volumen de la fase dispersa se incrementa el nmero de gotas y/o tamao de gota y el rea interfacial. La distancia de separacin se reduce y esto aumenta la probabilidad de colisin de las gotas. Todos estos factores reducen la estabilidad de la emulsin.

e) Temperatura. Usualmente, la temperatura tiene un efecto muy fuerte en la estabilidad de la emulsin. Incrementando la temperatura se reduce la adsorcin de

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surfactantes naturales y disminuye la viscosidad de la fase externa, la rigidez de la pelcula interfacial y la tensin superficial. Todos estos cambios reducen la estabilidad de la emulsin. En presencia de surfactantes aninicos, un aumento de temperatura aumenta la afinidad de estos por la fase acuosa, mientras que lo inverso ocurre con surfactantes no-inicos.

f) pH. La adicin de cidos o bases inorgnicos cambia radicalmente la formacin de pelculas de asfltenos y resinas que estabilizan las emulsiones agua-aceite. Ajustando el pH se puede minimizar la rigidez de la pelcula que estabiliza la emulsin y aumentar la tensin superficial. La estabilizacin de la tensin interfacial depende del pH de la fase acuosa, por lo cual la adsorcin en la interfase presenta una histresis que indica que las diferentes molculas emulsionantes (surfactantes naturales que contienen grupos cidos y bases) poseen cinticas de equilibracin muy diferentes.

g) Envejecimiento de la interfase. A medida que la interfase envejece la adsorcin de los surfactantes se completa y debido a las interacciones laterales entre las molculas aumenta la rigidez de la pelcula hasta un valor estable en unas 3 a 4 horas. Esta pelcula o piel alrededor de la gota llega a ser ms gruesa, ms fuerte y ms dura. Adems, la cantidad de agentes emulsionantes se incrementa por oxidacin, fotlisis, evaporacin o por la accin de bacterias.

h) Salinidad de la salmuera. La concentracin de la salmuera es un factor importante en la formacin de emulsiones estables. Agua fresca o salmuera con baja concentracin

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de sal favorecen la estabilidad de las emulsiones. Por el contrario, altas concentraciones de sal tienden a reducirla. i) Tipo de aceite. Los crudos con aceite de base parafnica usualmente no forman emulsiones estables, mientras que los crudos naftnicos y de base mixta forman emulsiones estables. Ceras, resinas, asfltenos y otros slidos pueden influenciar la estabilidad de la emulsin. En otras palabras, el tipo de crudo determina la cantidad y tipo de emulsionantes naturales.

j) Diferencia de densidad. La fuerza neta de gravedad que acta en una gota es directamente proporcional a la diferencia en densidades entre la gota y la fase continua. Aumentando la diferencia de densidad por incremento de la temperatura se logra aumentar la velocidad de sedimentacin de las gotas y por ende, se acelera la coalescencia.

k) Presencia de cationes. Los cationes divalentes como calcio y magnesio tienen tendencia a producir una compactacin de las pelculas adsorbidas, probablemente por efecto de pantalla electrosttica de un lado, y por otro, la precipitacin de sales insolubles en la interfase.

l) Propiedades reolgicas interfaciales. Generalmente, cuando una interfase con molculas de surfactantes adsorbidas se estira o dilata se generan gradientes de tensin. Los gradientes de tensin se oponen al estiramiento e intentan restaurar la uniformidad de la tensin interfacial. Como consecuencia, la interfase presenta una cierta elasticidad.

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ste es el efecto llamado Gibbs-Marangoni. En la figura 3 se muestran los factores fsico-qumicos relacionados con las interacciones entre dos gotas de fase dispersa. FIGURA N 3 ESQUEMA DE LOS FACTORES FSICO-QUMICOS RELACIONADOS CON LAS INTERACCIONES ENTRE DOS GOTAS DE FASE DISPERSA DE UNA EMULSIN W/O.

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

Para una interfase Newtoniana las propiedades reolgicas que determinan el movimiento interfacial son la viscosidad de cillazamiento interfacial s, la viscosidad dilatacional interfacial d y el gradiente de tensin interfacial. s describe la resistencia de la interfase a cambiar de forma en un elemento diferencial de la interfase, el rea se mantiene constante y se mide la resistencia de la pelcula. La viscosidad d, al igual que la elasticidad interfacial dilatacional d, se mide slo por la dilatacin-compresin de la pelcula sin aplicar cillazamiento. Estas propiedades describen la resistencia de la superficie a los cambios en el rea interfacial. En la figura 40

4 se muestra esquemticamente las fuerzas de cizalla y dilatacional sobre la interfase, las cuales determinan la viscosidad de cizallamiento y la dilatacional, respectivamente. FIGURA N 4 ESQUEMA DE LAS FUERZAS DE CORTE Y DILATACIONAL RELACIONADAS CON LAS MEDICIONES DE LAS VISCOSIDADES CORRESPONDIENTES EN UNA INTERFASE AGUA-ACEITE.

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

2.2.5. TIPOS DE EMULSIN

De acuerdo con la fase externa o continua esta se clasifica en:

1. DIRECTA W/O: en la cual la fase externa o continua es el petrleo y la fase dispersa es el agua.

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2. INVERSA O/W: en estas la fase continua es el agua y la fase dispersa es el petrleo.

3. Puede existir simultneamente incluso como complejas W/O/W

2.3. ETAPAS PARA EL ROMPIMIENTO DE UNA EMULSIN Para el rompimiento de una emulsin es necesario pasar por tres etapas las cuales son: Etapa 1. Acercamiento macroscpico de las gotas

Cuando las gotas de fase dispersa son ms o menos grandes se aproximan por sedimentacin gravitacional, gobernadas por las leyes de Stokes (basada en la suposicin de gotas esfricas rgidas, ecuacin 1) o de Hadamard (movimiento convectivo interno en las gotas y efecto de la viscosidad de la fase interna, ecuacin 2), pero s son menores de 5 m est presente el movimiento Browniano.

ECUACION N 1 SUPOSICIN DE GOTAS ESFRICAS RGIDAS

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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ECUACION N 2 MOVIMIENTO CONVECTIVO INTERNO EN LAS GOTAS Y EFECTO DE LA VISCOSIDAD DE LA FASE INTERNA

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

donde: Vs = velocidad de sedimentacin de Stokes (cm/s). VH = velocidad de sedimentacin de Hadamard (cm/s). 1 = densidad del agua (g/cm3). 2 = densidad del crudo (g/cm3). g = aceleracin de gravedad (cm/s2). r = radio de las gotas de agua dispersas en el crudo (cm). e = viscosidad de la fase externa (cp). i = viscosidad de la fase interna (cp). fs = factor de Stokes (1/cm.s)

Una velocidad de sedimentacin del orden de 1 mm por da es suficientemente baja para que el movimiento de conveccin trmica y el movimiento Browniano la compensen. Esto indica que el problema de sedimentacin puede volverse muy severo para crudos pesados o extrapesados, para los cuales la diferencia de densidad es poca y la viscosidad es alta.

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De los parmetros incluidos en la ecuacin (1), la viscosidad es la que presenta mayor influencia, producto de la gran sensibilidad de este parmetro ante variaciones en la temperatura. En la figura 5 se muestra la variacin de la velocidad de asentamiento con la temperatura en trminos del factor de Stokes (fs = Vs/r2) para crudos de distintas gravedades API. Como puede verse, el efecto de la variacin en la temperatura y la gravedad API en el factor de Stokes es drstico para crudos muy viscosos, lo que da lugar a diferencias de varios rdenes de magnitud en la velocidad de sedimentacin cuando se considera una pequea variacin en la gravedad API o se incrementa la temperatura.

FIGURA N 5 VARIACIN DEL FACTOR DE STOKES CON LA TEMPERATURA Y LA GRAVEDAD API.

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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Etapa 2. Drenaje de la pelcula

Al final de la etapa anterior, las gotas se deforman y se genera una pelcula intergota, dando inicio as a la segunda etapa del proceso llamada drenaje de la pelcula, donde estn involucrados fenmenos interfaciales relacionados con la presencia de surfactantes adsorbidos.

Una vez que dos gotas se acercan, se produce una deformacin de su superficie (adelgazamiento del orden de 0,1 micras o menos) y se crea una pelcula de fluido entre las mismas, con un espesor alrededor de 500 .

La velocidad de drenaje de la pelcula depende de las fuerzas que actan en la interfase de la pelcula. Cuando dos gotas de fase interna de una emulsin se aproximan una a la otra debido a las fuerzas gravitacionales, conveccin trmica o agitacin, se crea un flujo de lquido entre ambas interfases y el espesor de la pelcula disminuye. El flujo de lquido de la pelcula trae consigo molculas de surfactantes naturales adsorbidas debido al flujo convectivo creando un gradiente de concentracin en la interfase.

Este gradiente de concentracin produce una variacin en el valor local de la tensin interfacial (gradiente de tensin) que genera una fuerza opuesta al flujo de lquido fuera de la pelcula, figura 6 y 7

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FIGURA N 6 EFECTO DEL DRENAJE DE LA PELCULA SOBRE LA CONCENTRACIN DE SURFACTANTES NATURALES.

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

FIGURA N 7 EFECTO DE LA CONCENTRACIN SUPERFICIAL SOBRE LA VARIACIN EN LA TENSIN INTERFACIAL EN EL INTERIOR DE LA PELCULA DRENADA.

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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El esfuerzo de corte asociado con el drenaje tiende a concentrar la mayor parte de las molculas de surfactante natural fuera de la pelcula y a disminuir su concentracin en el interior de la pelcula. Las molculas de desemulsionantes son adsorbidas en los espacios dejados por los surfactantes naturales en la pelcula, figura 8 y 9. Por la variacin de la tensin interfacial con el tiempo, la tasa de adsorcin de los desemulsionantes en la interfase crudo/agua es ms rpida que la de los surfactantes naturales del crudo. Cuando la pelcula llega a ser muy delgada y debido a la proximidad de la fase dispersa, las fuerzas de atraccin de Van der Waals dominan y ocurre la coalescencia.

Toda vez que ocurre el acercamiento de las gotas se pueden presentar varios tipos de interacciones entre ellas que retrasen o aceleren el drenaje de la pelcula. Por ejemplo, cuando las gotas poseen en la interfase una carga elctrica, su acercamiento est inhibido por una repulsin de tipo elctrico.

El acercamiento tambin pueden ser demorado por fenmenos electrocinticos como el efecto electroviscoso denominado potencial de flujo (fuerza opuesta al drenaje de la pelcula) y/o un aumento de la viscosidad interfacial (formacin de una pelcula interfacial rgida e inmovilizacin de la capa de aceite que solvata las colas lipoflicas). La mejor forma de eliminar estos efectos es anular las interacciones del surfactante natural, lo cual se logra mediante la formulacin fisicoqumica.

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FIGURA N 8 ILUSTRACIN ESQUEMTICA DE LA ADSORCIN DEL SURFACTANTE DESHIDRATANTE EN LA SUPERFICIE LIBRE DE LA PELCULA

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

FIGURA N 9 EFECTO DE LA CONCENTRACIN SUPERFICIAL DEL SURFACTANTE NATURAL Y LAS MOLCULAS DE DESHIDRATANTE SOBRE LA VARIACIN DE LA TENSIN INTERFACIAL EN EL INTERIOR DE LA PELCULA DRENADA.

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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Etapa 3. Coalescencia

La coalescencia es como dice Shirley Marfisi en su cuaderno Deshidratacin de Crudo Principios y Tecnologa un fenmeno irreversible en el cual las gotas pierden su identidad, el rea interfacial se reduce y tambin la energa libre del sistema (condicin de inestabilidad) (13). Sin embargo, este fenmeno se produce slo cuando se vencen las barreras energticas asociadas con las capas de emulsionante adsorbido y la pelcula de fase continua entre las dos gotas. Esta etapa puede considerarse como instantnea respecto a las dos primeras etapas.

Los procesos de deshidratacin utilizan efectos fsicos destinados a aumentar la velocidad de la primera etapa, tales como el calentamiento, que reduce la viscosidad de la fase externa y aumenta la diferencia de densidad entre los fluidos; un aumento de la cantidad de fase interna (reduce el recorrido promedio de cada gota antes del contacto con otra).

Tambin es posible usar fuerzas diferentes a la gravedad natural para aumentar la velocidad de contacto y/o el tamao de la gota: gravedad artificial por centrifugacin, fuerzas capilares con filtros coalescedores o fuerzas electrostticas.

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2.4. TRATAMIENTO Los tipos de tratamiento usados para la deshidratacin de hidrocarburos pueden ser:

1. Qumico. 2. Trmico. 3. Mecnico 4. Elctrico.

2.4.1. TRATAMIENTO QUMICO

La aplicacin del qumico demulsificante esta encaminada a desestabilizar de alguna forma el film que rodea la gota de agua o a neutralizar el efecto del agente emulsionante.

Su historia comprende el uso de compuestos inorgnicos seguido por el descubrimiento de las propiedades desemulsionantes de jabones y detergentes y en la actualidad por el desarrollo de compuestos orgnicos complejos, La eficiencia de un demulsificante es extremadamente sensible al tipo de crudo y dems factores envueltos en la estabilizacin de una emulsin.

Un demulsificante puede ser extremadamente eficiente en el tratamiento de una emulsin, pero igualmente ineficiente en otra.

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DEMULSIFICANTE

Son como dice Shirley Marfisi en su cuaderno Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa agentes de actividad superficial de alto peso molcular con caractersticas qumicas definidas que promueven la desestabilizacin de un sistema estable aceiteagua(14). Su accin esta centrada en el proceso de desestabilizacin de la emulsin.

PROPIEDADES DE UN BUEN DEMULSIFICANTE

Alta actividad superficial: Esta genera una rpida migracin del demulsificante a la interfase.

Debe impartir una fuerte atraccin entre las gotas emulsionadas. Debe tener suficiente habilidad para desestabilizar el film que rodea las gotas. Debe tener la capacidad de dispersar los slidos, los cuales generalmente se encuentran en la interfase de las gotas.

COMPOSICIN DE UN DEMULSIFICANTE

Raramente una sola base demulsificante puede cumplir con las cuatro propiedades requeridas para un buen producto rompedor de emulsin. Usualmente este es la mezcla de dos o ms demulsificantes intermedios en un solvente aromtico.

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SELECCIN DE UN DEMULSIFICANTE

Esta se hace mediante un proceso de acierto y error en pruebas de botellas.

1. No existen productos lo suficientemente efectivos para tratar todos los tipos de emulsin. 2. Un demulsificante ideal es dispersible (casi soluble) en la fase aceite y tiene suficiente afinidad por la fase acuosa 3. No siendo soluble en ninguna de las fases este puede rebotar. 4. Debe tenerse en cuenta su capacidad para disolver o dispersar el demulsificante tan pronto entren en contacto. 5. Aguas emulsionadas con bajo contenido de sales requieren demulsificantes con baja solubilidad en agua. 6. Cuando hay presencia de aguas demasiado saturadas con NaCl y otras sales se requiere un demulsificante con alta afinidad o solubilidad en agua.

MTODOS DE APLICACIN DE UN DEMULSIFICANTE

Los demulsificantes pueden ser adicionados a la emulsin en cualquier punto desde el fondo del pozo hasta los tanques de almacenamiento. Sin embargo este puede ser dividido en 4 tipos de aplicacin:

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1. En el subsuelo (generalmente en bombeo hidrulico, se le inyecta rompedor al fluido motriz). 2. En la cabeza del pozo (antes de llegar al separador). 3. Entre el separador y el tanque de tratamiento. 4. Tratamiento por baches.

El rompedor de emulsin debe entrar en contacto con todo el volumen de la emulsin, por ello el grado de agitacin es supremamente importante para que el rompedor sea efectivo.

2.4.2. TRATAMIENTO TRMICO

El incremento de temperatura por mtodos directos o indirectos, beneficia la coalescencia de las gotas por la reduccin de la viscosidad del petrleo.

Teoras en proceso de comprobacin aseguran que el incremento de temperatura trae consigo un movimiento irregular que promueve la coalescencia.

Igualmente aseguran que la expansin de la gota durante el calentamiento, tiende a romper el film que la rodea en emulsiones poco estables.

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2.4.3. TRATAMIENTO MECNICO

El fluido es sometido a centrifugacin mediante centrifugas industriales de mas de 17000 rpm.

Este procedimiento es poco usado por sus limitaciones de volumen y alto costo.

2.4.4. TRATAMIENTO ELCTRICO

Una deshidratacin electrosttica es como dice Shirley Marfisi en su cuaderno Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa un proceso bajo presin que envuelve dos procesos que ocurren en forma simultnea (16), aprovechando las caractersticas del agua, las gotas de agua son cargadas elctricamente por influencia de un campo de alto potencial elctrico. Mientras la gota permanece en el campo elctrico esta mantiene su carga por estar rodeada de un medio no conductivo.

Las gotas elctricamente cargadas tienden a alinearse y moverse hacia el electrodo con carga opuesta, este movimiento promueve la mutua atraccin entre las gotas adyacentes ocasionando el choque y posterior coalescencia de las gotas las cuales precipitan al fondo del recipiente por efecto de la diferencia de peso.

La energa elctrica tambin acta en la interfase de las gotas de agua-crudo debilitndola, de esta manera se mejora la cada de las gotas de agua.

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Los equipos pueden ser de: corriente alterna AC, corriente continua DC o polaridad dual AC/DC.

Dependiendo de que tipo de electricidad se utilice se tendr la forma de coalescencia de las gotas de agua.

Cuando se usa energa alterna las gotas de agua estn girando sus polos, de manera que cuando estn orientados con polos opuestos stos se van juntando hasta lograr un dimetro que permita caer al fondo del recipiente.

Cuando se usa corriente continua las gotas de agua dependiendo de su orientacin se van acumulando ya sea en el nodo o en el ctodo hasta tener el peso suficiente que haga caer a la nueva gota de agua.

FIGURA N 10 MOVIMIENTO DE UNA GOTA DE AGUA ENTRE DOS ELECTRODOS DE POLARIDAD DUAL.

Fuente: Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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La capacidad del proceso es aumentada con el incremento de temperatura por la aceleracin de la coalescencia. El efecto del campo elctrico en las propiedades del film es mnimo, especialmente en presencia de pelculas altamente rgidas. Por lo que su eficiencia est ntimamente ligada con el uso de un buen demulsificante.

2.5. INSTRUMENTACIN DE CONTROL Y DE SEGURIDAD DE UNA ...ESTACIN DE PRODUCCIN

La instrumentacin de control es la ms importante en una estacin de produccin ya que mediante estos instrumentos podemos controlar las diferentes variables de

operacin como presin, temperatura, flujo y nivel en forma automtica o en forma manual, dependiendo de las necesidades de operacin.

2.5.1. PIC SALIDA DE GAS AL TAMBOR DE TEA

Es como dice Roque Rivadeneira, en su manual Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, es un instrumento que permite controlar la presin en un rango de 1 a 100 PSI (26), los cuales se encuentran seteados para mantener la presin a 40 PSI en los separadores de produccin y 20 PSI en los scrubbers de agua; adems dispone de alarmas de baja y alta presin al 20 y 80 % respectivamente con relacin al rango de control.

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2.5.2. PIC SALIDA DE GAS A GENERACIN

Es como dice Roque Rivadeneira, en su manual Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, un instrumento que permite controlar la presin en un rango de 1 a 100 PSI (27), los cuales se encuentran seteados para mantener la presin a 28 PSI en los separadores de produccin y 20 PSI en los scrubbers de agua; adems dispone de alarmas de baja y alta presin al 20 y 80 % respectivamente con relacin al rango de control.

Estos parmetros pueden ser modificados de acuerdo a las necesidades del proceso.

2.5.3. LIC DE CONTROL DE INTERFACE

Se encuentra ubicado en el separador de produccin y en el deshidratador,

a

determinada altura desde la base esta instalado un sensor de nivel de interfase de agua que es del tipo capacitivo , el cual enva una seal de 4mA a 20 mA al LIC para la realizacin del control. Este censor dispone de un rango de control de 12 pulgadas, que cubre del 0 al 100%. El punto de control es normalmente el 50 % y presenta alarmas de bajo y alto nivel al 20 y 80% respectivamente con relacin al rango de control.

Estos parmetros pueden ser modificados de acuerdo a las necesidades del proceso.

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2.5.4. LIC DE CONTROL DE NIVEL DE CRUDO

Se encuentra ubicado en el separador de produccin, este es del tipo flotador y cubre un rango de 12 pulgadas que cubre del 0 al 100%. El punto de control es normalmente el 50 % y presenta alarmas de bajo y alto nivel al 20 y 80% respectivamente con relacin al rango de control.

Los sensores de niveles de crudo y de interfase de agua en todos los separadores tienen el mismo principio, con la diferencia de la altura en la que se encuentran instalados dichos sensores.

Estos parmetros pueden ser modificados de acuerdo a las necesidades del proceso.

A continuacin se detalla los rangos de control de niveles de crudo y agua en cada uno de los separadores:

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TABLA N 1 RANGOS DE CONTROL DE NIVELES DE LOS EQUIPOS DE DESHIDRATACIN

Equipo Separador de Produccin

Variable Nivel.de.agua Nivel.de.crudo

0% 41 89 33 N/A 118 132

100% 53 101 45 N/A 130 144

Deshidratador Electroesttico

Nivel.de.agua Nivel.de.crudo

Scrubber de agua

Nivel.de.agua Nivel.de.crudo

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

2.5.5. TIC TEMPERATURA DE SALIDA EN INTERCAMBIADORES Y TANQUES

En los intercambiadores de calor, as como en los tanques de crudo, estn instalados sensores de temperatura que envan la seal al TIC. Este instrumento acta sobre una vlvula que permite el paso de aceite trmico, el mismo es calentado con los gases de combustin de las turbinas de generacin elctrica para transferir temperatura al crudo. El rango de control de la temperatura es de 50 a 250 F y dispone de alarmas de baja y alta temperatura al 20 y 80 % respectivamente con relacin al rango de control.

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El Set point de control en el TIC puede ser fijado de acuerdo a las necesidades del proceso, se recomienda que sea siempre menor a 212 F. La instrumentacin de seguridad esta gobernada por el PLC el mismo que esta recibiendo las seales de las diferentes variables de operacin, cuando censa alguna condicin anormal de operacin se ejecutar una accin que mandara a parar al equipo que registre la condicin anormal.

2.6. EQUIPOS UTILIZADOS EN UNA ESTACIN DE PRODUCCIN DE HIDROCARBURO

El fluido proveniente de los pozos productores contienen: crudo, agua y gas, ingresa a las estaciones de produccin a travs de los recibidores y posteriormente, mediante un manifold los fluidos son direccionados hacia el separador de produccin.

2.6.1. MANIFOLD

Es un conjunto de vlvulas y tuberas las cuales son las que reciben el fluido de los pozos productores y sirven para direccional los fluidos.

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FIGURA N 11 MANIFOLD

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

2.6.2. SEPARADOR DE PRODUCCIN

La funcin de este separador es como dice Roque Rivadeneira, en su manual Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, separar el agua y el gas de la fase del petrleo (35), pero con ayuda de la temperatura ganada en los intercambiadores, es decir, en ellos se produce una separacin termoqumica.

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FIGURA N 12 SEPARADOR DE PRODUCCIN

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

Estos equipos tienen dos compartimentos que estn separados por una compuerta. El crudo se almacena en el segundo compartimiento pasando por rebosamiento sobre la compuerta. El agua se almacena en el primer compartimiento. La carga lquida que sale de este equipo con direccin al deshidratador electrosttico aproximadamente sale con un BSW de 10%.

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Estos separadores tienen placas y mallas coalescentes para capturar la mayor cantidad de lquidos que es arrastrada por la fase gaseosa. Adicionalmente estos separadores tienen un sistema de SAND JET que nos permite realizar limpiezas internas para eliminar la acumulacin de arenas y slidos en el fondo del recipiente.

FIGURA N 13 PARTES INTERNAS DEL SEPARADOR DE PRODUCCIN

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

El control de niveles se realiza con un LIC para la interfase agua crudo y un LIC de control de nivel de crudo, y el control de presin con un PIC de control de gas a Tea y un PIC de control de presin a Generacin.

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El gas liberado en este equipo es utilizado como combustible para los generadores de energa elctrica (Generadores Waukesha), y el gas remanente es quemado en la tea.

El agua separada del crudo es conducida hacia el Scrubber de agua y luego almacenada en los Tanques de almacenamiento de agua y reinyectada.

FIGURA N 14 LOCALIZACIN DE ELEMENTOS DE CONTROL DEL SEPARADOR DE PRODUCCIN

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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OBJETIVO: Separar mas cantidad de agua de formacin y gas. El valor del BSW del crudo saliente esta alrededor de un 12%

FIGURA N 15 DIAGRAMA DE UN SEPARADOR DE PRODUCCIN

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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FIGURA N 16 LAZOS DE CONTROL DEL SEPARADOR DE PRODUCCIN

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

2.6.3. SCRUBER DE AGUA

Se encarga de recibir las descargas de agua que vienen desde el Separadores de produccin y deshidratadoras electrostticas. El objetivo de este equipo es como dice Roque Rivadeneira, en su manual Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, conseguir separar la mayor cantidad de aceite arrastrada por el agua de formacin (62).

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OBJETIVO: Extraer la mayor cantidad de aceite contenida en el agua.

FIGURA N 17 SCRUBER DE AGUA

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

MTODO:

La utilizacin de dos separadores, que forman niveles de agua, los que

permiten extraer por la parte superior del vessel el aceite residual.

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FIGURA N 18 DIAGRAMA DE UN SCRUBER DE AGUA

Fuente: REPSOL Elaborado por:: Miguel A. Vega R.

FIGURA N 19 LOCALIZACIN DE ELEMENTOS DE CONTROL DEL SCRUBER DE AGUA

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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La salida de agua esta ubicada en la parte inferior del vessel y sale controlada por un LIC con direccin a los tanques de almacenamiento de agua. La salida del crudo que se recupera en este equipo tambin est controlada por un LIC y descarga en el Tanque de Slop desde donde se lo vuelve a enviar a reproceso. La presin del recipiente esta controlada por un PIC y el volumen de gas que se recupera descarga a la entrada de los enfriadores E 1063/E 2063

FIGURA N 20 PARTES IMPORTANTES UBICADAS EN EL INTERIOR DEL SCRUBER DE AGUA

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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2.6.4. BOTA DE GAS En estos equipos el gas que se encontraba disuelto en el crudo que sale de Los separadores trifsicos es liberado por un proceso de expansin brusca. FIGURA N 21 BOTA DE GAS

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

Las botas internamente tienen unas placas colocadas alternadamente que facilitan la separacin del gas. El crudo que ingresa a las Botas sigue su camino hacia los tanques 70

de lavado o almacenamiento y el gas ingresa al sistema de Recuperacin de gases y condensados.

FIGURA N 22 PARTES IMPORTANTES UBICADAS EN EL INTERIOR DE UNA BOTA DE GAS

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

OBJETIVO: Es como dice Roque Rivadeneira, en su manual Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, Extraer el gas que se encuentra disuelto en el crudo que proviene de los separadores trifsicos (57).

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MTODO:

A travs de placas colocadas alternadamente dentro de la bota, se

produce una liberacin de gas, la misma que es producida por un proceso de expansin brusca.

FIGURA N 23 DIAGRAMA DE UNA BOTA DE GAS

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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2.6.5. CALENTADOR En este equipo se eleva la temperatura de la mezcla agua-crudo que ha salido de los separadores de produccin. El incremento de temperatura produce una reduccin de viscosidad en el crudo, lo que facilita la separacin del agua tanto en los tanques de lavado, surgencia y en las deshidratadoras.

FIGURA N 24 CALENTADOR

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

El control de la temperatura se lo realiza a travs del TIC.

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Es importante indicar que la temperatura de salida de crudo no debe exceder los 212 F para evitar el arrastre de vapor de agua con el gas que se libera tanto en los separadores de produccin como en las botas de gas.

FIGURA N 25 LOCALIZACIN DE ELEMENTOS DE CONTROL EN EL CALENTADOR

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

OBJETIVO: Es como dice Roque Rivadeneira, en su manual Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, Elevar la temperatura del crudo con el fin de reducir su viscosidad y mejorar la separacin de la emulsin tanto para el separador de produccin como para la Deshidratadora (40). 74

El fluido utilizado es aceite trmico el que ingresa con una temperatura de 260 a 265 F y a una presin de 35 -38 PSI y sale con una temperatura de 200 - 205 F y a una presin de 30 a 35 PSI.

FIGURA N 26 PARTES IMPORTANTES UBICADAS EN EL INTERIOR DEL CALENTADOR

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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2.6.6. TANQUE DE LAVADO En estos tanques se separa el agua del aceite por diferencia de densidades.

CARACTERSTICAS: El medio menos costoso de tratamiento Operacin simple. requiere poca supervisin Representan la fase final del tratamiento y su control Retienen inventarios altos FIGURA N 27 TANQUE DE LAVADO

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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PROBLEMAS RECURRENTES: Pobre calidad de tratamiento cuando el gas no es separado eficientemente Perforaciones en conductor central generan alto contenido de agua Interfaces mal resueltas: Presencia de floculos , tratamiento deficiente

FIGURA N 28 DIAGRAMA DE UN TANQUE DE LAVADO

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R

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2.7.7. TANQUE DE SURGENCIA

Es como dice Roque Rivadeneira, en su manual Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, el tanque en donde se depositan el crudo con una mnima cantidad de agua el cual cumple una ltima etapa de separacin de las fases por diferencia de densidades (62).

FIGURA N 29 TANQUE DE SURGENCIA

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

78

2.6.8. DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO

Los procesos de deshidratacin electrosttica consisten en

como dice Roque

Rivadeneira, en su manual Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, someter la emulsin a un campo elctrico intenso, generado por la aplicacin de un alto voltaje entre dos electrodos... (50)

FIGURA N 30 DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO DE 10 MBPD DE CRUDO API 24 A BS&W < 1%

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

79

Este dispositivo, generalmente tiene caractersticas similares a los de los equipos de separacin mecnica presurizados, aadiendo a stos el sistema de electrodos y de generacin de alto voltaje. La aplicacin del campo elctrico sobre la emulsin induce a la formacin de dipolos elctricos en las gotas de agua, lo que origina una atraccin entre ellas, incrementando su contacto y su posterior coalescencia. Como efecto final se obtiene un aumento del tamao de las gotas, lo que permite la sedimentacin por gravedad.

Un deshidratador electrosttico est dividido en 3 secciones, figura 18.

La primera seccin ocupa aproximadamente el 50% de su longitud y es llamada Seccin de calentamiento.

La segunda seccin es llamada Seccin central o control de nivel y esta ocupa por alrededor del 10% de su longitud ubicada adyacente a la seccin de calentamiento.

La tercera seccin ocupa el 40% de la longitud del deshidratador y es denominada Seccin de asentamiento del agua suspendida para producir crudo limpio. Las parrillas de electrodos de alto voltaje estn localizadas en la parte superior del recipiente, arriba de la interfase agua-aceite.

80

FIGURA N 31 PARTES INTERNAS DE UN DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

OBJETIVO: Es como dice Roque Rivadeneira, en su manual Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, Extraer la mayor cantidad de agua de formacin del crudo. Es la ltima etapa en la que se puede extraer agua del crudo... (52).

El valor del BSW a la salida debe ser entre 0.5 y 0.6 %.

81

FIGURA N 32 DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

MTODO:

A travs de Transformadores, generan energa electroesttica, la cual

agrupa las molculas de agua hacindolas mas grandes, con el objetivo de que estas caigan por su densidad.

Estos equipos permiten eliminar el agua remanente que no fue separada tanto en el en el separador de produccin.

El crudo entra al recipiente y se reparte uniformemente dentro de ste, pasando por un distribuidor que ocupa todo el largo del equipo.

82

El crudo fluye hacia la parte superior pasando por el colchn de agua que se mantiene en el equipo, esto permite que el crudo se lave para que las gotas de agua dispersas se junten entre si y se depositen en el fondo del deshidratador.

FIGURA N 33 PARTES IMPORTANTES UBICADAS EN EL INTERIOR DEL DESHIDRATADOR ELCTRICO

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

Estos equipos pueden utilizar corriente alterna y/o continua para conseguir que el agua dispersa en el crudo calezca y caiga al fondo del recipiente.

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Los deshidratadores electrostticos separan crudo y agua mediante el funcionamiento de un sistema de transformadores que elevan a un alto potencial, el cual se rectifica obteniendo corriente continua que alimenta a dos electrodos de polaridad opuesta; y debido a la bipolaridad de las molculas de agua, estas son atradas a los polos opuestos ocasionando un choque entre si, lo que permite formar molculas de mayor peso y facilitar la precipitacin, formando un nivel que es controlado por un LIC.

FIGURA N 34 LOCALIZACIN DE ELEMENTOS DE CONTROL DEL DESHIDRATADOR ELECTROESTTICO

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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Estos equipos usan la propiedad de que el agua es una molcula dipolar, para lograr que las pequeas gotas de agua se asocien y formen gotas de mayor dimetro, con lo que precipitaran al fondo del recipiente.

La salida de crudo de estos equipos debe tener un BSW entre 0.5 % y 0.6 para cumplir con la regulacin del SOTE y OCP que es de el 1 % de BSW.

FIGURA N 35 LAZOS DE CONTROL DE UN DESHIDRATADOR ELECTROESTTICO

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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Los tratadores electrostticos (V200/210) tienen las siguientes dimensiones: 10 dimetro por 30 de longitud, diseado para trabajar mximo a 150 PSIG a 300 F, para un trabajo en condiciones normales de 50 PSIG a 250 F con 100 KVA y una capacidad de 15000 BOPD.

El crudo proveniente de los calentadores de crudo (oil heaters) pasa por estos equipos, siendo el ltimo punto de separacin del agua, para pasar al tanque de almacenamiento.

Los tratadores electrostticos estn provistos de toma muestras a diferentes niveles para determinar la calidad del crudo en su interior y de elementos de control para su correcto funcionamiento.

FIGURA N 36 ESQUEMA DE UN DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO

Fuente: REPSOL Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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2.6.8.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN DESHIDRATADOR .ELECTROESTTICO

Los tratadores electrostticos son usados generalmente cuando existen las siguientes circunstancias: Cuando el gas combustible para calentar la emulsin no est disponible o es muy costoso. Cuando la prdida de gravedad API es econmicamente importante. Cuando grandes volmenes de crudo deben ser tratados en una planta a travs de un nmero mnimo de recipientes.

VENTAJAS: Requieren una menor cantidad de qumicos El uso de electricidad reduce costos de calor Uso de secciones empacadas aumenta eficiencia en tratamiento de crudo , depuracin del aguay aquietamiento del gas Menos afectados en su operacin por las caractersticas de los crudos (densidad, viscosidad), agua o agentes emulsionantes Instalacin de doble tipo de corriente alterna y continua provee mayor accin coalescedora Ofrecen mayor flexibilidad, el tiempo de residencia asociado es relativamente corto Son de menor dimensin. con el tratamiento electrosttico se obtiene una mejor calidad del agua separada

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Pueden remover mayor cantidad de agua que otros tratadores. Las bajas temperaturas de tratamiento provocan menores problemas de corrosin e incrustacin.

Producen un crudo bajo las especificaciones que es 0.5 % de BSW.

DESVENTAJAS Los problemas en un tratador electrosttico son usualmente dadas por un bajo voltaje o la intermitencia, disminucin o apagado de la luz del piloto. ( La causa mas comn es debido a la acumulacin de un bloque de emulsin , de un alto nivel de agua) El sobretratamiento debido a un exceso de qumico tambin puede resultar en la acumulacin de un bloque de interfase. Requerimiento de supervisin constante en su operacin. La inversin econmica para colocar un deshidratador elctrico.

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CAPTULO III

3. IMPLEMENTACIN DE UNA DESHIDRATACIN ELECTROSTTICA DE HIDROCARBUROS.

Este capitulo es el mas importante de todos ya que es aqu donde se hace el estudio con datos reales de campo para determinar si es necesario implementar un deshidratador electrosttico de hidrocarburos en la estacin de produccin GUANTA.

3.1. UBICACIN GEOGRFICA DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN La estacin de produccin GUANTA se encuentra al noreste de nuestro pas especficamente en la regin oriental y esta ubicado en la Provincia de Sucumbos, a 40 minutos de la ciudad de Lago Agrio. La estacin de produccin GUANTA para ser ubicado responde a las siguientes coordenadas: TABLA N 2 CORDENADAS DE LA ESTACIN GUANTA

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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FIGURA N 37 MAPA DE UBICACIN DE LOS CAMPOS PETROLEROS

Fuente: Ecuadorian Energy Directory Elaborado por: Miguel A. Vega R

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FIGURA N 38 MAPA DE UBICACIN DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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3.2. DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESHIDRATACIN ..DE HIDROCARBUROSDE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

La estacin de produccin guanta se encuentra conformada por los siguientes equipos de deshidratacin de hidrocarburos :

1 Separador de prueba 2 Separadores de produccin 1 Sistema de inyeccin de qumicos 1 Tanque de lavado 1 Bota de de gas 1 Tanque de surgencia Un sistema de calentamiento ( Calentadores ) 1 Mechero o tea TABLA N 3 SEPARADORES DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

DESCRIPCIN PRODUCCIN-01 PRODUCCIN-02 PRUEBAS

CANTIDAD 1 1 1

CAPACIDAD 15000 BLS 35000 BLS 10000 BLS

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

92

FIGURA N 39 SEPARADORES DE LA ESTACION DE PRODUCCIN GUANTA

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

WASHT TK

CAPACIDAD 24' = 5000

BLS

CAPAC /OP 22' = 4601,96 BLS 1 PIE 1 PULGADA = 209,18 = 17,43 BLS BLS 93

DIAMETRO ALTURA DESC

= = =

38 24 194

Ft Ft BLS FIGURA N 40

TANQUE DE LAVADO Y BOTA DE GAS DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

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SURGE TK CAPAC 24' = 5000 BLS BLS

CAPAC /OP 22' = 4602 1 PIE 1 PULGADA DIAM ALTURA DESC

= 209,18 BLS = 17,430 BLS = 38 = 24 Ft Ft

= 2 y 9 Ft FIGURA N 41

TANQUE DE SURGENCIA DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

Fuente: PETROPRODUCCIN Realizado por: Miguel A. Vega R.

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FIGURA N 42 SISTEMA DE INYECCIN DE QUMICOS DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

En la estacin de produccin guanta se utilizan cuatro clases de qumicos para mejorar la deshidratacin del petrleo los cuales son:

Demulsificante Antiespumante Antiparafinico Dispersante de slidos 96

FIGURA N 43 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

97

FIGURA N 44 MAPA DE GENERACION ELCTRICA DE LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R

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3.3. METODO DE DESHIDRATACIN QUE SE UTILIZA EN LAESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

El mtodo de deshidratacin que se utiliza en la estacin de produccin guanta es un mtodo mecnico-qumico ya que al utilizar separadores de produccin y un tanque de lavado se lo define como un mtodo mecnico, adems de utilizar una gran cantidad de qumicos para mejorar la deshidratacin de los fluidos que se define como un tratamiento qumico, a continuacin de detalla en proceso de deshidratacin que se utiliza en la estacin de produccin guanta.

El primer paso de la deshidratacin de hidrocarburos en la estacin de produccin guanta es la entrada del fluido de los pozos productores en los separadores de produccin en los cuales entran con un % de BSW de 18 % y sale con un 10 % de BSW , con un tiempo de residencia de 30 minutos, el agua separada es enviada hacia los scrubber de agua y el crudo es enviado hacia el tanque de lavado. TABLA N 4 DISTRIBUCIN DE POZOS EN LOS SEPARADORESSEPARADOR No.PRESIN DE OPERACIN (psi)

ESTACIN

POZO No. 2 - 3 - 11 - 15 - 16 - 17 1 - 5 - 12 - 9 -13 - 6 - 4

GUANTA

2 1

24 24

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

99

El agua que entra al scrubber de agua es enviada hacia los pozos inyectores para ser reinyectada.

Despus el fluido es trasladado hacia el tanque de lavado , previamente calentado con la ayuda de los calentadores de lavado en el cual el fluido sale con un 1 % de BSW, con un tiempo de residencia de cuatro horas con treinta minutos, el gas es separado en la bota de gas y enviado hacia la tea o mechero.

TABLA N 5 TEMPERATURAS PROMEDIO COLCHN DE AGUA - CRUDOTEMPERATURA ( F )ENTRADA GUANTA SALIDA

ESTACIN

97

100

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R

Y por ultimo el fluido es enviado hacia el tanque de surgencia en el que el fluido sale con un 0.9 % de BSW con un tiempo de residencia de una hora con treinta minutos, y como el crudo esta bajo las especificaciones es enviado hacia el sote.

100

TABLA N 6 VALORES PROMEDIO DEL PERFIL DEL WASH TANK Y ACT'

ESTACINGUANTA

12' 21,8

15' 15,6

18' 8,2

DESC. 1,0

ACT 0,9

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

FIGURA N 45 DIAGRAMA DE PROMEDIOS DE BSWGUANTA 1,02

1

0,98

0,96

% DE BSW

0,94 GUANTA 0,92

0,9

0,88

0,86

0,84 GUANTA

DESC. 1

ACT 0,9

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

101

Pero todo el proceso antes mencionado se encuentra ayudado con un gran porcentaje de qumicos los cuales detallamos a continuacin. TABLA N 7

TIPOS DE QUMICOS UTILIZADOS EN LA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA

QumicoDemulsificante Disp. de parafina Antiespumante Desp. slidos DMO-4612 DW-275 A-2680 XT-47

Fuente: PETROPRODUCCION Elaborado por: Miguel A. Vega R.

TABLA N 8 PROMEDIO DIARIO DE CONSUMO DE QUMICOS EN ELA ESTACIN DE PRODUCCIN GUANTA EN GAL/DIA

DMO-4612 34 TOTAL

A-2680 9,1

DW-275 7,8

XT-479,78 60.68

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

102

TABLA N 9 PRECIO DE LOS QUMICOS EN US$/GAL US$/GAL- DMO-4612 US$/GAL-A-2680 10 TOTALFuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

US$/GAL-DW-275 7

US$/GAL-XT-479,3 33.3

7

TABLA N 10 COSTOS Y RENDIMIENTO ECONMICO EN US$/DIA US$/DIA- DMO-4612 340 TOTALFuente: PETROPRODUCCIN Realizado por: Miguel A. Vega R.

US$/DIA-A-2680 63,7

US$/DIA-DW-275 54,6

US$/DIA-XT-4790,21 548.51

103

3.4. CARACTERISTICAS GENERAL DEL FLUIDO QUE OBTENEMOS DE ...CAMPO GUANTA

En el campo guanta se tiene 13 pozos que producen fluidos con las siguientes caractersticas:

TABLA N 11 CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS PRODUCIDOS DEL CAMPO GUANTA

POZOSGTA - 01 GTA - 02 GTA - 03 GTA - 04 GTA - 05 GTA - 06 GTA - 09 GTA - 11 GTA - 12 GTA - 13 GTA - 15 GTA - 16 GTA - 17 TOTAL

ARENAU T T H T U+BT BT U U+T U HS+HI U Ui

% BSW0,3 73,6 34,1 45,7 60 2,8 0,8 3,9 60 7,5 21,1 54 2,3

API29,8 29,5 29,02 29,1 19,4 30,01 28,7 29,06 18,9 29,06 30,02 17,2 29,03 31.2

BFPD489 340 911 554 414 336 171 186 760 628 272 329 206 4547

BAPD4 169 292 233 224 10 4 1 14 377 138 230 3 823

BPPD485 171 619 321 190 326 167 185 746 251 134 99 203 3724

GOR Scf/Bl77 761 135 278 686 151 0 268 228 0 159 216 268 201

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

104

3.4.1. QUE VOLUMEN DIARIO DE AGUA SE SEPARA Y SE REINYECTA

TABLA N 12 VOLUMEN DIARIO DE AGUA QUE SE SEPARA Y SE REINYECTA EN EL CAMPO GUANTA BLS. DE FLUIDO PRODUCIDOS 4547 BLS. DE PETROLEO SEPARADOS 3724 BLS. DE AGUA SEPARADOS 823 BLS. DE AGUA REINYECTADOS 823

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

3.4.2. CUAL ES LA CANTIDAD DE PETROLEO RESIDUAL QUE EN PROMEDIO ...SE REINYECTA CON EL AGUA DE FORMACION

TABLA N 13 RESIDUALES DE ACEITE EN AGUA

W.T. Guanta ppm 10,1

W.T. Guanta lt 2.424

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

105

3.4.3. QUE VOLUMEN DE PETRLEO RESIDUAL SE VA EN EL AGUA DE FORMACIN

TABLA N 14 VOLUMEN DE PETRLEO RESIDUAL QUE SE VA EN EL AGUA DE FORMACIN

W.T. Guanta GAL 0,64037

W.T. Guanta BLS 0,0152

W.T. Guanta BLS/DIA 12,54

W.T. Guanta BLS/MES 388,99

W.T. Guanta BLS/AO 4580,1

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

3.5. CUANTO $ SIGNIFICA ESTA PERDIDA Los clculos fueron realizados partiendo del precio actual del barril del petrleo para nuestro pas el cual es 80 dlares. TABLA N 15 PERDIDA ECONOMICA

DIA/US $ 1003,2

MES/US $ 31119,2Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

AO/US $ 366408

106

3.6. CUL ES LA CANTIDAD A LA QUE SE REDUCIRA EL PETRLEO .RESIDUAL CON LA ...IMPLEMENTACIN DE UN DESHIDRATADOR .ELECTROESTTICO?

TABLA N 16 REDUCCIN DEL PETRLEO RESIDUAL

W.T. Guanta ppm 1,5

W.T. Guanta BLS 0,00226

W.T. Guanta BLS/DIA 1,86

W.T. Guanta BLS/MES 57,77

W.T. Guanta BLS/AO 680,21

Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

3.7. A CUNTO SE REDUCIRIA LA PRDIDA ACTUAL DEL CAMPO GUANTA CON LA IMPLEMENTACIN UN DESHIDRATADOR ELECTROESTTICO?

TABLA N 17 PRDIDA ESTIMADA CON LA IMPLEMENTACIN DEL DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO

DIA/US $ 148,8

MES/US $ 4621,6Fuente: PETROPRODUCCIN Elaborado por: Miguel A. Vega R.

AO/US $ 54416,8

107

3.8. DNDE SE UBICARA EL DESHIDRATADOR ELECTROSTTICO?

El deshidratador electrosttico ira ubicado despus del tanque de lavado para que sea la ultima etapa del proceso de deshidratacin antes de que el fluido llegue al tanque de surgencia y de esta forma se encargu exclusivamente de extraer la mayor cantidad de petrleo residual que no pudo ser separado durante el proceso anterior.

108

CAPTULO IV

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Al culminar el presente trabajo se ha llegado a las siguientes conclusiones y recomendaciones.

4.1.CONCLUSIONES

A) Una deshidratacin electroesttica de hidrocarburos es la solucin ms adecuada para reducir la perdida econmica por petrleo residual que se esta reinyectando con el agua de formacin que actualmente es de $ 366408 anuales a $ 54416,8 anuales es decir tendramos un ahorro de $ 311991.2 anuales.

B) Con la implementacin de una deshidratacin electroesttica de hidrocarburos en la estacin de produccin guanta podramos aumentar la produccin del campo guanta que actualmente es de 3724 BPPD a 3736.54 BPPD.

C) La implementacin de un deshidratador electroesttico de hidrocarburos requerira de 100 KVA para funcionar pero no afectara el suministro elctrico de la estacin de produccin guanta ya que consta de 2 generadores de 430 KVA y 1 de 625 KVA y la estacin requiere de solamente de 850 KVA para funcionar.

109

D) Dentro de la industria petrolera es vital el uso y desarrollo de las nuevas tecnologas, ya que esto permitir a las empresas maximizar sus ganancias y ser ms competitivos.

4.2. RECOMENDACIONES

A) Colocar el Deshidratador Electrosttico de Hidrocarburos despus del tanque de lavado para reducir la cantidad de petrleo residual que se reinyecta con el agua de formacin.

B) Disminuir el tiempo de residencia del tanque de lavado ya que no ser necesario tener mucho tiempo de residencia al implementar un deshidratador electroesttico.

C) Comprar y/o tener disponibles todos los elementos, herramientas, y equipo necesario para la instalacin de un deshidratador electroesttico.

110

BIBLIOGRAFA

1.-

Guzmn

C.,Criterios

para

el

Diseo

Conceptual

de

Procesos

de

Deshidratacin/desalacin Electrosttica, (Revista) Visin Tecnolgica Vol. N 3,35-43 (1996).

2.- Layrisse I., Deshidratacin y desalacin de crudos pesados y extrapesados mediante separadores electrostticos, (VII Jornadas Tcnicas de Petrleo) Sociedad Venezolana de Ingenieros de Petrleo, Dic. 3-6, Caracas (1984).

3.- Marfisi, Shirley , Deshidratacin de Crudo - Principios y Tecnologa , (Cuaderno FIRP N 853PP), Editado y publicado por Laboratorio FIRP, Venezuela, Escuela de Ingeniera Qumica, Universidad de Los Andes Mrida 5101 , 2004.

4.-PETROECUADOR, Reglamento de Operaciones Hidrocarburferas, (Catalogo) 2007.

5.- Rivadeneira, Roque, Operacin de Plantas de Deshidratacin de Petrleo, (Manual) REPSOL YPF, 2007.

111

ANEXO N 1 POTENCIAL DE PRODUCCIN DEL CAMPO GUANTA CORREGIDA POR EL FACTOR DE COGIMIENTO

112

BSW01

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

ANEXO N 2

PRODUCCIN GUANTA

BSW. VS TIEMPO

CURVA DE PROYECCIN DE BSW. VS TIEMPO DE LA ESTACIN DE

113TIEMPO ACT DESC

/0 3 0 3 /2 0 /0 0 7 3 0 5 /2 0 /0 0 7 3 0 7 /2 0 /0 0 7 3 0 9 /2 0 /0 0 7 3 1 1 /2 0 /0 0 7 3 1 3 /2 0 /0 0 7 3 1 5 /2 0 /0 0 7 3 1 7 /2 0 /0 0 7 3 1 9 /2 0 /0 0 7 3 2 1 /2 0 /0 0 7 3 2 3 /2 0 /0 0 7 3 2 5 /2 0 /0 0 7 3 2 7 /2 0 /0 0 7 3 2 9 /2 0 /0 0 7 3 1 3 /2 0 /0 0 7 3/ 20 07