Agua de Produccion

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Preámbulo Características Muestreo Tratamiento del Agua de Producción

Análisis del Agua de Producción

Oscar Aressu Ebratth Salgado

Escuela de Ingeniería de PetróleosFacultad de Ingenierías Físico-Químicas

Universidad Industrial de Santander

Seminario de Laboratorio de Fluidos

18 de enero de 2011

Universidad Industrial de Santander Laboratorio de Fluidos – Análisis del Agua de Producción

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Contenido

1 PreámbuloObjetivosIntroducción

2 Características del Agua de Producción

Principales Componentes del Agua de ProducciónPropiedades de InterésMétodos Analíticos Para el Agua de Producción

3 MuestreoGeneralidadesMétodos de Muestreo

4 Tratamiento del Agua de ProducciónSeparación de Sólidos en SuspenciónTratamiento del Contenido de Crudo


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Contenido







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Contenido







C

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Objetivos

Contenido







P á b l C t í ti M t T t i t d l A d P d ió

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Objetivos

Objetivos

Objetivo GeneralDescribir las características del agua de producción y lametodología a seguir para su análisis.



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Objetivos

Objetivos

Objetivo General

Describir las características del agua de producción y lametodología a seguir para su análisis.

Objetivos EspecíficosDescribir las características químicas y físicas del agua de producción.

Exponer diferentes técnicas de muestreo.

Identificar las propiedades que se deben analizar en un estudio de

agua de producción.Determinar las normas y estándares necesarios para el estudio delagua de producción.



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Introducción

Contenido








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Introducción

Agua: Común Denominador de Todos los Campos Petrolíferos

Definición

Agua de Producción Agua obtenida en superficie, a través de pozos depetróleo y/o gas, desde una formación de interés (agua connata), unacuífero activo (agua intrusiva) o un proyecto de inyección de agua (aguainyectada)



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Introducción

Agua: Común Denominador de Todos los Campos Petrolíferos

Definición

Agua de Producción Agua obtenida en superficie, a través de pozos depetróleo y/o gas, desde una formación de interés (agua connata), unacuífero activo (agua intrusiva) o un proyecto de inyección de agua (aguainyectada)

Figura. Relación Petróleo/Agua

Globalmente, por cada barril de pe-

tróleo se producen como mínimo 3barriles de agua.

Solo en 1.999 se produjeron:210 MMBPD de agua.



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Introducción

El Ciclo del Agua de Producción

Figura. Ciclo del Agua de Producción.

Agua Buena

El agua desplaza al petróleogenerando su flujo.

El petróleo es separado del agua.

El agua es sometida a tratamientoantes de re-inyectarla o eliminarla.

Una parte del agua producida esre-inyectada para mantener oincrementar la producción dehidrocarburos.

El campo se mantiene rentable.



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eá bu o Ca acte st cas uest eo ata e to de gua de oducc ó

Introducción

El Ciclo del Agua de Producción

Figura. Ciclo del Agua de Producción.

Agua MalaEl agua afecta negativamente el flujo depetróleo.

Disminuye la producción de petróleo y el

agua se convierte en problema.Los sistemas de tratamiento del agua ensuperficie se sobrecargan.

Se genera en superficie más agua que lanecesaria para el proceso de re-inyección.

El tratamiento y/o la eliminación del exce-

so de agua se suma a los costos de pro-ducción.

El campo pierde rentabilidad lo que pue-de provocar el abandono de importantesreservas.



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g

Introducción

Agua Buena y Agua Mala

Agua BuenaOcurre cuando el flujo de agua y pe-tróleo esta mezclado a través de la

matriz de la formación.

Agua MalaOcurre cuando el flujo de agua nocontribuye a la producción de petró-

leo.

Figura. Agua Buena y Agua Mala



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g

Introducción


DefiniciónLimite Económico de WOR Es la relación agua/petróleo a la cual el costode tratar y/o eliminar el agua producida es igual a las ganancias obtenidasdel petróleo.



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Introducción


DefiniciónLimite Económico de WOR Es la relación agua/petróleo a la cual el costo

de tratar y/o eliminar el agua producida es igual a las ganancias obtenidasdel petróleo.

Agua BuenaEs el agua producida por debajo

del límite económico de WOR.

Agua MalaEs el agua producida por encima

del límite económico de WOR.



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Principales Componentes del Agua de Producción

Contenido




3 MuestreoGeneralidades

Métodos de Muestreo4 Tratamiento del Agua de Producción

Separación de Sólidos en SuspenciónTratamiento del Contenido de Crudo



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Cationes

Calcio.

Magnesio.

Sodio.

Hierro.

Bario.

Estroncio.



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Cationes

Calcio.

Magnesio.

Sodio.

Hierro.

Bario.Estroncio.

Problemas Asociados

Formación severa de escamas.Formación de sólidos suspendidos.

Determinación

AAS. ASTM D 511-92.

ICP. SM 3500-Ca C.

Titulación. ASTM D 511-92.



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Cationes

Calcio.

Magnesio.

Sodio.

Hierro.

Bario.Estroncio.

Problemas Asociados

Formación de escamas.Taponamiento de la Formación.

Determinación

AAS. ASTM D 511-92.

ICP. SM 3500-Mg C.




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Cationes

Calcio.

Magnesio.

Sodio.

Hierro.

Bario.

Estroncio.

Problemas Asociados

Problemas Medio-Ambientales.

Fatal para la vida vegetal.

Determinación

AAS. ASTM D 3561-77.



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Cationes

Calcio.

Magnesio.

Sodio.

Hierro.

Bario.

Estroncio.

Problemas Asociados

Indicador de Corrosión.

Insoluble.

Determinación

ICP. SM 3500-Fe C.AAS. SM 3500-Fe B.



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Cationes

Calcio.

Magnesio.

Sodio.

Hierro.

Bario.

Estroncio.

Problemas Asociados

Formación de escamas.

Determinación


ICP. SM 3500-Ba C.Turbidimetría.



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Cationes

Calcio.

Magnesio.Sodio.

Hierro.

Bario.

Estroncio.

Problemas Asociados


Determinación


ICP. SM 3500-Sr C.



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Aniones

Cloro.

Carbonatos y

Bicarbonatos.Sulfatos.

Problemas Asociados

Se presenta como sal.

Corrosión.

Determinación

Mohr/Colorimétrico. ASTM D4458.

Mohr/Electrométrico. SM 4500-Cl D.Cromatografía de Iones.ASTM D 4327-91.



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Aniones

Cloro.

Carbonatos yBicarbonatos.

Sulfatos.

Problemas Asociados


Determinación

Método Electrométrico.ASTM D 1067-92.

Indicador. SM 2320-B.



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Aniones

Cloro.

Carbonatos y

Bicarbonatos.Sulfatos.

Problemas Asociados


Determinación

Cromatografía de Iones.ASTM D 4327-91.

Turbidimetria. ASTM D4130-82Gravimetría. SM 4500-SO4 C



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Propiedades de Interés

Contenido


2 Características del Agua de ProducciónPrincipales Componentes del Agua de ProducciónPropiedades de InterésMétodos Analíticos Para el Agua de Producción






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Propiedades más Relevantes del Agua de Producción

pH.

Turbidez.

Temperatura.

Conductividad.Gravedad Específica.

Población Bacteriana.

Dióxido de Carbono

Disuelto.Sulfuro de HidrógenoDisuelto.

Oxígeno Disuelto

Demanda Química deOxígeno (COD)

Demanda Bioquímica deOxígeno

Contenido de SólidosSuspendidos (TSS)

Composición Químicade Sólidos SuspendidosContenido de Aceite yGrasas



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pH.

Turbidez.

Temperatura.



Dióxido de Carbono


Definición

Medida de la acidez o alcalinidadde una sustancia.

Mayor pH mas escamas.

Menor pH menos escamas.Menor pH Mas corrosión.

H2O de Producción 4<pH<8

Determinación

pH-metro

ASTM D 1293-84



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pH.

Turbidez.

Temperatura.



Dióxido de Carbono


Definición

Alteración de las propiedadesópticas del agua.

Material en suspensión.

Arcilla, materia orgánica oinorgánica, microorganismos.

Aceite y Burbujas de Gas.

Indica posibilidad detaponamiento

Determinación

Nefelometría.

ASTM D 1889-88



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pH.

Turbidez.

Temperatura.



Dióxido de Carbono


Definición

Mide la actividad molecular de unsistema.

Influye en la formación de

escamas.Influye en la solubilidad de gasesen el agua.

Influye en la precipitación decompuestos.

Determinación

Termómetro.



P i d d d I é

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pH.

Turbidez.

Temperatura.



Dióxido de Carbono


Definición

Mide la habilidad de los ionespara transmitir una corrienteeléctrica.

Función de la velocidad a la cualse mueven los iones.

Se ve afectada por latemperatura.

Es el inverso de la resistividad.

Determinación

Método Instrumental

ASTM D1125-91



P i d d d I t é

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pH.Turbidez.

Temperatura.

Conductividad.

Gravedad Específica.


Dióxido de CarbonoDisuelto.

Sulfuro de HidrógenoDisuelto.

Definición

Razón entre la densidad de unasustancia respecto a otra tomadacomo referencia, a unatemperatura estándar.

El agua es el estándar usual parasólidos y líquidos.

Se mide a condicionesambientales y se corrige a latemperatura estándar.

Determinación

Hidrómetro ASTM D 1429-86.

Balance ASTM D 1429-86.

Picnómetro ASTM D 1429-86.




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pH.

Turbidez.

Temperatura.

Conductividad.

Gravedad Específica.


Dióxido de CarbonoDisuelto.

Sulfuro de HidrógenoDisuelto.

Definición

Presencia de microorganismosen el agua de producción.

Muy pequeñas y se reproducenmuy rápido.

Se desarrollan principalmente enambientes con 5<pH<9.

Producen Corrosión yTaponamiento.

DeterminaciónCultivo en condiciones favorablespara su desarrollo.

NACE TM0194-94




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pH.

Turbidez.

Temperatura.



Dióxido de Carbono


Definición

Generalmente disuelto en el aguapresente en los yacimientos.

Aumenta la acidez del agua.

Incrementan la corrosión.

Determinación

Titulación

SM 4500-CO2 C




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pH.

Turbidez.

Temperatura.



Dióxido de Carbono


Definición

Generalmente disuelto en el aguapresente en los yacimientos.

Aumenta la acidez del agua.

Incrementan la corrosión.Se detecta por su olor.

Determinación

Titulación. SM 4500-S= E

Ion electrón. ASTM D 4658-92Azul de Metileno. SM 4500-S2˘D

Tren de gas de Garret.API RP 13B-1




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Definición

Contribuye a la corrosión.

Formación de Óxidos no solubles.

Puede causar taponamiento.

Determinación


DO-metro. ASTM D 888-92.

Colorimetría. ASTM D 888-92.

Oxígeno Disuelto




Composición Química

de Sólidos SuspendidosContenido de Aceite yGrasas




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op edades de te és


Definición

Oxigeno necesario para oxidar lamateria orgánica, mediantepermanganato o dicromato depotasio.

Mide el grado de contaminación.

Mide el contenido de materiaorgánica.

Determinación

Reflujo Abierto.SM 5220-B.

Oxígeno Disuelto









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p


Definición

Oxigeno necesario paradescomponer la materia orgánicamediante acción de losmicroorganismos aerobios

presentes en el agua.

Determinación

Método Biológico.

SM 5210-B.

Oxígeno Disuelto









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Definición

Peso de los sólidos dividido en elvolumen de agua.

Se mide con filtros de membrana.

Indica la tendencia altaponamiento.

Determinación

Filtración. SM 2540-D.

Oxígeno Disuelto









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Definición

Permite conocer el origen de lossólidos en suspensión.

Indicador de corrosión.

Indica incrustaciones departículas.

Señal de formaciones rocosas.

Vital en el diseño de limpieza detaponamientos.

Determinación

Titulación.

Análisis Químico.

Oxígeno Disuelto


Demanda Bioquímica deOxígenoContenido de SólidosSuspendidos (TSS)






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Definición

El aceite tiende a formaremulsiones.

Atrae sólidos que puedenprovocar taponamiento.

Evaluación del impactoambiental.

Determinación

Infrarrojos. ASTM D 3921-85.

Colorimetría.

Gravimetría. SM 5520-B.

Oxígeno Disuelto








Métodos Analíticos Para el Agua de Producción

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Contenido

1

PreámbuloObjetivosIntroducción

2 Características del Agua de ProducciónPrincipales Componentes del Agua de Producción

Propiedades de InterésMétodos Analíticos Para el Agua de Producción







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Titulación

Definición

Método de análisis químico cuantitativo.

Determina la concentración desconocida de un reactivo conocido.

Un titulador de concentración conocida, reacciona con un analito.

El punto final se determina mediante el uso de un indicador.

Figura. Titulación

Procedimiento

A un volumen preciso de analito se agrega unacantidad de indicador.

Se añade el titulador, controlando su cantidad.

Se determina el punto punto final.Se calcula el numero de moles del titulador.

Se calcula el número de moles de analito y suvolumen.




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AAS: Flame Atomic Absorption Spectrometry

Resumen del Método

Se basa en la espectrometría de Absorción.

La cantidad de energia para excitar un analito es única para cada elemento.

Permite conocer la concentración de analito en una muestra.

Emite una luz que atraviesa una nube de átomos libres.

Se mide la cantidad de luz absorbida por la nube de atomos libres.

Se halla la relación entre la luz absorbida con y sin el analito.

Se halla la concentración de analito a partir de la ecuación de Beer-Lambert.




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AAS: Flame Atomic Absorption Spectrometry

Resumen del Método

Se basa en la espectrometría de Absorción.

La cantidad de energia para excitar un analito es única para cada elemento.

Permite conocer la concentración de analito en una muestra.

Emite una luz que atraviesa una nube de átomos libres.

Se mide la cantidad de luz absorbida por la nube de atomos libres.

Se halla la relación entre la luz absorbida con y sin el analito.

Se halla la concentración de analito a partir de la ecuación de Beer-Lambert.




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Cromatografía de Intercambio Iónico

Resumen del Método

1 Un eluente ayuda a transportar la muestra a través del sistema




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Resumen del Método

2 Una columna guardian se usa para proteger al separador de contaminantes.




C fí d I bi Ió i

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Resumen del Método

3 Una {alertcolumna analítica interactua con los iones de la fase móvil.




C t fí d I t bi Ió i

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Resumen del Método

4 Un supresor neutraliza el eluente.




C t fí d I t bi Ió i

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Resumen del Método

5 Un detector mide la conductividad de la fase móvil.





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Resumen del Método

6 Un procesador interpreta los datos y elabora un cromatograma



Generalidades

Contenido

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Contenido









Generalidades

Objetivos del Muestreo

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Muestras RepresentativasRecoger una pequeñaporción de sustancia de talmanera que la muestra searepresentativa del todo.



Generalidades


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Muestras RepresentativasRecoger una pequeñaporción de sustancia de talmanera que la muestra searepresentativa del todo.

Tener en Cuenta:

Selección cuidadosa de lospuntos de muestreo.



Generalidades


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Muestras ÚtilesProcurar reducir al mínimo loscambios composicionalesantes de los análisisrequeridos.



Generalidades


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Muestras ÚtilesProcurar reducir al mínimo loscambios composicionalesantes de los análisisrequeridos.

Tener en Cuenta:Enfatizar la atención sobre lastécnicas de muestreo.

La manipulación correcta dela muestra, incluyendo el usode técnicas de preservacióncuando sea requerido.



Generalidades

Contenedores Cantidades y Tipos de Muestras

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Contenedores, Cantidades y Tipos de Muestras

Contenedores

Usar contenedores nuevos o muy limpios.

Determinar si los análisis a realizar requieren contenedor de vidrio, deplástico u otro.

Cantidad de MuestraEn general de 500 a 1000 ml son suficientes para la mayoría de laspruebas.

Tipos de muestras

Muestras filtradas o sin filtrar.Muestras para análisis de gas disuelto.

Muestras para análisis de isótopos estables.

Muestras para determinar propiedades o especies inestables.



Generalidades


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Contenedores



Cantidad de Muestra

En general de 500 a 1000 ml son suficientes para la mayoría de laspruebas.

Tipos de muestras






Generalidades


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Contenedores



Cantidad de Muestra


Tipos de muestras






Generalidades


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, y p

Contenedores



Cantidad de Muestra


Tipos de muestras




Universidad Industrial de Santander Laboratorio de Fluidos – Análisis del Agua de ProducciónPreámbulo Características Muestreo Tratamiento del Agua de Producción

Generalidades


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, y p

Figura. Resumen de Requerimientos de Manipulación de Muestras


Métodos de Muestreo

Contenido

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Muestreo en Cabeza de Pozo

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Procedimiento

Figura. Muestreo en Cabeza de Pozo.

Conectar un tubo de plástico o caucho a la válvula de muestreo.

Se deja fluir un poco antes de tomar la muestra.

Se introduce el tubo hasta el fondo del contenedor.

Se deja desplazar varios volúmenes de fluido.

Se retira lentamente el tubo.

Se tapa y se etiqueta el contenedor.



Muestreo en Linea de Flujo

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Figura. Muestreo en Linea de Flujo

ProcedimientoSe hace el montaje sobre unalinea de flujo.

Se abren todas las válvulas.Se cierra la válvula posterior alcontenedor.

Se cierra la válvula anterior alcontenedor.

Se retira el contenedor.

Se etiqueta el contenedor.




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Muestreo con Sistema de Filtración

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Figura. Muestreo Filtrado.

MontajeJeringa desechable de 50 mL.

Dos válvulas Cheque.

Un soporte para papel filtro.

Papel filtro de 47mm de diámetro y

0.45µm de tamaño de poro.

ProcedimientoSe lleva la manguera a la jeringa.

La jeringa actúa como una bomba para forzar el liquido a pasar por el filtro.Se repite el paso anterior hasta que se llene el contenedor.

Se retira, se tapa y se etiqueta el contenedor.

Usualmente se toman dos muestras, una se acidifica hasta ph=3.


Separación de Sólidos en Suspención

Contenido

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1 Preámbulo

ObjetivosIntroducción








Asentamiento Gravitacional

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Figura. Asentamiento Gravitacional

Descripción

Las partículas sólidas son mas densas que el agua.

Las partículas sólidas se asientan en el fondo del equipo.

Las dimensiones de los tanques de separacion se pueden determinar a partir dela ecuación de stokes.



Asentamiento Gravitacional

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b =65q w µw

∆γ (d p )2Le v a =

1,78× 10−6∆γ (d p )2

µw

v w = 6,5× 10−5 q w

h f b

Figura. Asentamiento Gravitacional



Desarenadores de Ciclón

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Descripción

Aparatos cónicos que usan la fuerza centrifuga para separar laspartículas mas pesadas del liquido.




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Descripción

1 Un fluido presurizado entra a un manifold que distribuye la corriente a ciclonesindividuales.

Figura. Desarenador




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Descripción

2 El fluido entra tangencialmente directo a las paredes de una sección cilindricasobre un cono truncado.

Figura. Desarenador




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Descripción

3 Se genera un flujo en espiral que fuerza a las particulas mas pesadas a salir porla parte inferior del cono.

Figura. Desarenador




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Descripción

4 El agua se mueve hacia el vacio creado en el centro del cono y sale por el tubode sobre flujo

Figura. Desarenador


Tratamiento del Contenido de Crudo

Contenido

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1 Preámbulo

ObjetivosIntroducción






Tratamiento del Contenido de Crudo

Derivaciones de la ley de Stokes

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b =65q w µw

∆γ (d p )2Le v a =

1,78× 10−6∆γ (d p )2

µw

v w = 6,5× 10−5 q w

h f b

Mientras mas grandes sean la gotas de crudo, mas facil es tratar elagua.

Mientras mas grande sea la diferencia entre las densidades del agua ydel crudo mas facil es tratar el agua.

Mientras mas alta sea la temperatura mas fácil es tratar el crudo.

Universidad Industrial de Santander Laboratorio de Fluidos – Análisis del Agua de ProducciónApéndice

Conclusiones

Conclusiones

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Desde su origen hasta su disposición final, el agua producida ejerce una fuerte

influencia en muchos aspectos técnicos y económicos de la indsutria petrolera,representando una increible oportunidad para incrementar la producción dehidrocarburos y a la vez una posible causa del abandono de importantesreservas.

El primer paso para encontrar soluciones es el pleno conocimiento del

problema. El estudio de las propiedades del agua producida ofrece bases paratomar desiciones técnicamente acertadas y economicamente favorables.

La importancia de las buenas prácticas de muestreo radica en que no existetrabajo analítico en el laboratorio que pueda compensar la falta de una muestrarepresentativa del problema a estudiar.

La industria de los hidrocarburos, debe seguir trabajando en la optimización delos métodos de tratamiento, de manera que se logre alcanzar la mínimacontaminación posible sin afectar la rentabilidad del proyecto.


Bibliografia

Bibliografía I

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C.E. Thomas, Carroll F. Mahoney, George W. Winter. et.alThe Petroleum Engineer Handbook, Capitulos 14 y 44 .SPE, 1999.

American Petroleum Institute.Recommended Practice for Analysis of Oilfield Waters APIRP 45.API , 1998.

American Society of Test MethodsVolumen 11 Water. Capítulos 1 y 2..ASTM, 2004.


Bibliografia

Bibliografía II

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ARNOLD. Richard. et.al

Manejo de la Producción: de Residuo a Recurso..Oilfiel Rewiew Schlumberger, 2004.


Bibliografia

Gracias

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Universidad Industrial de Santander Laboratorio de Fluidos Análisis del Agua de Producción

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Agua de Produccion

Documents

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