DIVISIN DE CIENCIAS BSICAS E INGENIERA

DEPARTAMENTO DE PROCESOS E HIDRULICA

INGENIERA QUMICA

Recuperacin del solvente empleado en la

recuperacin mejorada de petrleo

Tesis que presentan:

GUAYAQUIL SOSA JESS FABRICIO 205215050

REYES MARTNEZ ALMA DELIA 205217612

ROMERO GMEZ ANEL 205318507

Para obtener el grado de: Lic. en Ingeniera Qumica

Asesor

Dr. Alberto Soria Lpez.

Agosto del 2009

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD AAUUTTNNOOMMAA MMEETTRROOPPOOLLIITTAANNAA

UUNNIIDDAADD IIZZTTAAPPAALLAAPPAA

ndice

I.- Introduccin Pg.

II.- Petrleo y sus caractersticas

II.1.- Definicin del crudo

II.2.- Composicin

II.3.- Clasificaciones del crudo

II.4.- Los crudos mexicanos

III.- Explotacin de campos petroleros

III.1.- Sistema de bsqueda de yacimientos

IV.- Mtodos empleados para la recuperacin mejorada de petrleo

IV.1.- Mtodos de recuperacin mejorada usando aditivos qumicos

IV.1.1.- Inyeccin de polmeros

IV.1.2.- Inyeccin de surfactantes

IV.1.3.- Inyeccin de soluciones alcalinas

IV.2.- Mtodos de recuperacin mejorada empleando mezclas de aditivos qumicos

IV.2.1.- Inyeccin de polmeros miscelares, microemulsiones

IV.2.2.- Inyeccin de mezclas lcali-surfactantes, AS

IV.2.3.- Inyeccin de mezclas lcali-surfactantes-polmero, ASP

IV.3.- Inyeccin de CO2

V.- Mtodo de inyeccin de polmero

V.1.- Antecedentes y resultados de implementacin de la inyeccin de polmeros en

pozos petroleros

V.2.- Recuperacin por inundacin de polmero

VI.-Conclusin de la revisin bibliogrfica

VII.- Esquema general para el diseo de inyeccin de polmero

VII.- Estudio de la interaccin de aceite/PAA/roca

VII.- Estudio del mercado

VIII.- Actividades experimentales

IX.- Metodologa

IX.1.- Simulacin del yacimiento

IX.2.- Curvas de decaimiento

IX.3.- Separacin de la mezcla crudo- solucin polimrica

X.- Resultados experimentales

X.1.- Resultados sobre las propiedades fsicas

X.2.- Resultados sobre la inyeccin de la solucin polimrica

XI.- Conclusiones a partir de la experimentacin

XII.- Diagrama de proceso

XIII.- Balance de materia

XIV.- Equilibrio fsico

XV.- Mtodo de separacin

XVI.- Diseo de equipo mayor

XVI.1.- Cada de presin del cicln

XVI.2.- Eficiencia del hidrocicln

Anexos

Referencias bibliogrficas

INTRODUCCIN

La explotacin de un yacimiento petrolero ocurre esencialmente en tres etapas. En las dos primeras etapas se logra recuperar aproximadamente del 20% al 30% del petrleo original en sitio (POES), con lo cual, el yacimiento contiene todava un 70-80% del (POES). Los elevados precios del crudo en el mercado internacional demandan un mayor aprovechamiento de los recursos disponibles, por lo que la recuperacin mejorada se convierte en la principal alternativa a esta demanda mundial. Los mtodos de recuperacin mejorada son variados, por ejemplo los mtodos que hacen uso de aditivos qumicos (inyeccin de polmeros, surfactantes y soluciones alcalinas) y los procesos de recuperacin por inyeccin de mezclas de dichos aditivos.

En la primera etapa de explotacin, el petrleo se drena naturalmente hacia los pozos bajo el efecto de gradiente de presin existente entre el fondo de los pozos y el seno del yacimiento. Cuando la presin del medio ya no es la suficiente, o cuando se estn produciendo cantidades importantes de otros fluidos (agua y gas, por ejemplo), se inicia entonces la segunda etapa, la cual consiste en inyectar dentro del yacimiento un fluido menos costoso que el crudo para mantener un gradiente de presin.

Como ya se mencion, finalizada esta segunda etapa, slo se logra recuperar 20 o 30% del petrleo, quedando el resto atrapado en los poros de la estructura del depsito debido a fuerzas viscosas y capilares, adems de la presencia de fracturas naturales o regiones de alta permeabilidad causantes de que el agua inyectada fluya a travs de canales de menor resistencia y dejando cantidades importantes de crudo atrapado en la formacin.

Muchos mtodos han sido estudiados para la recuperacin, entre ellos tenemos los mtodos que consisten en inyeccin de fluidos miscibles con el petrleo y de gases a altas presiones, ya sea en forma separada o combinada, todos ellos como parte de la tercera etapa de la recuperacin. Tambin, bajo condiciones ptimas una solucin de surfactantes, el cual puede contener cosurfactantes, electrolitos, polmeros, inyectada al depsito tiene el potencial de solubilizar el crudo, dispersndolo en forma de una emulsin.

Otros mtodos empleados en la tercera etapa de recuperacin es con aditivos qumicos, a pesar de que han sido desechados en ocasiones en las que el precio del petrleo es bajo, donde el principal argumento sealado es la baja rentabilidad del proceso, debida principalmente a los costos de los aditivos qumicos.

PETRLEO

Definicin

El petrleo es una mezcla en la cual coexisten en los tres estados de la materia hidrocarburos, constituidos por tomos de carbono e hidrogeno y pequeas cantidades de heterocompuestos en presencia de nitrgeno, azufre, oxgeno y algunos metales, de manera espontanea en depsitos de roca sedimentaria (vase tabla 1).

Normalmente la composicin elemental del petrleo esta dentro de los siguientes intervalos:

Tabla 1. Composicin del petrleo

Elemento % Peso

Carbn 84 - 87

Hidrgeno 11 14

Azufre 0 - 2

Nitrgeno 0.2

Dicho hidrocarburo puede estar en estado lquido o en estado gaseoso. En el primer caso es un aceite o crudo, mientras que en el segundo se le conoce como gas natural. Su origen est en la descomposicin de las sustancias orgnicas.

Composicin De acuerdo al nmero de tomos de carbono y de la estructura de los hidrocarburos que conforman al petrleo, se tienen diferentes propiedades que lo caracterizan y determinan su comportamiento como combustible, lubricante, cera o solvente. Las cadenas lineales de carbono asociadas a hidrgeno, constituyen las parafinas; cuando las cadenas son ramificadas, isoparafinas; al presentarse dobles ligaduras entre los tomos de carbono se forman las olefinas; las molculas en las que se forman ciclos de carbono son los naftenos, y cuando dichos ciclos presentan dobles uniones alternas (anillo bencnico) se tiene la familia de los aromticos. Al aumentar el peso molecular de los hidrocarburos las estructuras se vuelven complejas y difciles de identificar qumicamente con precisin. Existen parmetros internacionales como los del Instituto Americano del Petrleo (API) que diferencian la calidad y por tanto el valor de los distintos tipos de petrleo (vase la tabla 2). As entre ms grados API tenga un petrleo, mejor su calidad.

Los petrleos de mejor calidad son los que se clasifican como livianos y/o suaves.

Tabla 2. Clasificacin de petrleos segn su densidad.

Aceite crudo Densidad ( g/ cm3)

Densidad grados API

Extrapesado >1.0 10.0

Pesado 1.0 - 0.92 10.0 - 22.3

Mediano 0.92 - 0.87 22.3 - 31.1

Ligero 0.87 - 0.83 31.1 - 39

Superligero < 0.83 > 39

Los grados API es una medida de, cunto pesa un producto de petrleo en relacin al agua. Si el producto de petrleo es ms liviano que el agua y flota sobre el agua, su grado API es mayor de 10. Los productos de petrleo que tienen un grado API menor que 10 son ms pesados que el agua y se asientan en el fondo.

Grados API (American Petroleum Institute)

Los grados API es una unidad de medida que compara la densidad del petrleo con respecto a la del agua. Esto se determina a partir de un instrumento denominado hidrmetro.

La formula usada para determinar los grados API es:

Gravedad API = (141,5/GE a 60 F) - 131,5

Donde: GE: gravedad especifica, es el cociente de la densidad de la sustancia entre la densidad del agua.

Clasificacin de los tipos de petrleo

Existen diferentes maneras de clasificar a los petrleos dependiendo de sus caractersticas, como son sus propiedades fsico-qumicas (vase tabla 3), la presencia de azufre y en el caso especial de Mxico, tambin se clasifican segn los grados API que tenga.

Tabla 3. Clasificacin de los petrleos respecto a sus propiedades fsico-qumicas

Tipo de petrleo

Propiedades qumicas Propiedades fsicas

Parafnico Cadenas lineales de carbono asociadas a hidrogeno, en el caso de que se encuentren ramificadas, es el caso de las isoparafinas presentan ramificaciones

Son muy fluidos y de color claro

Naftnicos Son molculas que presentan ciclos de carbono y cuando presentan dobles uniones alternas se les llama aromticos

Muy viscosos y de coloracin oscura

Mixtos Es una mezcla de ambas composiciones, tanto de la de parafnicos, como de la de naftnicos

Presenta propiedades de ambos.

De acuerdo a la presencia de azufre tenemos la siguiente clasificacin:

Petrleo dulce (sweet crude oil): contiene menos del 5% de contenido sulfuroso de la composicin.

Petrleo agrio (sour crude oil): contiene menos del 1% de contenido sulfuroso

En este caso la diferencia se visualiza en el costo del proceso de refinamiento y por consecuente en el costo del producto final.

Son muchos los compuestos qumicos que constituyen el petrleo, y, entre muchas otras propiedades, estos compuestos se diferencian por su volatilidad (dependiendo de la temperatura de ebullicin). Al calentar el petrleo, se evaporan los compuestos ligeros (de estructura qumica sencilla y bajo peso molecular), de tal manera que conforme aumenta la temperatura, los componentes ms pesados van incorporndose al vapor.

Las curvas de destilacin true boiling point (TBP), temperatura de ebullicin real) distinguen a los distintos tipos de petrleo y definen los rendimientos que se pueden obtener de los productos por separacin directa.

LOS CRUDOS MEXICANOS Mxico produce tres tipos de crudo: el Maya-22 (pesado), que constituye casi la mitad del total de la produccin; el Istmo-34, (ligero), bajo en azufre, que representa casi un tercio del total de la produccin; y el Olmeca-39, (extra ligero), el cual es la quinta parte del total de la produccin. De la produccin total de crudo en Mxico, el 50% se destina a la exportacin y lo dems al consumo domstico, procesndose aproximadamente 1.3 millones de barriles en las refineras del sistema nacional de refinacin. Para exportacin, en Mxico se preparan tres variedades de petrleo crudo: Itsmo: Ligero con densidad de 33.6 grados API y 1.3% de azufre en peso. Maya: Pesado con densidad de 22 grados API y 3.3% de azufre en peso. Olmeca: Superligero con densidad de 39.3 grados API y 0.8% de azufre en peso. Ubicacin Por lo regular se encuentra encerrado en los espacios que hay entre los granos de arena que forman las rocas llamadas areniscas, que pueden ser de origen marino, fluvial, glacial o lacustre. Cuando estas areniscas son "petrolferas", el petrleo se encuentra ocupando los poros de stas, tambin es posible encontrar petrleo en grietas y cavidades y en otras rocas sedimentarias como las calizas y dolomitas. Debido a los movimientos telricos, las rocas sufren deformaciones que producen, en algunos casos, "trampas". Estas son condiciones estructurales son buenas para una mayor acumulacin de petrleo dentro de la roca contenedora, dando origen a un yacimiento. Dentro del yacimiento, como consecuencia de sus diferentes pesos especficos, encontramos al petrleo acumulado sobre el agua salada, que siempre lo acompaa, y por debajo del gas natural, que ocupa la parte superior de la trampa.

Las reservas petrolferas se encuentran bajo la superficie terrestre a cientos o a miles de metros de profundidad y el nico mtodo seguro para ubicarlas, son los Sondajes Exploratorios.

EXPLOTACIN DE CAMPOS PETROLEROS

La creacin de un pozo petrolero requiere de varias etapas: exploracin, perforacin, terminacin y perforacin. Hoy en da, la tcnica ms empleada para extraer el petrleo es mediante la perforacin rotatoria. Este mtodo emplea tubos cilndricos de acero (barras de perforacin) acoplados a un tambor o mesa rotatoria mediante la cual se les imprime una rpida rotacin. En la exploracin se identifican lugares que tengan propiedades caractersticas de un reservorio de petrleo, es entonces cuando inicia el trabajo de los gelogos quienes estudian el terreno y obtienen informacin del sedimento. Las condiciones geolgicas indispensables para que exista un pozo son:

Una capa de estrato poroso o agrietada capaz de contener al petrleo

Una cubierta suficientemente impermeable para prevenir o retardar la migracin del aceite hacia arriba.

Una estructura geolgica que permita la acumulacin del petrleo en su migracin hacia arriba.

Las perforaciones de los pozos afectan el equilibrio de los sedimentos y esto ocasiona que el petrleo y los gases, fluyan de una manera muy compleja hacia l.

Figura 1. Plataforma petrolfera

En la figura 1 se muestra la estructura de una plataforma petrolfera. La mayor parte del petrleo se ubica entre los 900 y 5000 metros de profundidad.

Los pedacitos pulverizados de roca que va cortando, son arrastrados, segn desciende la herramienta, por medio de un chorro de agua a presin que los saca del agujero

Sistema de bsqueda de yacimientos

Gravmetros: Estudian las rocas del subsuelo, Mide las diferencias de fuerzas utilizadas en una regin dada para la elaboracin de un mapa, lo que nos permite determinar en cuales zonas es ms probable que exista petrleo. Para ello se utiliza en aparato del mismo nombre, el cual registra las diferencias de aceleracin de gravedad en diversos puntos de una zona. Se determina la aceleracin de gravedad en puntos distantes de 1,000 o 5,000 metros entre s; despus se ubican los puntos, con la finalidad de obtener posibles zonas. En la figura 2 se muestra la el proceso para determinar las propiedades del suelo a travs del gravmetro.

Figura 2. Gravmetros

Magnetomtricos: detectan las alteraciones magnticas, producidas por las distintas permeabilidades magnticas de las rocas cristalinas. Para ello de utilizan magnmetros muy sensibles.

Sismogrficos: consiste en hacer estallar cargas de dinamita en pozos de poca profundidad (entre 10 y 30 pies), registrando las ondas reflejadas en las capas profundas por medio un sismgrafo, como se muestra en la figura 3. L a superficie se cubre con gefonos, los cuales envan los datos a la estacin receptora, para poder realizar el dibujo del interior de la tierra, y toda la informacin obtenida es interpretada por los centros geolgicos y geofsicos de las empresas petroleras. De all se establecen las posibles reas donde se ubique los depsitos de hidrocarburos.

Figura 3. Sismografa

METODOS EMPLEADOS PARA LA RECUPERACIN MEJORADA DE PETRLEO

La extraccin mejorada de petrleo, se realiza inyectando al yacimiento, fluidos de ayuda que permitan un aumento en la razn de movilidad del agua con el crudo. En la figura 4 se muestra un esquema sobre los mtodos de recuperacin mejorada que existen.

Figura 4. Esquema de los mtodos de recuperacin mejorada de petrleo.

Existen muchos mtodos para la recuperacin mejorada de petrleo, pero en este estudio, solo se explicara algunos de estos en los que se utilizan aditivos qumicos y como se realiza la inyeccin de CO2.

Mtodos de recuperacin mejorada con aditivos qumicos

1. Inyeccin de polmeros.

MTODOS DE RECUPERACIN MEJORADA

GAS

(Miscible/Inmiscible)

* CO2

* Nitrgeno

* Aire

TRMICA

* Vapor

* Combustin (In situ)

* Agua Caliente

ADITIVOS QUMICOS

* Polmeros

* Alcalinas

* Surfactante

* Polmero micelar

* Mezclas

2. Procesos de inyeccin de surfactante. 3. Inyeccin de soluciones alcalinas o aditivos alcalinos combinados con mezclas de lcali-

surfactante o lcali-surfactante-polmero (ASP).

Puesto que cada yacimiento es nico en lo que se refiere a las propiedades de los crudos y del medio poroso, se deben disear sistemas qumicos caractersticos para cada aplicacin, como el que se muestra en la tabla 4. Los reactivos qumicos empleados, sus concentraciones en los procesos de inyeccin, dependern de las propiedades de los fluidos y del medio poroso de la formacin, as como, de las consideraciones econmicas.

Tabla 4. Criterios bsicos de seleccin para el desarrollo de proyectos de recuperacin mejorada basado en mtodos qumicos.

Mtodo API Viscos. (cP) Permeab. (mD) Temp. (F)

Inyeccin de polmeros 15-40 10

Entre los polmeros usados para este mtodo se encuentran los polisacridos (o biopolmeros) y las poliacrilamidas (PAA) y sus derivados.

A bajas salinidades, las PAA presentan una mayor relacin de movilidad por medio del incremento de la viscosidad del agua y de la disminucin de la permeabilidad al agua de la formacin.

Se deben escoger polmeros que a bajas concentraciones y a condiciones de yacimiento mantengan una alta viscosidad, no sean susceptibles de degradacin y sean estables trmicamente. Se debe tomar en cuenta que la movilidad disminuye con el aumento de la salinidad del agua, producto de la alta concentracin de iones divalentes como Ca+2 y Mg+2. En lo que se refiere a la degradacin, su principal efecto es una reduccin de la viscosidad que trae como consecuencia directa una alteracin de la movilidad y con esto la eficiencia de barrido del yacimiento.

2. Inyeccin de Surfactantes.

El objetivo de este mtodo es disminuir la tensin interfacial entre el crudo y el agua para desplazar volmenes discontinuos de crudo atrapado, generalmente despus de procesos de recuperacin por inyeccin de agua.

Este mtodo consiste en un proceso de inyeccin de mltiples batch, incluyendo la inyeccin de agentes qumicos con actividad superficial (tensoactivos o surfactantes) en el agua (vase la figura 6). Estos aditivos qumicos reducen las fuerzas capilares que atrapan el crudo en los poros de la roca de formacin. El tapn de surfactante desplaza la mayora del crudo, formando un banco fluyente de agua-petrleo que se propaga delante del batch o tapn de surfactante.

Figura 6. Esquema del proceso de inyeccin de surfactantes.

Los surfactantes ms empleados a nivel de campo son sulfanatos de petrleo o sintticos, los cuales pueden ser empleados en un amplio intervalo de temperaturas a bajas salinidades. Por lo general se emplean sulfatos oxialquilados y sulfanatos.

An cuando las aplicaciones de este mtodo a nivel de campo han resultado exitosas, la mayora no han sido rentables debido a los altos costos de los surfactantes inyectados. Por esta

razn, se han sumado esfuerzos para hallar alternativas que permitan la disminucin de los costos.

3. Inyeccin de soluciones alcalinas.

Consiste en la inyeccin de soluciones alcalinas en la formacin. Estas reaccionan con los cidos orgnicos presentes naturalmente en los crudos con lo cual se logra generar o activar surfactantes naturales que traen como consecuencia directa mejoras en la movilidad del crudo a travs del yacimiento y hacia los pozos productores, ya sea por reduccin de la tensin interfacial, por un mecanismo de emulsificacin espontnea (vase figura 7).

Figura 7. Esquema del proceso de inyeccin de soluciones alcalinas.

Aunque este mtodo ha resultado ser eficiente para crudos con altos contenidos de cidos orgnicos, uno de los mayores problemas de este proceso, es la reaccin qumica de las soluciones alcalinas con los minerales de la formacin, fenmeno que se conoce como formacin de escamas y consumo de lcali.

Procesos de recuperacin mejorada por inyeccin de mezclas de aditivos qumicos

1. Inyeccin de polmeros micelares o mezcla de polmero-surfactante. 2. Inyeccin de mezclas lcali-surfactantes (AS). 3. Inyeccin de sistemas lcali-surfactante-polmero (ASP).

1. Inyeccin de polmeros micelares (microemulsiones).

Se basa en la inyeccin de un tapn micelar en el yacimiento, el cual consiste en una solucin que contiene una mezcla de surfactante, alcohol, salmuera y crudo. Se logra desprender el crudo del medio poroso de la formacin, para luego ser desplazado con agua.

Para incrementar la eficiencia de barrido y la produccin de petrleo, se inyecta una solucin polimrica para el control de movilidad y as desplazar el tapn micelar.

2. Inyeccin de mezclas lcali-surfactantes (AS).

Se considera recomendable en yacimientos con crudos livianos, ya que se pueden alcanzar reducciones importantes de la tensin interfacial empleando combinaciones de lcali-surfactantes, donde el tensoactivo logra compensar las potenciales diferencias de las interacciones crudo-lcali por medio de la activacin de surfactantes naturales.

En este caso, primero se inyecta un preflujo de lcali con el fin de preacondicionar el yacimiento y la subsiguiente inyeccin de surfactante sea ms efectiva.

3. Inyeccin de mezclas lcali-surfactante-polmero (ASP).

La inyeccin de polmeros micelares pueden producir incrementos significativos de recuperacin, pero resulta antieconmico por el alto costo de los aditivos qumicos. El proceso ASP combina los beneficios de los mtodos de inyeccin de soluciones polimricas y polmeros micelares, basado en la tecnologa de inyeccin de soluciones alcalinas debido a que el costo de los lcalis es considerablemente menor que el de los surfactantes.

El mtodo consiste en que el agente alcalino reacciona con los cidos orgnicos presentes naturalmente en los crudos para formar surfactantes naturales, los cuales interactan con los surfactantes inyectados para generar reducciones de las tensiones interfaciales a valores muy pequeos ( < 10-3 dinas/cm), aumentando el nmero capilar significativamente. El empleo de lcali contribuye a disminuir el contenido de iones divalentes en el sistema fluido-roca y minimiza la prdida de surfactantes y polmeros por adsorcin en la roca; como se muestra en la figura 8.

Figura 8. Esquema del proceso de inyeccin de mezclas ASP.

En la siguiente tabla se muestran algunos criterios tcnicos para la seleccin de yacimientos candidatos a la inyeccin de soluciones ASP:

Inyeccin de CO2

Otro tipo de recuperacin asistida, consiste en la inyeccin de gas y desplazamiento del crudo por soluciones miscibles como se observa en la figura 9 de la adicin de dixido de carbono, la cual es una de las tcnicas ms utilizadas en las instalaciones de recuperacin en la actualidad.

Figura 9. Esquema del proceso de inyeccin de CO2.

El mecanismo principal para la movilizacin del petrleo por gases miscibles es:

*Disminucin de la viscosidad del fluido hasta solubilizacin del gas en el crudo. *Aumento del volumen de la fase oleica.

Tres tipos de inyeccin de dixido de carbono han sido descubiertas y aplicadas:

1. Inyeccin del gas en porciones seguidas de la adicin de agua, como se ilustra en la figura. 2. inyeccin de agua saturada con el dixido de carbono. 3. inyeccin del gas a presin elevada.

ANTECEDENTES Y RESULTADOS DE IMPLEMENTACIN DE LA INYECCIN DE POLMEROS EN

POZOS PETROLEROS

La investigacin sobre procesos de inyeccin de polmeros y otros agentes qumicos se ha ampliado en recientes aos. Muchas organizaciones tienen en curso investigaciones y desarrollo de proyectos para RPM con polmeros. De esta manera podemos asegurar que el desarrollo de estos mtodos posee una situacin econmica prometedora. Debido al aumento de yacimientos que son considerados como terminados, se han realizado estudios para implementar mtodos de recuperacin mejorada de petrleo y as incrementar el porcentaje de extraccin de 35-60% del petrleo original en sitio. Pases industrializados han invertido en aplicaciones de mtodos de recuperacin mejorada, pues representan un gran potencial econmico y de desarrollo tecnolgico.

A continuacin se citan algunas aplicaciones del mtodo de recuperacin mejorada por inyeccin de polmeros. En Argentina se realizaron estudios sobre la inyeccin de geles para incrementar la recuperacin en un reservorio heterogneo (1) .El yacimiento se encuentra al norte de la ciudad de Neuqun y fue descubierto en 1960. Uno de los factores que causan problema es la cantidad de capas que conforman la estructura del yacimiento, gradientes de presin, direccin preferencial de movimiento del agua y las posibles canalizaciones de los fluidos. El polmero inyectado fue poliacrilamida con acetato de cromo. Para pronstico de la recuperacin de crudo (no presentados en el artculo) supuso un flujo pistn y se asumi estado pseudo-estacionario, como resultado de dicha estudio se obtuvo una recuperacin final de 783 miles de barriles en un lapso de 30 aos. Posteriormente se vari la permeabilidad de las capas estructurales del yacimiento y se concluyo que era posible recuperar 962 miles de barriles en el mismo perodo de tiempo. Se llega a la conclusin de que el gel realiza un efecto de tapn que mejora la eficiencia de barrido. En este trabajo de investigacin, no se contemplo estudiar el efecto de la concentracin de polmero a inyectar, se limito a una concentracin definida de 4000 ppm. La siguiente tabla muestra algunos de los resultados de la recuperacin mejorada usando PAA con acetato de cromo:

Tabla 5. Resultados de la experimentacin en Neuqun

Propiedad Especificacin

Pozos productor tratados 4

Volumen de gel inyectado, m3 415

Volumen de gel/pozo tratado, m3 104

Concentracin de polmero, ppm 3000-6000

Reserva probada total, Mm3 8

Pozos respuesta/Pozos tratados, % 100

Costo de desarrollo, $/bbl 3.26

El mtodo de inyeccin de solucin alcal-surfactante-polmero (ASP), fue implementado en los pozos Gudao, Gudong and Shengtuo, en China en el ao 2004 (2). Este mtodo permiti el incremento de la produccin de aceite por arriba del 25% del petrleo original en sitio. Se utilizaron pequeas concentraciones de solucin ASP de 125-240 ppm. Mientras que por otro lado, la inyeccin de solucin polimrica solo aumentaba en un 18% la recuperacin de crudo en estos pozos. Los estudios llevaron a la conclusin de que para los pozos analizados era ms conveniente inyectar solucin ASP. Los datos que se obtuvieron del estudio se muestran a continuacin:

Tabla 6. Resultados de la inyeccin ASP en China

Propiedad Especificacin

rea total 67759 acres

Petrleo original en sitio 3.62 billones de barriles

Pozos 5343

Pozos de inyeccin 2427

Cantidad de produccin 525 millones de barriles

Incremento de produccin 322 millones de barriles

Polmero inyectado al ao 190.3 millones lbm

Produccin anual 73.5 millones de barriles

Estudios realizados empleando sistemas de imbibicin La imbibicin juega un papel importante en la EOR, una comprensin de la imbibicin y los

parmetros clave que controlan el proceso son cruciales. Para entender el proceso de manera

fsica, se realiza un experimento utilizando un ncleo, aceite y solucin polimrica. Cuando el

aceite saturado entra en contacto con dicha solucin, el proceso de imbibicin comienza. La

cantidad de aceite producido se registra a lo largo del tiempo. Usualmente la imbibicin

espontnea tarda mucho tiempo. Estudios de sensibilidad para investigar el efecto de algunos

parmetros en la tasa de imbibicin pueden ser muy largos.

Dos parmetros presentan el problema. La presin capilar es difcil de determinar y los perfiles

de saturacin del agua a diferentes tiempos. Para cuantificar los efectos de estos dos parmetros

en el proceso de imbibicin en una razonable y efectiva longitud de tiempo, se emplean modelos

numricos o simulacin.

Varios estudios han sido conducidos a simular el proceso de imbibicin espontnea en un

sistema de imbibicin. Dichos estudios se refieren principalmente a la presin capilar como una

nica fuerza motriz. Blair (1964) present soluciones numricas 1-D describiendo la imbibicin de

agua y flujo a contracorriente de aceite en rocas porosas. Blair concluy que la tasa de imbibicin

vara con la presin capilar, permeabilidad capilar, viscosidad del aceite y con la saturacin inicial

de agua.

Beckner et. Al. (1987) propuso un modelo de imbibicin como un proceso de difusin con una

coeficiente no lineal de difusin. Asumiendo que el aceite por delante y por detrs es

despreciable. En otras palabras, no existe flujo de aceite a contracorriente. Sabiendo esta

debilidad, l us ecuaciones de imbibicin con flujo a contracorriente descritas por Blair (1964).

Estableci velocidad total igual a cero en la ecuacin de flujo fraccional e ignor la gravedad y la

fuente de los trminos.

Chen et. Al. (1995) usaron la ecuacin de difusin para llevar a cabo experimentos numricos

de imbibicin a contracorriente en una matriz de bloque sencillo para identificar caractersticas de

flujo. Ellos utilizaron ecuaciones de difusin no lineales que describen el flujo a contracorriente

derivadas por Blair (1964). Ellos resolvieron estas ecuaciones numricamente por el mtodo semi-

implcito.

Baker and Wilson (1997) usaron aceite negro simulador DRS ver. 3.5 para estudiar

numricamente los experimentos de imbibicin de laboratorio. Ellos emplearon un modelo de

1. *Carlos J. Wouterlood, Metodologa y resultados de proyectos de inyeccin de geles en la cuenca neuquina de Argentina.

2. *H.L. Chang Advances in Polymer flooding and alkaline-surfactant-polymer processes as developed and applied in the

peoples Republis of China.

coordenadas radiales y matriz fracturada. El sistema fracturado, consinti en simular el choque

frontal que el mecanismo de conduccin (fuerza motriz) para el inicio de proceso de imbibicin,

mientras que la matriz fue representada por el ncleo.

RECUPERACIN POR INUNDACIN DE POLMERO.

El proceso de inundacin de polmero usa pesos moleculares grandes de compuestos qumicos para alterar el flujo del agua a travs de la formacin. Estas largas molculas son solubles en agua porque el hidrogeno enlazado entre las molculas de agua y el polmero de cadenas laterales polares. Algunos de los polmeros usados en la recuperacin mejorada de petrleo se muestran en la tabla7, as como las caractersticas correspondientes de cada uno.

Tabla 7. Polmeros utilizados en la recuperacin mejorada de petrleo

Polmero Caractersticas

Poliacrilamidas Sinttico, polvo seco usualmente anicnico, solucin en agua, emulsin, gel.

Goma de Xantano Biopolmeros naturales, solucin de agua aninica, polvo seco.

Cellulosics Semi-sinttico, no inico o polvo seco aninico.

Copolmeros poliacrilato Sinttico, polvo seco, solucin en agua.

Los criterios que se deben considerar para utilizar la inyeccin de polmeros en la RMP son:

a) Peso molecular del polmero

Se requiere un polmero que tenga un peso molecular promedio grande, para asegurar que la

viscosidad de la solucin en agua sea lo suficientemente viscosa, para permitir que se produzca el

efecto de barrido en el yacimiento.

El tamao de las molculas polimricas en soluciones diluidas est influenciado por las

interacciones entre el agua y el polmero. La poliacrilamida parcialmente hidrolizada, HPAA (en un

intervalo de 15 a 35 % de hidrolisis) ayuda a obtener una mayor viscosidad.

b) Viscosidad

Las soluciones polimricas son consideradas fluidos no-newtonianos.

La poliacrilamida hidrolizada se puede tratar como un fluido viscoelstico en un medio poroso.

La HPAA tiene la caracterstica de ser polielectrolita, es decir es muy sensible a la concentracin

de electrolitos, por lo tanto hay una dependencia entre la viscosidad de la solucin y el esfuerzo de

corte.

c) La retencin de polmero en los poros

La cantidad de polmero que se retiene en un medio poroso, puede ser determinado por

experimentos de desplazamiento, en los cuales la velocidad de flujo es constante. Sabiendo cuanta

solucin polimrica fue inyectada y cuanto sali del efluente, se puede conocer la cantidad de

polmero atrapado en los poros. La cantidad del polmero inyectado no recuperado en el efluente

es considerado polmero atrapado en el medio poroso.

Las arenas y slidos tienen sal en su superficie, lo cual influye en la adsorcin de la solucin de

poliacrilamida parcialmente hidrolizada en el medio.

La retencin del polmero influye sobre el flujo a travs del medio, afectando a: la

permeabilidad y a la porosidad.

Existen dos tipos de poro y cinco subcategoras de acuerdo al tamao de poro, la forma y la

morfologa general de los poros. Primero los que incluyen intergranular macroporos, intergranular

mesoporos y microporos. Los otros poros son generalmente de gran tamao (hasta 50 m) y son

producto de la disolucin de precursores de cementos y granos. A continuacin se muestra una

tabla con las caractersticas de cada uno de los tipos de poro.

Tabla 8. Caractersticas de los tipos de poro.

Tipo de poro

Morfologa Tamao de poro Conectividad

PT1 macroporos intergranulares primarios con formas irregulares

relativamente grandes

30-40 m

generalmente bien interconectados,

radio de poro de 0.75-2 m

PT2 macroporos intergranulares primarios con formas irregulares

15-30 m

moderadamente interconectados, radio de

poro de 0.4-1 m

PT3 mesoporos intergranulares primarios con forma de poro

polidrica

5-15 m

Poco interconectados, radio de poro 0.5 m

PT4 microporos, los poros se desarrollan dentro de los bordes

de cemento de arcilla en un marco de granos de arena.

5 m

Sin conectividad

PT5 Disolucin qumicamente secundaria de los poros creada la lixiviacin selectiva de granos de arena inestables, por lo general,

de forma poligonal.

Arriba de 40 m

Conectividad muy buena

CONCLUSIN DE LA REVISIN BIBLIOGRFICA

Actualmente resulta de gran inters estudiar mtodos para recuperar el crudo que se encuentra sobre todo, en los yacimientos que ya estn cerrados, y que debido a la falta de tecnologa adecuada, no se puede seguir con la extraccin de petrleo

Los estudios mostrados anteriormente sobre la recuperacin mejorada de petrleo inyectando soluciones polimricas, muestran un incremento en la extraccin del petrleo original en sitio. Los trabajos reportados, no implican precisamente a un yacimiento de areniscas, por lo cual se considera importante realizar este estudio, adems de que se pretende determinar el mtodo adecuado de separar la solucin de PAA y crudo, para definir el destino de la PAA recuperada, donde lo ms conveniente sera poder recircular est ltima o en caso de que sus propiedades se vean afectadas severamente, quiz se pueda vender ambos casos con la finalidad de que el proyecta sea viable econmicamente.

ESQUEMA PARA EL DISEO DE INYECCIN DE POLMERO Para implementar el mtodo de inyeccin de polmeros, se deben de tomar en consideracin, las siguientes propiedades tanto del petrleo como del yacimiento.(4)

Descripcin

El objetivo de la inyeccin de polmero es el de proporcionar un mejor desplazamiento y barrido volumtrico. Bajas concentraciones (300 2000 ppm).

Mecanismos:

Incrementar la viscosidad del agua.

Reducir la movilidad del agua.

Se logra contacto con un mayor volumen de la reserva. Guas tcnicas de deteccin

Estas sirven para indicar si el crudo que existe en cierto yacimiento, cuenta con las caractersticas necesarias (ver la tabla XX. Criterios bsicos de seleccin para el desarrollo de proyectos de recuperacin mejorada basado en mtodos qumicos) para que el mtodo de inyeccin de polmero sea factible de usar.

Petrleo: Gravedad >oAPI Viscosidad 150 cp (preferente 100 cp) Composicin no crtica. Yacimiento: Saturacin del aceite > 10 % PV petrleo mvil Tipo de formacin: areniscas Espesor de la red: no crtico Permeabilidad promedio > 10 mD

Profundidad 9000 ft Temperatura 200 oF (94 oC)

INVESTIGACIN DE LA INTERACCIN DE ACEITE/PAA/ROCA.

Es indispensable sealar que previo a las actividades experimentales, se realizo un estudio de la interaccin arena-crudo-solucin polimrica, para el campo shishito 12, y posteriormente a partir de los resultados experimentales, se realizo el balance de masa para el ncleo de imbibicin, el cual no es precisamente significativo, pero dar las relaciones de porcentajes de crudo y de solucin polimrica recuperados que resultan necesarios para el balance de materia. Todo esto fue consecuencia del hecho de que en el yacimiento shishito, no se ha implementado ningn mtodo de recuperacin mejorada de petrleo y por lo tanto no se contaba con informacin para simular la RMP. Estudio experimental de aceite/PAA/ roca a condiciones de reservorio

Las interacciones fluido/roca son descritas por perspectivas geolgico/ petrofsicos. Esta

interaccin se define en esta seccin y se pretende ampliar la comprensin de las interacciones de

la roca de shishito, aceite y PAA. Para ver el comportamiento de mojado de la roca se realizaron

experimentos de imbibicin con agua y PAA. El experimento utilizado fue con aceite de shishito,

salmuera sinttica y un ncleo.

El aejamiento de los ncleos de baja permeabilidad saturada con aceite tiene poco efecto en

la tasa de imbibicin o tasa de produccin de petrleo, en particular despus de 7 das o ms

tiempo de aejamiento con el petrleo. Sin embargo, el final de recuperacin de petrleo despus

de 21 das de imbibicin disminuy con el aumento de tiempo de aejamiento. El aumento de la

temperatura durante el proceso de desplazamiento salmuera y PAA parece aumentar el

desplazamiento de recuperacin.

Los datos experimentales a las condiciones de yacimiento pueden confirmar que la roca de

shishito dbilmente mojado en agua con un ndice de humectabilidad al agua de 0.24 a 0.35,

dependiendo de la temperatura de la salmuera y PAA durante el desplazamiento. Heterogeneidad

en las propiedades de roca, tales como la saturacin de agua inicial y la permeabilidad de las

muestras utilizadas en el experimento, las causas menos influentes que el tiempo de aejamiento

en el mecanismo de recuperacin.

ndice de humectabilidad

El ndice de humectabilidad es determinado en base a la recuperacin por imbibicin y por el

desplazamiento debido a la solucin polimrica y salmuera. La relacin es expresada como:

=

+

Donde Rimb es el aceite recuperado por imbibicin y Rbf es el aceite recuperado por la inyeccin

de solucin polimrica y salmuera. Un ndice alto indica un sistema roca-hmeda favorable,

mientras que un ndice pequeo indica poca roca hmeda.

Heterogeneidad en propiedades de la roca

La saturacin inicial del agua y permeabilidad de ncleos no es lo mismo, son necesarios en mecanismos de recuperacin. La saturacin inicial del agua vara sobre el intervalo de 32% a 43%, lo que hace difcil establecer valores constantes de esta, en una matriz de permeabilidad baja. Sin embargo, los datos de saturacin inicial del agua en este experimento indica el intervalo bajo la cuestin de qu tanto es afectado en la imbibicin y en la recuperacin total, pero solo es afectada ligeramente si tiene una variacin grande, por ejemplo si incrementa la saturacin inicial del agua, decrece la presin capilar, lo cual se traduce en una disminucin de la recuperacin mejorada de petrleo.

El efecto de la presin capilar

Con el fin de investigar la sensibilidad de la presin capilar de imbibicin en la tasa de

imbibicin, tres diferentes presiones capilares fueron empleadas con manipulacin en orden de

0.1, 1 y 10. La presin capilar es la nica fuerza motriz en el proceso de imbibicin espontnea.

As, incrementando la presin capilar se incrementa la tasa de imbibicin.

El efecto de permeabilidades relativas de agua y aceite

Para la investigacin del comportamiento de las curvas de permeabilidad relativa en la tasa de

imbibicin, se estudian casos de curvas de permeabilidad relativa de aceite y agua. Los resultados

muestran que la recuperacin de aceite por imbibicin es sensible a las curvas de permeabilidad

relativa de agua aunque no se ve un efecto significativo en cambios de curvas de permeabilidad

relativa de agua. La tasa de imbibicin es sensible a la permeabilidad relativa del aceite. El

coeficiente de difusin capilar esta dado por la Ec. (12) y es una funcin de la permeabilidad

relativa del aceite y de este modo el proceso de imbibicin es mucho ms fuerte.

El efecto de la saturacin inicial de agua

El efecto de la saturacin inicial de agua en la tasa de imbibicin es estudiado usando cuatro

saturaciones inciales de agua 0, 0.2, 0.34 y 0.4. Los resultados indican que la tasa de imbibicin es

sensible a los cambios de saturacin inicial de agua. Como la saturacin inicial disminuye, la

presin capilar es mayor, traducindose en una tasa de imbibicin alta y, a su vez un alto volumen

de aceite recuperado.

ESTUDIO DEL MERCADO

Para saber si el proceso ser viable econmicamente, es necesario estudiar el mercado, la oferta y la demanda del petrleo en el pas para seguir con la parte de la experimentacin de recuperacin mejorada del petrleo y posteriormente el estudio de tcnicas de separacin.

El estudio del mercado se realiza en base a los datos reportados en el anuario estadstico de

Pemex.

Grfica 1. Produccin y exportacin de petrleo crudo.

La grfica mostrada arriba, muestra que en Mxico, las exportaciones y produccin de petrleo

hasta el ao 2007, y se ve claramente como las exportaciones juegan un papel muy importante de

todo lo que se produce en los yacimientos.

Actualmente existen muchos campos petroleros considerados como terminados, que es un

trmino que se aplica a aquellos yacimientos a los cuales ya se les aplico la recuperacin primaria y

la secundaria, y que desafortunadamente no existen los suficientes recursos para implementar

algn mtodo de recuperacin mejorada, como se puede ver en la grfica .

Grfica 2. Situacin de los pozos de acuerdo al ao

Miles de

barriles diarios

Miles de

barriles diarios

Existe una cantidad considerable de pozos que requieren de la implementacin de un mtodo

de recuperacin mejorada de petrleo, de aqu la importancia de seguir con este estudio, donde

se estudiara un yacimiento de areniscas del cual se extrae petrleo ligero.

ACTIVIDADES EXPERIMENTALES

Las actividades experimentales tienen como finalidad proporcionar informacin verdadera, (en la medida de lo posible) sobre el efecto que tiene la solucin polimrica en el fenmeno de recuperacin mejorada de petrleo. Permitirn conocer la proporcin petrleo-solucin polimrica en el producto de la recuperacin, para posteriormente a partir de esta informacin, adecuar un mtodo de recuperacin de PAA. Para ello lo se divide la experimentacin en dos etapas; en una primera etapa se realiza la simulacin de los mtodos de recuperacin que se aplican a un yacimiento, y en otra se analiza la mezcla de la recuperacin mejorada realizada con poliacrilamida, para poder determinar la disposicin final del residuo de poliacrilamida obtenido. Las actividades se enumeran a continuacin y despus se describe a detalle:

I. Simular un yacimiento de petrleo, en la medida de lo posible. II. Realizar curvas de decaimiento de produccin de petrleo empleando una inyeccin de

solucin polimrica en el yacimiento. III. Determinar el mtodo de separacin adecuado para recuperar la mayor cantidad de

poliacrilamida.

METODOLOGA I.- Simulacin de yacimiento Se diseo un equipo que permita tener compactada una mezcla de arena (debido a que el pozo de estudio Shishito tiene un yacimiento de areniscas) con crudo dentro de l, para simular el interior de un yacimiento con un pozo inyector y un pozo productor, para realizar la inundacin de solucin de poliacrilamida, como se muestra en la figura 10; cabe mencionar que la simulacin experimental no es precisamente como ocurre en un yacimiento real, en el cual existen condiciones de presin, temperatura variables dependiendo de la profundidad del pozo, sin embargo se espera que este experimento proporcione informacin a cerca del porcentaje de crudo que se puede recuperar al inyectar la solucin polimrica, posteriormente hacer pruebas a las mezclas extraidas para adecuar un metodo de separacin.

Figura 10. Ncleo para pruebas de RMP

Para ello se coloca en el tubo de alimentacin papel filtro (con ello evitar la salida de arena por las perforaciones que tiene), despus se agrega suficiente arena de un tamao de 60 a 40 mesh hasta abarcar todo el espacio vaco del equipo, para luego embeber con crudo; se deja reposar por unos das para asegurar un mejor mojado. En este paso se tiene que tener en consideracin la cantidad de crudo que se est usando. En este caso se estimo una porosidad de 25%. Para realizar la recuperacin primaria se debe de agregar el 10% del volumen de crudo en aire (esto se debe a que no se tiene una diferencia de presiones que ocasione la extraccin espontanea), manteniendo en todo momento equipo sellado, de tal suerte que podamos simular la presin ejercida por los gases dentro de un pozo; posteriormente se abre la salida permitiendo eliminar presin con la salida de crudo. En el caso de la recuperacin secundaria se debe de agregar agua hasta obtener de un 10 -15% de la cantidad de crudo que originalmente se tena en el sistema. II.- Curvas de decaimiento Primero se requiere preparar las soluciones de 1000 y 1800 ppm de poliacrilamida hidrolizada en agua que ocasione un aumento en su viscosidad, para asegurarnos de que el efecto de barrido sea mayor, y despus inyectar la solucin polimrica en el sistema. Durante el desarrollo del experimento se va a recolectar el efluente del pozo productor en intervalos de tiempo definidos para analizar en qu momento se empez a recuperar la poliacrilamida como producto de la extraccin y as mismo el cambio de concentracin de la mezcla obtenida. III.- Separacin de la mezcla crudo-solucin polimrica En este paso se requiere de las muestras que se obtengan de la recuperacin mejorada, con la finalidad de poder determinar los mtodos fsicos de separacin y de ser necesario mtodos qumicos, para la separacin del crudo y la solucin polimrica.

RESULTADOS EXPERIMENTALES Primero se explica que caractersticas tienen tanto el equipo como los compuestos utilizados durante la experimentacin. Ncleos. Ncleos utilizados para representar el yacimiento en este estudio fueron elaborados a

con 4 pulg. de dimetro. La permeabilidad se midi, variando de 0.1 a 10 mD y la porosidad en el

intervalo del 10 al 30%. En el primer ncleo, se inyecto la solucin polimrica de 1000 ppm y en el

segundo ncleo la solucin de 1800 ppm.

Composicin de salmuera. Salmuera sinttica fue usada en los experimentos y fue preparada

disolviendo NACl (122.7 mg/L) y CaCl2*2H2O (7.5 mg/L) en agua destilada.

Concentracin de PAA. Se hicieron dos soluciones con concentraciones de 1000 y 1800 ppm de

poliacrilamida para los experimentos.

Aceite. Se uso una muestra del pozo shishito (extrada el 13 de febrero del 2009 y proporcionada

por el Instituto Mexicano del Petrleo), de la cual se midieron propiedades fsicas y qumicas. La

composicin de la mezcla se obtuvo por un anlisis de cromatografa de gases, como se muestra

en la tabla 10. La viscosidad se midi con un remetro de cilindros concntricos y la densidad

utilizando un densmetro digital. La tensin superficial del sistema fue medida usando un

instrumento de gota colgante y un anillo de Nouy; estos resultados se pueden observar en la tabla

9.

Tabla 9 .Propiedades fsicas de la muestra de crudo de shishito 12.

Grados API @ 25oC 34

Densidad @ 25oC 0.83 g/ml

Viscosidad @ 25oC 0.004 Pa*s

Tensin superficial @ 25oC 28.1 dina/cm

Tabla 10. Composicin de la muestra de crudo de shishito 12.

Componentes Fraccin mol

C1 0.0211

C2 0.0172

C3 0.0351

C4 0.0212

C5- C10 0.5137

C11- C20 0.2151

C21- C30 0.0710

C31- C36 0.0302

C37+ 0.0740

Total 1.0000

RESULTADOS SOBRE LAS PROPIEDADES FSICAS

Crudo

El crudo es un fluido no Newtoniano, en la grfica 2 se muestra la dependencia entre la tasa de

corte y el esfuerzo cortante. El crudo Shishito 12, es un aceite ligero que de acuerdo a los datos

obtenidos con un remetro de tubos concntricos, es un fluido dilatante.

Grfica 2. Esfuerzo cortante vs tasa de corte para el crudo.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 200 400 600 800 1000

esf

ue

rzo

co

rtan

te, P

a

tasa de corte, 0.01s-1

0.002

0.02

10 100

Vis

cosi

dad

(0

.00

1 P

a*s

)

tasa de corte (0.01s-1)

Grfica 3. Viscosidad del crudo de shishito 12.

A partir del anlisis de la grfica 3 se encontr que la viscosidad del crudo a T=25C es de

=0.004 Pa*s.

Se presenta una grfica de la viscosidad vs temperatura, para as tener presente que dentro de

un yacimiento real, la viscosidad del crudo varia respecto a la temperatura y esta es una cualidad

de la capa estratosfrica a cierta profundidad.

La experimentacin realizada sirve para tener una idea de las cantidades que se necesita

inyectar de la solucin polimrica, para recuperar el crudo, pero el sistema de imbibicin

empleado est alejado de lo que realmente ocurre en un yacimiento de petrleo, por esta razn

la grfica 4. se obtuvo calentando el crudo para tener las variaciones de la viscosidad en funcin

de la temperatura.

Grfica 4. Viscosidad en funcin de la temperatura.

Solucin polimrica

Las soluciones polimricas con concentraciones de 1000ppm y 1800ppm, se utilizaron en los

experimentos de recuperacin mejorada de petrleo para aumentar el efecto de barrido en el

proceso de extraccin. A partir de la grfica de esfuerzo cortante vs tasa de corte (grfica 5), se

encuentra que las soluciones de polmero son un fluido de tipo pseudoplstico y por lo tanto se

puede modelar con la Ley de potencia. Estos fluidos se caracterizan por una disminucin de la

viscosidad y del esfuerzo cortante a medida que aumenta la tasa de corte.

0

5

10

15

20

25

30

35

10 20 30 40 50 60 70 80

visc

osi

dad

(0

.00

1 c

p)

temperatura (0.5 C)

Viscosidad (cp) vs. T(C)

Grfica 5. Representacin grfica del esfuerzo cortante en funcin de la tasa de corte para las

soluciones polimricas.

Grfica 6. Viscosidad de las soluciones polimricas, obtenidas con un remetro de tubos

concntricos.

La permeabilidad es funcin de la porosidad, y se pueden hacer simulaciones numricas usando

correlaciones, y una de ellas es la ecuacin de Kozeny-Carman:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 200 400 600 800 1000

esf

ue

rzo

co

rtan

te, P

a

tasa de corte, 0.01s-1

PAA 1000ppm

PAA 1800ppm

0.001

10 100

Vis

cosi

dad

, Pa*

s

tasa de corte, 0.01s-1

PAA 1000ppm

PAA 1800ppm

3

26

1

3.28*10 1a

k

Con la cual se obtiene la siguiente grfica, tomando valores alrededor del 30% de porosidad,

que es la porosidad promedio en la arena utilizada para la experimentacin.

Grfica 7. Permeabilidad en funcin de la porosidad (utilizando la relacin de Kozeny-Carman).

A partir de los datos de permeabilidad del yacimiento se pueden obtener los datos de

permeabilidades relativas tanto del fluido desplazante como del desplazado, utilizando

simuladores de computadora. La inyeccin de polmeros reduce la movilidad del agua. Por otra

parte se sabe que la movilidad es funcin de la saturacin de los fluidos y del petrleo original en

el sitio, entonces se podra obtener una grfica en la cual se varia la movilidad para obtener la

variacin de la permeabilidad.

RESULTADOS DE LA INYECCIN DE LA SOLUCIN POLIMRICA La inyeccin para la recuperacin mejorada de petrleo, fue realizada en continuo, para cada uno de los ncleos, y acumulando cantidades iguales de la extraccin, para obtener el porcentaje de crudo y solucin polimrica que se recupera, para realizar la siguiente curva de decaimiento. Balance de masa para el sistema de imbibicin *Ncleo

El sistema tena 94.13 ml de petrleo original en sitio, con una porosidad promedio de 25%.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Pe

rme

abili

dad

(m

D)

Porosidad ()

*Recuperacin primaria

La primera extraccin se realizo mediante aire, y se obtuvo 11.1ml de crudo dando un 11.8% de

OOIP.

*Recuperacin secundaria

En la recuperacin secundaria se agrego 250 ml de agua aproximadamente mediante una

bomba peristltica, para finalmente obtener una mezcla de agua-crudo de 212.6 ml , de los cuales

12ml corresponde a crudo, es decir, 12.7% de OOIP; y 200.6 ml de agua, lo que nos indica que 49.4

ml de agua quedaron atrapados en el ncleo; lo que nos da una relacin por cada 1ml de crudo

extrado se obtiene 16.7 ml de agua y se requiere inyectar 20.83ml de agua.

*Recuperacin mejorada

La recuperacin mejorada requiri de 395 ml de solucin de PAA de 1800ppm, inyectados

mediante una bomba peristltica, para obtener 400 ml de crudo con solucin polimrica, de los

cuales 15.3 ml corresponde a crudo, es decir, se extrajo el 16.3% de OOIP, y se recupero 384.7 ml

de solucin de PAA, lo que indica que 9ml de esta solucin quedaron dentro del ncleo. Con estos

datos podemos decir que por cada 1 ml de crudo extrado se obtienen 25.1 ml de solucin de PAA

y se requiere de 25.81 ml de solucin para extraer el mismo.

Cabe mencionarse que los resultados obtenidos en este ncleo no se parecern a los obtenidos

en un pozo real, debido a que las condiciones en que se desarrolla la experimentacin son muy

distintas.

Por lo tanto se tuvo una recuperacin total de 40.8% de OOIP, es decir, 38.4 ml de crudo.

Grfica 8. Curva de decaimiento para las tres recuperaciones en el ncleo 1.

Grfica 9. Curva de decaimiento para las tres recuperaciones en el ncleo 2.

CONCLUSIONES A PARTIR DE LA EXPERIMENTACIN

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 200 400 600 800 1000 1200

% R

ecu

pe

raci

n

de

ace

ite

tiempo, s

PAA @ 1000 ppm

secundaria

primaria

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 200 400 600 800 1000 1200

% R

ecu

pe

raci

n

de

ace

ite

tiempo, s

PAA @ 1800 ppm

secundaria

primaria

A partir de la caracterizacin del crudo de shishito 12, es decir de los datos reportados en la

Tabla 9, se puede ver en la siguiente comparacin.

Criterios bsicos para usar inyeccin de polmeros

15-40 API

Viscosidad < 35 cp

Permeabilidad > 10 mD

Temperatura < 71 C

Caracterizacin del crudo de shishito y del campo

34 API

Viscosidad de 4 cp

Permeabilidad de 846.8 mD

Suponemos que para fines prcticos, el anlisis se lleva a cabo sin sobrepasar los 71 C,

aunque en realidad no se cuenta con el dato concreto.

Se llego a la conclusin de que el campo de shishito es un buen candidato para aplicarle

inyeccin de polmero, ms concretamente de una solucin de poliacrilamida, la cual es mas

econmica en comparacin con los otros polmeros utilizados.

Cabe sealar que debido a la falta de diferencia de presiones en el ncleo, se opto por simular

la recuperacin primaria, inyectando aire, de tal manera que se forzar la extraccin del 11.8% del

petrleo original en sitio. Se tiene consciencia de que durante el experimento, hizo falta el anlisis

de las presiones durante todo el proceso de imbibicin. En el experimento de recuperacin

secundaria

El anlisis de las grfica 8 y 9, en las cuales se grfico las curvas de decaimiento de extraccin de

petrleo, permite realizar una grfica comparativa para ver qu porcentaje puede ser extrado

utilizando diferentes concentraciones de PAA.

Grfica 10. Comparacin de la recuperacin de crudo en los dos ncleos.

La grfica anterior produjo las siguientes conclusiones: a) Las soluciones polimricas mejoran la

razn de movilidad agua petrleo, ya que aumentan la viscosidad del agua y en consecuencia

permiten que se mejore el efecto de barrido para extraer el crudo, b) En el experimento del ncleo

2, se logro recuperar 16.3% del crudo atrapado en las areniscas despus de la recuperacin

secundaria y con el ncleo 1, se recupero el 15.4%, es decir, ambas soluciones son alternativas

para implementarse en un proceso de RMP en un campo de areniscas, c) despus de cierto

tiempo, ya no es posible extraer crudo del ncleo, y esto se debe a las fuerzas intersticiales del

crudo en los poros de la arena, a inyeccin de polmeros se realiza por lotes.

Adems en las muestras de recuperacin mejorada en el ncleo, se observa la poca solubilidad

de la solucin polimrica en el petrleo.

Durante la experimentacin se separo al crudo de la solucin polimrica, colocando las mezclas

en una centrifuga, para lograr que la fase del crudo no estuviese dispersa, sino que se aglomerara

la mayor cantidad posible, para despus decantar.

Una vez separadas las dos fases, se proceder a analizar las condiciones a las cuales fue extrada

la solucin polimrica para ver si es posible reinyectar, o dependiendo de la variacin de sus

propiedades, buscarle un posible reuso.

Anlisis comparativo de las propiedades del crudo con datos reportados en la literatura.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 200 400 600 800 1000 1200

% R

ecu

pe

raci

n

de

ace

ite

tiempo, s

PAA @ 1800 ppm

PAA @ 1000 ppm

Las fuerzas capilares son las responsables de que el petrleo se acumule dentro de las zonas

porosas de un yacimiento, y resulta complicado que el agua rompa estas fuerzas. La tensin

superficial del crudo Shishito 12, es de 28.2 dina/cm y se sabe vara con la temperatura debido a

que las fuerzas de cohesin entre las molculas disminuyen a medida que la temperatura

aumenta.

Grfica 11. Datos reportados en la literatura, sobre la tensin superficial de un petrleo ligero.

En la grfica 11 se puede corroborar que para un aceite ligero, a una temperatura de 25 C, se tiene una tensin superficial de 28 0.1 dina/cm, lo cual es prcticamente igual a lo que se obtuvo en los experimentos con el densmetro de Dunoy. La densidad es una propiedad fsica relevante en la caracterizacin de los crudos, pues a partir

de esta y de la temperatura, se utilizan tablas de densidad especfica para determinar los grados

API y as poder determinar si el crudo es pesado o ligero.

20

22

24

26

28

30

32

0 20 40 60 80ten

si

n s

up

erf

icia

l (0

.1 d

ina/

cm)

temperatura (0.5 C)

Grfica 12. Datos reportados en la literatura, sobre la densidad de un petrleo ligero. La siguiente grafica muestra algunos datos de viscosidad en funcin de la tasa de corte para

diferentes concentraciones de polmero.

Grfica 13. Distribucin grfica de la viscosidad de soluciones polimricas reportada en la

literatura (Donaldson Erle, Enhanced oil recovery I, fundamentals and analyses, 1985).

En la industria petrolera se usan tanques los suficientemente grandes para tener un tiempo de

retencin de 0.5 a 1 h. Los tanques usados son de decantacin slop, cuya funcin principal es el

proporcionar el espacio necesario para que decante o sedimente por efecto de gravedad o

0.848

0.85

0.852

0.854

0.856

0.858

0.86

0.862

0.864

10 20 30 40 50 60 70 80

de

nsi

dad

(0

.00

1 g

r/cc

)

temperatura (0.5 C)

Densidad (gr/cc) vs. T(C)

1

10

100

0.01 0.1 1 10 100 1000

visc

osi

dad

(0

.00

1 m

Pa*

s)

tasa de corte (0.01 s-1)

viscosidad vs. tasa de corte

2000 ppm de PAA @ 25 C

1500 ppm de PAA @ 25 C

1000 ppm de PAA @ 25 C

flotacin; como la alimentacin al decantador no es continua en proporciones de la mezcla, se

requiere un mtodo intermitente o bien usar un decantador de vertederos rectos. Para acelerar la

separacin entre ambos compuestos se necesita de una centrifuga, dando lugar a que el liquido

pesado (crudo) se dirija hacia la parte exterior con respecto a los lquidos ms ligeros entre las

etapas que se comprendan, en el cual el decantador se encuentra montado en el eje central en la

parte exterior, donde la entrada es paralela con respecto al eje.

En algunos casos se usa decantadores con membranas hidrofbicas, su tamao por lo general

son de 68 a 250 m3/h. Otra opcin es el uso de combinaciones de mezcladores sedimentadores,

ms particularmente el mezclador sedimentador pump-mix, el cual tiene un compartimiento en

el que se vierte la mezcla y a travs de agitacin se hace aumentar la coalescencia permitiendo

que el lquido pesado salga por un hueco en la parte superior y se descargan en un nivel ms

elevado.

Actualmente se estn desarrollando mtodos para hacer ms eficiente las separacin entre

estos lquidos, uno de los mas principales es el de Vessel Internal Electrostactis Coalesser(VIEC), el

cual combina el mtodo gravitacional con el electrosttico, permitiendo a travs de una corriente

elctrica que las gotas presentes rompan la pelcula protectora en su entorno y formen unas

agrupacin mas grandes, es decir, con ellos se induce la coalescencia, lo que facilita la separacin.

DIAGRAMA DE PROCESO

El siguiente diagrama es la base para realizar el balance de materia, es la primera aproximacin

de lo que se usara como proceso para recuperar la PAA utilizada en la RMP y obtener una

corriente de petrleo con una concentracin mnima o de ser posible nula de polmero. El uso de

la PAA disuelta en agua, incrementa la viscosidad de la solucin que fluye a travs de los pozos.

Como producto de la inyeccin de la solucin polimrica, se extrae una mezcla de solucin

polimrica con petrleo. Esta mezcla se trata con medios de separacin fsicos para lograr la

recuperacin del solvente utilizado en la RMP, en este caso la PAA, y determinar su posible reuso.

En varios pases ya se emplea la inyeccin de polmeros para continuar extrayendo petrleo en

la recuperacin mejorada, y se ha encontrado que se necesita recuperar el solvente utilizado

(Polmero), pues representa parte de la viabilidad econmica del proceso. En el yacimiento de

petrleo Daqing en China, se generan alrededor de 6*107 toneladas de agua cada ao, por lo que

resulta importante emplear un tratamiento para recuperar el polmero y reutilizarlo. Las

tecnologas convencionales de separacin donde ese emplea la RMP explotan las fuerzas

gravitacionales, la flotacin, demulsificacin, separacin por membranas e incluso la

biotecnologa, no han sido capaces de lograr por completo la separacin, sino que necesitan

combinarse o emplearse de manera especial para recuperar el petrleo y la solucin polimrica

por aparte.

Figura 11. Diagrama de proceso de recuperacin mejorada, por la inyeccin de polmero.

Para cumplir con el objetivo, de separar la mezcla de crudo con la solucin polimrica, el

balance de materia no involucra al gas, se estudian los efectos de la concentracin de PAA sobre el

tamao de las gotas de petrleo en la emulsin, la viscosidad del agua, es decir todas estas

caractersticas afectan directamente a la mezcla de las fases lquidas.

El proceso se considera como isotrmico debido a que las separaciones no involucran cambios

considerables en la temperatura. Esto se explicara ms adelante en las consideraciones de diseo

de los equipos.

BALANCE DE MATERIA

Descripcin del proceso

El proceso se divide en dos partes bsicamente:

Seccin de extraccin que abarca desde la inyeccin de la solucin polimrica, hasta el

producto extrado.

Seccin de separacin de crudo-solucin polimrica, abarca el tanque de separacin y el

hidrocicln.

Tabla 11. Propiedades consideradas para la elaboracin del balance de materia

Concentracin de PAA [ppm] por litro de solucin polimrica

1000

Kg de PAA por barril de crudo extrado 1

Barriles de agua extrados por barril de crudo extrado

7.5

El balance se estimo una capacidad de separacin del 90%.

Para la separacin fsica del tanque se considera un recuperacin del 60% de la cantidad inicial

de solucin polimrica.

Tabla 12. Flujos msicos del proceso [kg/da]

Corrientes Compuestos Flujo [kg/da]

1 PAA alimentada 1300

Agua de la solucin polimrica alimentada

1300000

2

Crudo 179829

PAA despus de la extraccin 975

Agua de la solucin polimrica alimentada

2525250

3

Agua de la solucin polimrica del tanque

1515150

PAA del tanque 585

4

Crudo 179829

PAA despus de extraccin 390

Agua de la solucin polimrica formada

1010100

5 Crudo 161846.1

6

Agua de la solucin polimrica formada

1010100

PAA despus de la extraccin 390

Crudo 17982.9

Disposicin de los efluentes del proceso

La siguiente tabla, muestra el uso que se le dar a los productos del proceso.

Tabla 13. Destino de los productos del proceso.

Corriente Componentes Uso

3 Agua + PAA*, resultantes de la RMP

Se caracteriza para identificar que concentracin de PAA tiene y de ah definir su reinyeccin al yacimiento, adicionando la poliacrilamida necesaria para obtener la concentracin deseado, o incluso ver la posibilidad de reinyectar si la concentracin de PAA es 500 ppm

5 Crudo Diversos usos, como puede ser su refinacin, entre otros.

6 Agua + PAA* + crudo

Caracterizar para ver si es posible reinyectarla aun con la poca cantidad de crudo que tiene.

EQUILIBRIO FSICO

La mezcla obtenida de la recuperacin mejorada de petrleo por inyeccin de polmero, est

formada por dos fases, la oleosa (crudo) y la acuosa (solucin polimrica) y en la interfase se

encuentra una emulsin ms a menos homognea, debido a la poca inmiscibilidad de crudo en el

agua y donde tanto la fase dispersa como la fase continua son lquidos. Por lo general, las

emulsiones se separan progresivamente, aunque requiere de tiempo para lograrlo.

Los resultados experimentales empleando inyeccin de soluciones polimricas con

concentraciones de 1000 y 2000 ppm, mostraron que existe una influencia de estas

concentraciones sobre la tensin interfacial entre el petrleo y la solucin polimrica.

Como podemos ver en la grafica XX, a medida que aumenta la concentracin de PAA se

observan variaciones en la viscosidad del agua y la concentracin de crudo resultantes de la

extraccin. Durante la experimentacin de RMP se usaron concentraciones de PAA por arriba de

las mostradas en la siguiente figura, suponemos que la distribucin de viscosidad del agua y de la

concentracin de crudo sigue un comportamiento similar para el caso de estudio con el crudo

ligero de Shishito 12.

Figura 12. Efecto de la concentracin de PAA sobre la viscosidad del agua

extrada y la concentracin de petrleo.

La separacin entre en crudo y el agua se favorece ante la caracterstica de la PAA de ser una

macromolcula, que incrementa la viscosidad del agua extrada en la recuperacin mejorada de

petrleo. El aumento en la viscosidad del agua provoca que coalescencia de las gotas de crudo

en unas de mayor tamao sea ms difcil, es decir, la pelcula de solucin polimrica que se

encuentra entre las gotas no se rompe con facilidad. Sin embargo, la separacin entre el crudo y la

solucin polimrica, requiere un tratamiento ms cuidadoso que el hecho de dejar reposar la

mezcla para favorecer la coalescencia.

El dimetro de las gotas es pequeo y varia tambin con la concentracin de PAA. El dimetro

promedio de las gotas de crudo es de 3.5 m, despus de que se ha inyectado polmero. En

contraste, despus de la recuperacin secundaria donde se inyecta agua, el dimetro promedio de

las gotas es de 34 m. Esto indica que las tensiones intermoleculares del crudo y la solucin

polimrica actan tratando de vencer las fuerzas interfaciales para lograr la coalescencia del

crudo.

Cuando dos gotas de petrleo estn lo suficientemente cerca debido a la coalescencia, una

pequea pelcula acuosa existe entre estas dos gotas. Esta pelcula de agua se puede romper antes

de que las gotas se unan.

En la figura 13 se observa el comportamiento de las fuerzas interfaciales, a medida que

aumenta la concentracin de PAA en la solucin de inyectada en la recuperacin mejorada.

El tiempo de residencia de la mezcla crudo-solucin polimrica en un tanque de separacin,

depende de la concentracin de PAA, pues esta ltima influye en la coalescencia de las gotas y a

medida que la concentracin aumenta se desfavorece la formacin de gotas de mayor tamao.

Para ayudar a favorecer la coalescencia en la emulsin, se requiere de un mtodo de agitacin que

combinado con la fuerzas gravitacionales faciliten la separacin, al competir con la actividad del

polmero que impide el aumento en la velocidad de formacin de gotas ms grandes.

Figura 13. Efecto de la concentracin de PAA sobre la tensin interfacial.

MTODO DE SEPARACIN De acuerdo a las propiedades fsicas de los compuestos (crudo-solucin de PAA), el mtodo de

separacin ms favorable es la decantacin, debido a que los factores de separacin ms

relevantes son la densidad que van de 0.835 gr/ml en el crudo a 1.002 gr/ml en la solucin de PAA

y la viscosidad que va de 0.004 Pa*s en el caso del crudo a 0.0031 Pa*s en la solucin de PAA en

1800 ppm y 0.0022 Pa*s en la solucin de PAA de 1000 ppm.

Considerando las mezclas obtenidas en la recuperacin mejorada de nuestro sistema podemos

decir que tenemos una dispersin estable, lo que nos indica que no es necesario un sistema muy

complejo dado que las partculas contenidas son visibles y a travs de movimiento se puede

inducir a la coalescencia. La sedimentacin se da cuando las gotas aisladas emerjan por fuerza de

la gravedad, la velocidad con que se muevan estas gotas depender de su tamao y de la

diferencia de densidad y viscosidad entre los compuestos.

Mientras que la coalescencia ocurre cuando dos o ms gotas chocan y permanecen el tiempo

suficiente para que la pelcula se vuelva tan delgada y permita la incorporacin del lquido; cabe

mencionar que para tensiones superficiales altas se tiene una coalescencia de alta rapidez.

A nivel industrial, se propone el uso de un separador 1, del cual se pueda extraer la mayor

cantidad de solucin acuosa para posteriormente hacer que fluya la mezcla de crudo, con la fase

de la emulsin, hacia un hidrocicln, donde se llevara a cabo la recuperacin de la solucin

polimrica en una corriente y en otra, el producto, que en este caso es el crudo ligero.

DISEO DE EQUIPO MAYOR

El diagrama de la figura 13, muestra el tratamiento global de recuperacin del solvente

utilizado en la recuperacin mejorada de petrleo. Las propiedades fsicas de la mezcla extrada,

llevan a la conclusin de proponer el uso de un separador para extraer el crudo que se por

diferencia de densidades se encuentra en la parte superior de la mezcla crudo-solucin polimrica,

dejando un producto de la solucin polimrica con la emulsin de ambos lquidos, para

posteriormente introducirlos en un hidrocicln, para extraer el crudo libre de polmero.

TANQUE DE SEPARACIN

Durante la etapa de separacin de la mezcla de crudo- solucin polimrica, se determino el uso

de un separador cilndrico de acero como los que se utilizan en la industria, para separar la fase

acuosa y posteriormente pasar el crudo con la emulsin a un hidrocicln. Los tanques de

separacin pueden ser verticales u horizontales.

En este separador entrara el producto de la extraccin de petrleo, inyectando polmero,

aunque hay que aclarar que debido a que se tienen un aceite ligero con 34 API, no es necesario

calentar la mezcla antes de entrar a este equipo, pues fluye con facilidad. En caso de contar con

petrleo pesado si se requerira de intercambiadores de calor para lograr el flujo en la tubera.

HIDROCICLN LQUIDO-LQUIDO

Se emplean para separar dos lquidos con diferentes densidades. Impulsado generalmente por la presin del proceso, la solucin polimrica con petrleo entra en la lnea a travs de la toma hasta la cmara involuta y el flujo es dirigido a lo largo de la pared del revestimiento, forzando a descender por el revestimiento, el fluido se acelera en la cmara cuya seccin se va reduciendo y se van generando las fuerzas necesarias para separar las gotas de petrleo. Las fuerzas centrfugas que actan sobre la fase ms pesada, solucin polimrica, le obligan a irse hacia la pared de la seccin puntiaguda. La fase ms liviana, el petrleo, es desplazada como resultado de esta accin y forma un ncleo central de baja presin que se elimina va el rechazo. La forma cnica hace que el fluido sea acelerado conforme avanza, crendose una fuerza de hasta 4000 G, que hace que el petrleo y la solucin polimrica se separaren rpidamente. Para disear un cicln, o mejorar uno existente, es necesario predecir el rendimiento del cicln,

una serie de mtodos han sido desarrollados para predecir la cada de presin del cicln y la

eficiencia. Todos se basan en hiptesis sobre las caractersticas de las partculas movindose

dentro del cicln. La exactitud de las ecuaciones de rendimiento depende de lo bien que las

hiptesis estn formuladas en su desarrollo, refleja las condiciones reales de funcionamiento en el

cicln.

En este trabajo, frecuentemente utilizado varios mtodos para la prediccin de ciclones de

cada de presin y la eficiencia. Una ecuacin para la cada de presin y una para la eficiencia

pueden ser relacionadas para su posterior anlisis. Tambin se pretende realizar una optimizacin

de la geometra y los resultados se presentarn a fin de que la seleccin de una teora mejore el

diseo del cicln para nuestra solucin problema.

La velocidad tangencial de entrada al cicln, vt, fue descrita por SHERPHERED y LAPPLE (1939);

FIRST (1950); ALEXANDER (1949), relacionando la distancia radial r desde el vrtice central elevado

a la potencia n:

=

Donde n es el exponente del vrtice. Esta relacin no es vlida en el ncleo central del cicln.

Alexander (1949) sealo que la distancia al vrtice que se extiende en el cicln slo depende de

las dimensiones de entrada y salida. Entonces tericamente, el no es necesario que el vrtice

llegue a la parte inferior del cicln.

Cada de presin en el cicln

La cada de presin en un cicln se considera entre los puntos 1 y 2 como se muestra en la

siguiente figura.

Una serie de factores que contribuyen a la diferencia de presin entre estos

puntos fueron identificados por SHEPHERD y LAPPLE (1939) como:

1) Prdida de energa cintica debida a la rotacin en la cmara del cicln.

2) Prdidas debidas a la friccin en la pared de la cmara del cicln.

3) Cualquier otra prdida por friccin en el conducto de salida, como consecuencia del

remolino (vrtice).

La mayora de las teoras acerca de la cada de la presin consideran de dos a tres factores a

para determinar la cada de presin en el cicln. Nosotros trabajaremos con las ecuaciones

reportadas por SHEPHERED Y LAPPLE (1940); FIRST (1950), ALEXANDER (1949);

STAIRMAND (1949) y BARTH (1956. Todos expresan la cada de presin

como una serie de velocidad de entrada de cabeza, H. La velocidad de entrada de cabeza se

pueden convertir en cada de presin en trminos de presin esttica de cabeza, P, como:

=

2

2

Figura 14. Esquema de un Hidrocicln lq-lq

Donde:

= velocidad del aceite a la entrada del cicln o = densidad del aceite w = densidad de la solucin polimrica H = cada de presin velocidad de entrada (cabeza)

SHEPHERED Y LAPPLE (1940), Ecuacin de cada de presin.

Shephered y Lapple correlacionaron experimentalmente los resultados de cada depresin con

la siguiente ecuacin:

=

2

Donde:

K = cte = seccin transversal de flujo a la entrada De = dimetro del ducto a la salida de fase ligera K es igual a 16 para hidrocicln con entrada tangencial y es de 7.5 con entrada vertical.

FIRST (1950), Ecuacin de cada de presin.

Present por primera vez la siguiente expresin para la prdida de presin del cicln, que es

similar a la ecuacin Shephered y Lapple, con los facores adicionales D, dimetro de cicln as

como conos o cilindros de altura, (H-h) y h, respectivamente.

=

2

12/

/2 1/3

Aqu Y, es una constante de 0.5 que no tiene entrada vertical y 1 para un cicln con entrada

vertical.

ALEXANDER (1949), Ecuacin de cada de presin.

Alexander deriv la siguiente expresin para la cada de presin, suponiendo que todas las

prdidas eran prdida de energa cintica en la corriente. Su ecuacin es:

= 4.62

2

1 1

+

2

Donde

= 1 1 0.394

0.14

2.5

283

0.3

Y

= 0.8 1

1

4 22

3

1

+ 0.2 22 1

1

+ 1.5 22

Aqu, Dc es el dimetro del cicln en cm y T es la temperatura absoluta en grados K.

STAIRMAND (1949), Ecuacin de cada de presin.

Stairmand present un mtodo para calcular la cada de presin a travs del cicln como:

= 1 + 22 2

1 + 2

4

2

2

Donde

=

2

1/2

+

2 +

4

1/2

2

Aqu G es el factor de friccin que vale 0.005 y A es la superficie adentro del cicln en contacto

con el fluido. Para obtener el valor de A:

=

4 2

2 + + +

2 + 2 +

2

2

1/2

BARTH (1956), Ecuacin de cada de presin.

Barth expres la cada de presin del cicln en funcin de la suma de dos factores, e y i. El

factor e refleja las prdidas debidas a la friccin en la entrada del cicln y de interior la friccin y

prdidas de energa cintica. El factor i es resultado de las prdidas en la salida.

=

2

4

2

2

+

Donde

=

1

1

2

2 1

=4.4

2/3+ 1

= /2

2 +

Donde, es el factor friccin con un valor 0.02

Eficiencia del cicln

La eficiencia en el cicln es el peso de las partculas de un tamao declar recogidos en

el cicln, dividido por el peso total de las partculas de tamao que va a los ciclones.

Experiencia en el trato con los ciclones ha demostrado que la eficiencia se incrementa con:

a) Incrementando el tamao de partcula y densidad. b) Aumentando la velocidad de rotacin en el vrtice. c) Disminuyendo el dimetro del hidrocicln. d) Incrementando la altura del hidrocicln.

La eficiencia de un cicln a veces se caracteriza por su partcula tamao crtico, o por su

tamao de corte (el tamao de las partculas que habrn de recogerse con un 50 por ciento de

eficiencia). La eficacia real de se acerca al 100 por ciento asintticamente para las partculas ms

grandes. El tamao crtico de partculas entonces, calculables de la teora, no es observado

experimentalmente.

Dimetro de partcula, mm

Efic

ien

cia

, %

Grfica 14. Dimetro de partcula versus Eficiencia

La ley de Stokes para la velocidad terminal permite calcular el tamao crtico de partculas, wf*,

que puede ser calculada de acuerdo a BARTH (1956) como:

=

2 2

Donde vt es evaluada en r = De/2. Si l ley de Stokes para la velocidad terminal de una partcula

de dimetro dp es dada por wf, entonces la relacin de radios wf a wf* es:

=

22

9

Barth afirm que en teora, los ciclones tienen eficiencia para pasar de 0 a 100 % cuando wf/ wf*

alcanza un valor de 1. En realidad, la eficiencia se incrementa progresivamente con el aumento de

f/ wf* como se muestra en la grfica siguiente elaborada por Barth.

Grfica 15. Relacin critica de partculas versus eficiencia.

De manera similar, LAPPLE (1951) demostr que la eficiencia real aumento

gradualmente con el aumento de la proporcin de dp/dpc, tal como se muestra en siguiente figura.

Aqu, el tamao de partcula, dpc, viene dado por:

= 3

2

1/2

Wf/ Wf*

Efic

ien

cia

, %

Grfica 16. Relacin de dimetro de partcula con dimetro de partcula critica versus eficiencia.

Aqu Ne es el nmero efectivo de aceite que se separa en el cicln, una constante reportada

por FRIEDLANDER et al. (1952) como variable en el intervalo de 0.5 a 10, con un valor tpico de 5.

SPROULL (1970), ecuacin de eficiencia

Sproull present un mtodo para calcular la eficiencia en el cicln con un dibujo

paralelo entre la coleccin y recoleccin de cicln en un precipitado electrosttico:

= 1

Aqu, la velocidad de migracin de las partculas hacia la pared del cicln, es:

=

22

18

Donde la superficie colectora en el interior del cicln, Ac, puede ser calculada por:

= +

2 + 2 +

2

2

1/2

LEITH y LICHT (1972), ecuacin de eficiencia

Leith y Licht dedujeron una ecuacin para la prediccin de la eficiencia del cicln con

consideraciones tericas. Su ecuacin es:

= 1 2 1/ 2+2

Donde C es una funcin de las dimensiones del cicln, slo de los radios:

dp/ dpc

Efic

ien

cia

, %

Grfica 17. Eficiencia del cicln con respecto al dimetro de partcula.

=2

2 1

2

2 +

1

3 +

1 +

+

2

+

2

Y donde

= 2.3

2

1/3

y

=

+ /

Aqu, es la distancia ms separada del vrtice cuando se extiende por debajo de la salida del

conducto, tal como en lo propuso ALEXANDER (1949), y d es el dimetro de la seccin cnica.

es un parmetro de inercia modificado, el cual refleja la naturaleza del sistema flujo/partcula a

tratar:

=

218

+ 1

Grfica 18. Eficiencia del cicln con respecto al dimetro de partcula.

LEITH Y LICHT (1972) compararon los cuatro mtodos de clculo para la eficiencia descritas aqu

con datos experimentales en la literatura por STAIRMAND (1951) y por PETERSON y WHITBY

(1965). Las siguientes grficas se pueden utilizar para comparar la eficiencia calculada valores con

los valores experimentales, y demostrar que al menos por estos datos, la correlacin de Leith y

Licht parece funcionar mejor. Una comparacin de la eficiencia con las ecuaciones y con los datos

experimentales no ha sido posible debido a la falta de datos detallados en la literatura.

El factor contiene el trmino vcorr, que es la velocidad de alimentacin al cicln. La velocidad

de entrada puede ser relacionada con el rendimiento de aceite de entrada del cicln las

dimensiones del cicln (alto, ancho).

=

Antes de la optimizacin de la geometra del cicln, el trmino de geometra debe ser

removido de hacia C, para poner todos los trminos de geometra juntos. Esto se puede hacer

multiplicando por la razn adimensional /D2 y C por su recproco, D2/ .

Ahora para cualquier valor fijo de / D2, que representan las partculas y propiedades de

cualquier viscosidad de la fase ligera que pasa por un cicln de cualquier dimetro con cualquier

rendimiento, la eficacia ser mayor cuando el factor de geometra CD2/ es mayor.

La cantidad CD2/ contiene explcita o implcitamente la dimensin

y coeficientes. Cuando se varan las dimensiones para maximizar la eficiencia, las limitaciones

deben ser en algunos de los radios. Esto se hace para asegurarse de que los ciclones que se

describen son fsicamente posibles y dentro de la regin donde se aplica la ecuacin de la

eficiencia. Existen dos limitaciones

La ecuacin para C (coeficiente geomtrico) propuesta por LEITH y LICHT, fue desarrollada slo

para los ciclones que cumplen con las limitaciones anteriormente mencionadas.

Combinando *,** y *** se tiene:

2

=

2

Donde

=

4

82

La ecuacin anterior define al coeficiente de presin de cada en el cicln, . La ecuacin de

D2/ muestra cmo en trminos de , cada de presin cau