Gua para la disposicin y el tratamiento de agua producidaEn un separador de tres fases los flujos de salida son gas y dos lquidos. En el campopetrolero una de las fases lquidas generalmente es agua y la otra generalmente petrleo,aunque los mismos principios y recipientes pueden usarse con glicol, aminas y otrascombinaciones lquidas no solubles.En los recipientes de tres fases hay dos reguladores de nivel - uno para cada fluido. Elcontrol de nivel puede ser ms difcil puesto que el tiempo de retencin de cada fluidopuede ser afectado por el regulador de nivel del otro, y los volmenes de cada fluidopueden cambiar dramticamente con el tiempo.7.2 TratadoresUna emulsin es una combinacin de dos lquidos no miscibles, o de lquidos que no semezclan bajo condiciones normales. Uno de los lquidos se extiende o esparce a travsdel otro en forma de gotitas pequeas. Estas gotitas pueden ser de todos los tamaos,desde medianamente grandes hasta muy pequeas. A veces las gotitas son tanpequeas que cabran ms de cincuenta sobre la cabeza de un alfiler. Una emulsinestable es una que no se descompone sin alguna forma de tratamiento. Se requierentres condiciones para la formacin de una emulsin estable:1. Los lquidos deben ser no miscibles.2. Debe haber agitacin suficiente como para dispersar uno de los lquidos en formade gotitas dentro del otro.3. Debe estar presente un agente emulsificador, o emulsificante.Una emulsin aceite-agua podr contener desde muy poco hasta 90% de agua. Adems,una emulsin puede ser dura (difcil de romper) o floja (fcil de romper). Que unaemulsin resulte dura o floja depende de varios factores que incluyen las propiedades delaceite y del agua, el porcentaje de cada uno en la emulsin, y el tipo y cantidad deemulsificante presente.7.2.1 Principios Bsicos de los TratamientosEl tratamiento puede incluir a uno o ms de los procedimientos siguientes:1. dejar tiempo de reposo y drenar el agua separada,2. aplicar calor,Gua Ambiental de ARPEL No. 141 Gua para la disposicin y el tratamiento de agua producida3. aplicar productos qumicos,4. aplicar electricidad,5. operar varios dispositivos mecnicos, tales como tanques de decantancin,tanques de lavado, deshidratadores mecnicos, etc., y6. aadir diluyentes para reducir la viscosidad.Los factores involucrados en el tratamiento de emulsiones de agua en aceite incluyen:1. romper las pelculas que rodean a las gotitas de agua y coalescer las gotitas paraformar gotas mayores, y2. dejar que precipiten las gotas de agua durante o despus de su coalescencia.Todas las emulsiones se separan en aceite y agua si se les permite asentar durante untiempo ilimitado. En efecto, mucha del agua producida con aceite se separa sin la ayudadel calor, productos qumicos, u otros recursos. Sin embargo, las partculas pequeas deagua en las emulsiones de agua en aceite estn generalmente rodeadas de una pelcularesistente, con la apariencia de una envoltura plstica cuando es estudiada con elmicroscopio. Esta pelcula es difcil de romper, y, hasta que se rompe, las gotitas de aguano coalescen - por lo menos en un tiempo razonable. Por lo tanto, el calor, los productosqumicos, la electricidad, los dispositivos mecnicos, y varias combinaciones de todosestos factores son generalmente necesarias para que se rompa la pelcula que rodea alas gotas de agua y stas coalezcan.(abreviado FWKO) es sencillamente un recipiente queUn separador de agua libreproporciona un espacio para que el agua libre se separe de una emulsin. Muchas vecescontiene un filtro o excelsior para quitar partculas de petrleo o emulsin que puedanestar atrapadas en el agua a medida que pasan por el filtro. El agua libre se retiraautomticamente del fondo de la unidad, y la emulsin o el petrleo sale por arriba y pasaal sistema de tratamiento. De esta manera, se elimina el agua en estado libre; y slo laemulsin se trata por el sistema de calefaccin o tratamiento.El agua libre es el agua asociada con el aceite que precipita en cinco minutos cuando losfluidos del pozo se dejan decantar en un tanque de sedimentacin. El agua libre no formaparte de la emulsin y puede ser separada fcilmente por la sola fuerza de gravedad.Gua Ambiental de ARPEL No. 142 Gua para la disposicin y el tratamiento de agua producidaSeparar el agua libre evita las sobrecargas en la planta de tratamiento y el gasto deenerga.Por ejemplo, considere que se necesita alrededor de tres veces y media ms energacalorfica para aumentar la temperatura del agua que la del aceite. Por lo tanto, sipreviamente se retira toda o la mayor parte del agua libre, se puede obtener unconsiderable ahorro de combustible necesario para operar el calentador. Un separadorde agua libre es un recipiente usado para sacar cantidades excesivas de agua libre en laslneas de flujo antes de la planta de tratamiento.Existen muchos tipos de separadores de agua libre, desde las unidades de fabricacincasera hasta las unidades verticales u horizontales capaces de una operacin de dos otres fases. Un separador de agua libre de dos fases est diseado de tal manera quesolamente el agua libre se separa del aceite o emulsin. Un separador de agua libre detres fases separa el agua libre y el gas del aceite de la emulsin.7.2.2 Aplicacin de Calor en el TratamientoUna emulsin no se separa solamente con calor, excepto en casos poco frecuentes.Generalmente la aplicacin de calor es un proceso auxiliar para acelerar la separacin.Los calentadores de emulsin pueden ser: directos o indirectos. La mayora de lasplantas de tratamiento no utilizan calentadores independientes; el calentadorgeneralmente forma parte integral de un sistema de tratamiento en el cual se lleva a caboel calentamiento y el tratamiento.7.2.3 Tratamiento QumicoPara que un producto qumico pueda actuar como separador de emulsin en unaemulsin de agua en aceite, debe poder desactivar al agente emulsificador que rodea alas gotitas de aguas dispersas. Los productos qumicos usados para separar emulsionesde agua en aceite se agregan en cantidades pequeas en algn punto del tratamiento.Tales productos qumicos deben ser solubles en aceite y activos en la superficie(disolverse en el aceite y trabajar sobre las superficies de las gotitas de agua para que seseparen). Los productos qumicos separadores de emulsin son tambin materialesGua Ambiental de ARPEL No. 143 Gua para la disposicin y el tratamiento de agua producidapolares. Los productos qumicos usados para tratar emulsiones inversas, o sea aceite enagua, difieren de los usados para tratar emulsiones de agua en aceite por cuanto stosson solubles en agua. Al disolverse en el agua el producto qumico puede hacer contactocon la superficie de las gotitas de aceite suspendidas en el agua. El producto qumicodeber separar al emulsificante que rodea a las gotitas de aceite al entrar en contacto conel mismo y hacer que las gotitas de aceite se adhieran, o coalezcan, en glbulos grandes.El aceite as coagulado se retira de la superficie del agua, y el agua se puede disponer.7.2.4 Tratamientos con Tratadores por CalentamientoUn tratador por calentamiento (tambin llamado tratador de flujo o de emulsin) es undispositivo que combina todos los componentes necesarios para tratar una emulsin enun slo recipiente. En el recipiente se aplican los productos qumicos, el calor, lasedimentacin, y, frecuentemente, la electricidad.El tratador por calentamiento est diseado para incluir en una unidad cualquiera o todosde los siguientes elementos: separador de aceite y gas, separador de agua libre,calentador, lavado de agua, seccin de filtros, seccin de estabilizacin, intercambiadorde calor, y campo electroesttico. Existe un gran nmero de modificaciones del modelobsico de tratadores por calentamiento; es decir, una de las funciones puede ser msimportante que otra, dependiendo del servicio para el cual ha sido diseado. Por ejemplo,puede tener mayor capacidad para agua libre o menor capacidad de calefaccin, y puedeo no tener una seccin de "heno" - una seccin empaquetada con excelsior (pajilla o pajade madera) que acta como filtro. Adems, cada modelo puede obtenerse en diversostamaos para manejar diferentes volmenes de fluidos de pozo. Algunos tratadoresestn diseados para uso en climas excesivamente fros; otros modelos estn diseadosespecialmente para tratar aceite espumante. La seleccin del tratador apropiado paracualquier conjunto de condiciones dadas es una compleja decisin de ingeniera quepuede ser tomada solamente luego de conocer una gran cantidad de factores.7.3 Remocin del Petrleo DispersoEl aceite en el agua producida es un problema importante. Actualmente, los nivelesaceptados de aceite y grasa en el agua a ser descargada en el mar estn en un promedioGua Ambiental de ARPEL No. 144 Gua para la disposicin y el tratamiento de agua producidade 40 mg/l con una concentracin mxima en una muestra de 72 mg/l. Estos niveles, sinlugar a duda, se restringirn.El aceite tambin puede causar problemas pozo abajo en el sistema de inyeccin,especialmente donde se est utilizando un pozo de eliminacin en una zona que nocontena petrleo y no tiene saturacin de aceite residual. El aceite tambin ensuciarrpidamente a la mayora de los filtros.Por lo tanto se deber minimizar el aceite en el agua. Si la concentracin de aceite en elagua que sale de los separadores de agua libre es demasiado alta, se deber considerarel uso de un tratador u otra forma de quitar el aceite. Si el agua del tratador contienealtas concentraciones de aceite y un control muestra que el tratador est operandoptimamente, entonces se necesitar tratamiento adicional.Los siguientes procesos se encuentran entre los ms usados en los campos petrolferos.7.3.1 Tanques DesnatadoresLos tanques desnatadores son simplemente recipientes grandes que proporcionan eltiempo de retencin necesario para que el aceite suba a la superficie donde puede serdesnatado y recogido.7.3.2 Separadores de Placas ParalelasEl separador de placas paralelas es un separador por gravedad que consiste en una pilade placas paralelas separadas por un espacio de 4 a 10 cm. El agua aceitosa pasa entrelas placas y las partculas de aceite suben a la superficie de la placa superior dondecoalescen. El aceite aglutinado se traslada por la placa hasta llegar a la superficie deagua, donde se desnata. Bsicamente, las placas paralelas reducen la distancia quedebe viajar el aceite antes de llegar a una superficie donde puede coalescer. Elespaciamiento entre las placas es muy importante en el diseo.Existen dos tipos bsicos de coalescedor de placa paralela - el interceptor de placaparalela y el separador de placa inclinada. El separador de placa inclinada utiliza una pilade placas inclinada a 45.Gua Ambiental de ARPEL No. 145 Gua para la disposicin y el tratamiento de agua producidaLos separadores de placa inclinada son utilizados frecuentemente costa afuera donde losniveles de espaciamiento y peso son muy restrictivos.7.3.3 Celdas de Flotacin con GasEn una celda de flotacin con gas se forman burbujas finas de gas en el agua que seadhieren a las gotitas de aceite, levantndolas a la superficie para ser recogidas. Lascaractersticas principales son la introduccin de burbujas finas de gas dispersadas en elfluido, una zona de turbulencia mnima y un medio de coleccin.En el sistema deFlotacin con Gas Disuelto, el gas se disuelve por presin en el agua yse libera a presin ms baja en el recipiente de flotacin. Estas unidades son muygrandes y no funcionan tan bien como las unidades de gas disperso.En el sistema deel gas es dispersado en el agua utilizandoFlotacin con Gas Dispersoun rotor mecnico o un eyector. El tipo de eyector usa menos energa y menos gas queel rotor y tiene una relacin de gas-agua de alrededor de 10 pies cbicos por barril.Los resultados estn influenciados por la concentracin de gas, la salinidad, latemperatura, el pH, el tipo de crudo, la concentracin de aceite, y los aditivos qumicospara flotacin. Son comunes las recuperaciones de aceite de ms del 90%.7.3.4 CoalescedoresLos coalescedores son recipientes que tienen una gran superficie. A medida que el aguaaceitosa fluye, las gotitas de aceite finamente dispersas coalescen hasta tener el tamaosuficiente como para flotar hacia la superficie y ser recogidas.Los Coalescedores de Medios Granulares usan sistemas de flujo ascendente ydescendente similares a filtros. Frecuentemente se utilizan los mismos medios.El poliuretano es usado en forma de un paquete mojado en aceite. El aceite y los slidosmojados en aceite se juntan sobre el paquete de poliuretano y se retiranautomticamente. A medida que se junta el aceite la cada de presin a travs de launidad aumenta y se requiere la regeneracin. La regeneracin se hace comprimiendo yexpandiendo alternativamente el paquete y colectando los fluidos exprimidos.Gua Ambiental de ARPEL No. 146 Gua para la disposicin y el tratamiento de agua producida7.3.5 HidrociclonesLos hidrociclones son relativamente nuevos y estn en uso actualmente slo en el Mar delNorte. La operacin se basa en el uso de un flujo arremolinado para generar fuerzascentrfugas que separan el aceite del agua basndose en sus diferencias de densidad.En los hidrociclones estticos se inducen fuerzas centrfugas con una alta velocidad ypresin en la boca de entrada. En los hidrociclones giratorios la rotacin mecnicaproporciona el movimiento. Hasta la fecha existen 50 plataformas con hidrociclonesestticos completos instalados.7.4 Remocin de Gas DisueltoLas plantas de tratamiento de agua se clasifican un tanto arbitrariamente en sistemasabiertos o cerrados. Los sistemas cerrados son los diseados para impedir el contactodel agua con el aire y minimizar as las prdidas de gas disuelto y el atrapamiento de aire.Ambos sistemas tienen ventajas y desventajas.En un sistema cerrado los gases disueltos se mantienen en solucin. Si hay dixido decarbono y calcio, el pH es estable y se inhibe la precipitacin de carbonatos de calcio.Tambin se evita la oxidacin de hierro disuelto y de sulfuros. Sin embargo, el sistema semantiene a presin y el equipo es ms costoso. Adems, se permite que continecualquier corrosin resultante de gases corrosivos disueltos, principalmente HS y CO.22En un sistema abierto no se trata de excluir al aire. En efecto, en muchas plantas el aguaes aireada para extraer los gases no deseables tales como el HS. Los sistemas abiertos2permiten usar grandes estanques de retencin que dan tiempo al agua para estabilizarse,las partculas suspendidas se depositan y las gotitas de aceite coalescen en la superficie.Sin embargo, es posible que la corrosin aumente y se produzcan problemas deincrustracin.7.4.1 Remocin del OxgenoUna vez que el oxgeno se ha introducido en las salmueras, rara vez se extrae. Cuandose debe inyectar el agua, frecuentemente es ms econmico retirar el oxgeno o usarcaera y tubera recubierta de plstico resistente a la corrosin. Cuando debedescargarse el agua, la presencia de oxgeno disuelto es favorable.Gua Ambiental de ARPEL No. 147