CONCEPTOS DE DESHIDRATACION Y DESALADO.

El objetivo de este Tema es la de proporcionar a los Ingenieros y personal de operación los conceptos sobre los procesos de Deshidratación, desalado y las operaciones de Producción tendientes a la obtención de un Petróleo Crudo, en condiciones de calidad para su Refinación y su Comercialización.

Los conceptos de deshidratación y desalado son sencillos.

a) La sal que se encuentra en el Petróleo Crudo viene disuelta en el agua que se produce junto con el Crudo, esta sal es un subproducto indeseable en el proceso de Producción del petróleo.

b) El Agua y el aceite son normalmente inmiscibles.c) Al separar la mayor cantidad de agua del aceite la sal remanente en el crudo es menor.d) El desalado es un paso de dilución seguido de la separación de la sal que acarrea el crudo

después de su deshidratación.

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La deshidratación es el proceso de eliminación del agua que trae consigo el petróleo producido, esta agua se encuentra dentro de los Yacimientos petroleros y se obtiene cuando es acarreada por el crudo cuando este se extrae a la superficie.

Al tener un proceso eficiente de Deshidratación y desalado, se reduce el volumen de agua que se tiene que mover al ser transportada, reduciendo la energía utilizada disminuyendo la capacidad del equipo de bombeo y por ende, sus costos, aumentamos la capacidad de almacenamiento y la capacidad de transporte de ductos, disminuimos las velocidades de corrosión y aumentamos el tiempo de vida útil de los ductos y equipos de proceso.

Normalmente, el Petróleo crudo desde el yacimiento viene compuesto, en la fase liquida con agua libre y agua-aceite en pequeñas partículas (Emulsión), las cuales constituyen un problema en el proceso para poder romper ´esta Emulsión y obtener el Crudo dentro de las especificaciones contractuales de Venta.

Una emulsión puede ser definida como la mezcla de dos líquidos inmiscibles por sí mismos, pero que mediante la acción de un emulsionante, uno puede ser disperso en finas gotas dentro del seno del otro, las gotas dispersas son conocidas como fase dispersa o fase interna, en tanto que el liquido que rodea la gota dispersa es la fase continua o fase externa. El agente Emulsionante separa la gota dispersa de la fase continua.

En los campos petroleros, al aceite y el agua se encuentran como cualquiera de las dos fases, normalmente se forma una emulsión agua en aceite, emulsión en la cual el agua es la fase interna y el aceite es la fase externa, cuando se implementan los métodos de recuperación secundaria por inyección de agua, es posible la formación de emulsiones “Inversas”, es decir aceite en agua.

Básicamente una emulsión agua en aceite tiene tres componentes:

a) Agua fase dispersa o internab) Aceite fase continua o externac) Agente emulsionante- estabilizante de la dispersión.

Además de estos componentes, es necesaria la agitación para producir una emulsión. En los pozos esta agitación se obtiene al fluir el Crudo y el agua dentro de la tubería de producción al ser extraídos del yacimiento hacia la superficie. Si el agua pura y el aceite no contienen emulsionantes, nunca se formara una emulsión aunque se le aplique mucha agitación.

Los emulsionantes, son materiales naturales de superficie activa que se encuentran en el petróleo crudo. Estas substancias pueden ser: asfáltenos, parafinas, resinas, ácidos orgánicos, sales metálicas, polvos, arcillas, etc. Los emulsionantes tienden a ser insolubles en ambas fases liquidas y poseen una atracción por ambas fases y siempre se concentran en las interface. Las tres acciones principales de un emulsionante son:

a) Reducir la tensión superficialb) Formar una película o barrera alrededor de la gota,c) Suspender la gota de agua

La estabilidad de las emulsiones dependen de: el tamaño de la gota dispersa, el tipo y la severidad de la agitación (determina el tamaño de la gota), el Tipo de Emulsionante, este afecta la estabilidad de una emulsión notablemente, el porcentaje de agua presente en una emulsión regular y el tiempo en que la agitación tuvo lugar, se relaciona directamente con la estabilidad de una emulsión, generalmente, cuando el contenido de agua aumenta la estabilidad de una emulsión disminuye.

La Viscosidad del Crudo fase aceite, juega un doble papel. En un aceite que tiene alta viscosidad (alta resistencia al flujo), una cantidad dada de agitación no romperá el agua en gotas pequeñas, como sucede con un aceite de baja viscosidad, por otro lado, la alta viscosidad del aceite es capaz de mantener gotas grandes de agua dispersa en suspensión y las gotas pequeñas tendrán una mayor resistencia para sedimentar. Los crudos espesos retarda el movimiento de las partículas del emulsionante hacia la interface, en general podemos decir que un crudo pesado forma emulsiones menos estables, respecto al tamaño de las gotas de agua pero se asienta mas difícilmente por su alta resistencia al flujo, es por esto que un crudo de alta viscosidad es más difícil de deshidratar que uno de baja viscosidad o ligero.

Naturaleza de los desemulsificantes. Estos son agentes de superficie activa. Los cuales algunas veces son similares en naturaleza a los emulsionantes. Las principales acciones de un desemulcionante son:

a) Fuerte atracción a la interface aceite-aguab) Actividad Floculantec) Acción coalescente

d) Humectante de solidos

El desemulsificante promueve la separación del aceite y el agua, la actividad del desemulsificante se lleva a cabo en el mismo lugar que el emulsionante, es decir, en la interface; la rapidez con la que llegue allí, representara un mejor trabajo mientras que el emulsionante a tenido un inicio fuerte, es usualmente que se concentra con facilidad en la interface, creando un obstáculo adicional para la acción del desemulsificante. Así pues un buen desemulsificante deberá tener incluso una habilidad para introducirse rápidamente a través de la fase aceite y debe ser capaz de completar con éxito, su depositacion en la interface. La característica del desemulsificante para producir la unión de las gotas, no es la de romper la continuidad de la película de emulsionante, sino por el contrario añadírsele. Un buen desemulsificante no solo debe ser capaz de flocular la gota de agua, sino que también debe de ser capaz de romper la película que la rodea y lograr que estas gotas se unan. El rompimiento elimina el obstáculo y abre la puerta, a este proceso se le llama COALESCENCIA. Mientras que las gotas se juntan con el efecto de floculación, el proceso de abrir la puerta resulta de mayor rapidez, para formar gotas grandes y lograr una separación más rápida del agua.

Sólidos. En la mayoría de los crudos, los sólidos tales como sulfuros de fierro, arenas, arcillas, lodos de perforación, parafinas, asfáltenos, etc. Complican el proceso de desemulsificacion. Estos sólidos tienden a depositarse en la interface agua-aceite y contribuyen de manera significativa a la estabilidad de una emulsión; así pues estos sólidos son los materiales estabilizantes primarios y su eliminación es necesaria, para obtener un tratamiento satisfactorio. Para eliminar estos sólidos de la interface podemos dispersarlos en el aceite o bien humedecerlos con agua y eliminarlos junto con el aceite, si se dispersa en el aceite la emulsión puede tratarse, pero estos sólidos permanecerán como contaminantes del aceite, por lo cual es preferible remover los sólidos en el agua.

Para comprobar la efectividad de los desemulsificantes en el rompimiento de la emulsión remanente en el crudo se deben llevar a cabo lo que comúnmente conocemos como PRUEBAS DE BOTELLA y después de esta selección de pruebas de varios productos básicos, ya conocido y llevado a la simulación de las condiciones de proceso, se lleva a cabo una PRUEBA DE CAMPO O LLAMADA PRUEBA INDUSTRIAL, donde se determina si el producto seleccionado cumple con las características ideales para llevar al crudo de salida y de entrega a ventas dentro de los parámetros contractuales exigidos por los clientes y el agua remanente sea de buena calidad libre de grasas y aceites con la cual pueda ser desechada o inyectada a los yacimientos sin perdidas por arrastre de crudo , que esta sea visiblemente clara.

Desde luego que el tratamiento químico con productos desemulsificantes, ayuda a romper parte de la Emulsión en el Crudo, pero es necesario aplicar otros tratamientos o procesos para complementar la deshidratación. Estos sistemas de tratamiento son los siguientes:

A) Tanques sedimentarios, consiste en proporcionar un tiempo de retención suficiente, frecuentemente 24 horas o más, en este caso la velocidad generalmente no importa en tanto que el producto químico puede continuar actuando sobre un tiempo largo. La calidad de la interface agua-aceite no es demasiado importante ya que después de que el agua se separa, esta se drena y la interface tiende irse al fondo del tanque, sin interferir con la calidad del aceite.

B) Tratadores o tanques Gun Barrel ( por gravedad).

Este sistema utiliza recipientes con una alta relación de paso de volumen, la velocidad no representa demasiada importancia, el producto químico continua trabajando por un largo tiempo, hay que cuidar mucho el tiempo de residencia, consta de: cuerpo del tanque, con la capacidad deseada, Estabilizador de flujo (FLUME) cuyo propósito es estabilizar al crudo a la presión del tanque, Distribuidor, colocado en la parte inferior del tanque cuyo diseño debe ser el adecuado para asegurar una distribución iniforme del colchón de agua, un colector para aceite tratado, situado en la parte superior del tanque, un vertedor para drenar el agua separada.

Tratadores térmicos. El calor beneficia el proceso de separación, estos se aplican mediante calentadores a fuego directo, hornos o cambiadores de calor, este calor reduce la viscosidad e incrementa la actividad del desemulsificante.

Tratadores Electrostáticos. Son vasijas horizontales que con un campo de alto voltaje se produce la coalescencia, la fuerza debe ser de suficiente rango y magnitud, para que cuando las dos gotas choquen se rompa la película que las rodea obligando a las gotas a combinarse para formar otras mas grandes y por gravedad separarse.

En todos los procesos de Deshidratación se debe contar con un laboratorio de Control para que se esté monitoreando el proceso, obteniéndose las variables de muestreo y análisis que nos indiquen si este está funcionando bien, obteniendo resultados satisfactorios, tales monitoreos deben hacerse cada dos horas muestreándose las corrientes de entrada General y salida General del Crudo, así como la muestra del agua de desecho a la salida del sistema de deshidratación, los parámetros de control son los siguientes:

% de Agua Libre No mayor a la salida del 0.1%

% de Emulsión. Con 0%

% de agua total 0.1 %

Salinidad en LMB no mayor de 50 LMB

CONTENIDO DE GRASAS Y ACEITE EN EL AGUA: 100 PPM MAXIMO

Siendo estos parámetros contractuales de control que deben llevar el crudo de salida para entregas a Pemex Refinación y PMI comercio Internacional del crudo a Exportación.