Deshidratacion De Crudos

MODULO DE ENSEÑANZA EN FENOMENOS INTERFACIALES

CUADERNO FIRP S853-PP

UNIVERSIDAD DE LOS AN DES

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

Lab. Formulacion, Interfaces, Reología y Procesos

DESHIDRATACIÓN

DE CRUDO

Principios y Tecnología

Shirley MARFISI y Jean Louis SALAGER

MINISTERIO DE

CIENCIA Y TECNOLOGIA

PPGEA-FONACIT

PLAN PILOTO en ESPECIALIDADES QUIMICAS

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en español

Deshidratación de crudo 2 Cuaderno FIRP 853

INDICE

1. Deshidratación de crudos ………………………………………………………………….. 3

1.1 ¿Dónde y cómo se producen las emulsiones agua en petróleo?………………………. 3

1.2 ¿Cuáles son los agentes emulsionantes? ..……………………………………………. 5

1.3 ¿Cuáles son las propiedades involucradas en la estabilidad de la emulsión?……….... 6

1.4 ¿Cómo prevenir la formación de emulsiones? . ……………………………………… 9

1.5 ¿Cuál es el mecanismo de ruptura de la emulsión? …………………………………. 10

2. Métodos de Tratamiento …………………………………………………………………..14

2.1 Acción de la química deshidratante ………………………………………………….14

2.2 Acción del campo eléctrico …………………………………………………………. 16

3. Aspectos prácticos y tecnológicos ……………………………………………………….. 19

3.1 Aplicación del mapa de formulación ……………………………………………….. 19

3.2 Pruebas de botella …………………………………………………………………… 20

3.3 Medición de estabilidad …………………………………………………………….. 22

3.4 Cinética de adsorción de surfactantes ………………………………………………. 23

3.5 Sinergismo entre surfactantes y aditivos químicos …………………………………. 24

4. Equipos usados en la deshidratación de crudos …………………………………………... 25

4.1 Separadores gas-líquido ……………………………………………………………..26

4.2 Separadores gravitacionales ………………………………………………………….26

4.3 Calentadores ………………………………………………………………………….28

4.4 Coalescedores electrostáticos ……………………………………………………...…30

5. Desalación del petróleo ……………..…………………………………………………….. 32

Bibliografía …………………………………………………………………………………. 35

Deshidratación de crudo 3 Cuaderno FIRP 853

1. DESHIDRATACIÓN DE CRUDOS

La deshidratación de crudos es el proceso mediante el cual se separa el agua asociada con el

crudo, ya sea en forma emulsionada o libre, hasta lograr reducir su contenido a un porcentaje

previamente especificado. Generalmente, este porcentaje es igual o inferior al 1 % de agua.

Una parte del agua producida por el pozo petrolero, llamada agua libre, se separa

fácilmente del crudo por acción de la gravedad, tan pronto como la velocidad de los fluidos es

suficientemente baja. La otra parte del agua está íntimamente combinada con el crudo en

forma de una emulsión de gotas de agua dispersadas en el aceite, la cual se llama emulsión

agua/aceite (W/O), como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Microfotografía de una emulsión agua en petróleo crudo.

1.1 ¿Dónde y cómo se producen las emulsiones agua en petróleo?

El agua y el aceite son esencialmente inmiscibles, por lo tanto, estos dos líquidos coexisten

como dos líquidos distintos. La frase “aceite y agua no se mezclan” expresa la mutua

insolubilidad de muchos hidrocarburos líquidos con el agua. Las solubilidades de

hidrocarburos son bajas, pero varían desde 0,0022 ppm para el tetradecano hasta 1.760 ppm

para el benceno en agua. La presencia de dobles enlace carbono-carbono (por ejemplo

alquenos y aromáticos) incrementan la solubilidad del agua. El agua está lejos de ser soluble

en hidrocarburos saturados (por ejemplo: parafinas o alcanos) y su solubilidad disminuye con

el incremento del peso molecular de los hidrocarburos.

Durante las operaciones de extracción del petróleo, la mezcla bifásica de petróleo crudo y

agua de formación se desplazan en el medio poroso a una velocidad del orden de 1 pie/día, lo

que es insuficiente para que se forme una emulsión. Sin embargo, al pasar por todo el

Deshidratación de crudo 4 Cuaderno FIRP 853

aparataje de producción durante el levantamiento y el transporte en superficie (bombas,

válvulas, codos, restricciones, etc.) se produce la agitación suficiente para que el agua se

disperse en el petróleo en forma de emulsión W/O estabilizada por las especies de actividad

interfacial presentes en el crudo. Las emulsiones formadas son macro-emulsiones W/O con

diámetro de gota entre 0,1 a 100 μm.

Existen tres requisitos esenciales para formar una emulsión:

• Dos líquidos inmiscibles, como el agua y el aceite.

• Suficiente agitación para dispersar uno de los líquidos en pequeñas gotas en el otro.

• Un agente emulsionante para estabilizar las gotas dispersas en la fase continua.

En los pozos que se producen por levantamiento con gas (Gas-lift), la emulsionación es

causada principalmente en dos lugares: En el punto donde el “gas lift” es introducido y en la

cabeza del pozo. Cuando se utiliza un proceso intermitente, la emulsión generalmente es

creada en la cabeza del pozo o en el equipo en superficie. Para el proceso continuo, la mayor

parte de la emulsión es formada en fondo de pozo, en el punto de inyección de gas.

En los campos petroleros las emulsiones de agua en aceite (W/O) son llamadas

emulsiones directas, mientras que las emulsiones de aceite en agua (O/W) son llamadas

emulsiones inversas. Esta clasificación simple no siempre es adecuada, ya que emulsiones

múltiples o complejas (o/W/O ó w/O/W) pueden también ocurrir. Además, esta clasificación

es muy particular de la industria petrolera, ya que en general las emulsiones O/W son

denominadas emulsiones normales y las W/O son las inversas.

En las emulsiones directas, la fase acuosa dispersa se refiere generalmente como agua y

sedimento (A&S) y la fase continua es petróleo crudo. El A&S es principalmente agua salina;

sin embargo, sólidos tales como arena, lodos, carbonatos, productos de corrosión y sólidos

precipitados o disueltos se encuentran también presentes, por lo que A&S también es llamada

Agua y Sedimento Básico (A&SB).

Otra terminología en la industria petrolera es clasificar las emulsiones directas producidas

como duras y suaves. Por definición una emulsión dura es muy estable y difícil de romper,

principalmente porque las gotas dispersas son muy pequeñas. Por otro lado, una emulsión

suave o dispersión es inestable y fácil de romper. En otras palabras, cuando un gran número de

gotas de agua de gran diámetro están presentes, ellas a menudo se separan fácilmente por la

fuerza gravitacional. El agua que se separa en menos de cinco minutos es llamada agua libre.

La cantidad de agua remanente emulsionada varía ampliamente desde 1 a 60 % en

volumen. En los crudos medianos y livianos (>20 °API) las emulsiones contienen típicamente

de 5 a 20 % volumen de agua, mientras que en los crudos pesados y extrapesados (<20 °API)

tienen a menudo de 10 a 35 % de agua. La cantidad de agua libre depende de la relación

agua/aceite y varía significativamente de un pozo a otro. En este trabajo, la palabra “agua”

significa agua producida y es una salmuera conteniendo cloruro de sodio y otras sales.

La inyección de vapor y la inyección de agua a yacimientos son factores que promueven la

formación de emulsiones.

Deshidratación de crudo 5 Cuaderno FIRP 853

1.2 ¿Cuáles son los agentes emulsionantes?

Los agentes emulsionantes son numerosos y pueden ser clasificados de la siguiente manera:

- Compuestos naturales surfactantes tales como asfaltenos y resinas conteniendo ácidos

orgánicos y bases, ácidos nafténicos, ácidos carboxílicos, compuestos de azufre, fenoles,

cresoles y otros surfactantes naturales de alto peso molecular.

- Sólidos finamente divididos, tales como arena, arcilla, finos de formación, esquistos, lodos

de perforación, fluidos para estimulación, incrustaciones minerales, productos de la corrosión

(por ejemplo sulfuro de hierro, óxidos), parafinas, asfaltenos precipitados. Los fluidos para

estimulación de pozos pueden contribuir a formar emulsiones muy estables.

- Químicos de producción añadidos tales como inhibidores de corrosión, biocidas,

limpiadores, surfactantes y agentes humectantes.

Los surfactantes naturales se definen como macromoléculas con actividad interfacial

que tienen

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