y esfericos:

Separador vertical. El control de nivel no es crftico.

Puede rnanejar sin mucho problema cantidades apreciables

de arena

Mas facil de limpiar

Mayor capacidad de surgencia de Ifquido

Menos tendencia a la revaporizacion de Ifquido

Separador horizontal. Usado con exito para manejar

crudos espumosos

Mas barato que el separador vertical

Mas facil de transportar en conjuntos enterizos

Mas eficiente y economico para procesar cantidades gran­

des de gas

Diametro mas pequeno para manejar una cantidad dada de

gas

Separador esferico. Mas barato que los verticales y

horizontales

Mas compacto que los otros tipos

Mas facil de drenar y limpiar

42

4. EMULSIONES

Casi siempre el fluido producido por un pozo es una mezcla

de gas, petroleo y agua. Normalmente el agua y el aceite

son dos fases inmiscibles y al estar en contacto se separan

por gralJedad (segregacion). En el caso de un pozo el agua

y el aceite producidos pueden estar efectilJamente como dos

fases inmiscibles y en este caso separarlas es bastante

sencillo pues se puede hacer muchas lJeces de una manera di ­

recta en el separador trifasico 0 si se tienen separadores

bifasicos, la fase liquida que sale de este se pueda llelJar

aun tanque donde se deja en reposo durante un tiempo, re­

latilJamente corte, para permitir que se presente la segre­

gacion; pero otras lJeces el agua y el petroleoproducidos

por el pozo pueden estar mezclados rntimamente haciendo

muchas lJeces imposible la separacion por gralJedad, en este

caso se dice que se presentan emulsiones bien sea de agua

en aceite 0, 10 contrario, de aceite en agua. La presen­

cia de emulsiones es un problema bastante comun en campos

43

---

de petroleo y romperlas, 0 sea separar las fases compo­

nentes, es a veces tan costoso que puede representar un

porcentaje alto del costo de produccion de un barril de

crudo.

Una emulsion es una mezcla intima de dos fases inmiscibles

en la cual una fase esta dispersa, e~ ! orma de pequenas

gotitas, en la otra fase que permanece continua: la fa-

se dispersa se conoce como fase interna y la continua como

fase externa. Pueden existir muchas clases de emulsiones,

dependiendo del tipo de fases que las forman, pero en este

caso nos interesan las emulsiones entre aceite y agua y

de elIas se seguira hablando de aquf en adelante.

4.1 CLASIFICACION DE LAS EMULSIONES

Las emulsiones se pueden clasificar de diferentes maneras

dependiendo del aspecto que se tenga en cuenta para hacer­

10:

De acuerdo a la estabilidad

Estables

Inestables

Una emulsion es estable cuando luego de formada, la unica

forma. de conseguir que las fases se separen es aplicando

44

un tratamiento especiali una emulsion es inestable · cuan­

do luego de forrnada si se deja en reposo durante un tiempo

las fases se separan por gravedad, de todas maneras el

tiemporequerido para que se presente segregacion es bas­

tante mayor que cuando las fases no estan emulsionadas.

Un ejemplo de emulsion inestable es la que se tiene cuan­

do se toma una muestra de crudo liviano, paraflnico, y

agua purai despues de una agitacion fuerte se puede obser­

var el agua dispersa en el petroleo, pero si se deja un

tiempo en reposo el agua se vuelve a segregar y se va al

fondo. Cuando se toma una muestra de crudo naftenico, pe­

sado, y agua salada tambien se forma una emulsion luego

de agitar fuertemente arnbas fases en contactoi pero una

vez obtenida la emulsion si esta se deja en reposo se ob­

serva que al pasar el tiempo las fases no se separan. A

pesar de que en ambos casos las fases son de la misma natu­

raleza, son inmiscibles y hubo agitacion, en el primer ca­

so se obtuvo una emulsion inestable y en el segundo caso

una emulsion estable: posiblemente en el crudo pesado 0 en

el agua salada haya algun elemento que ayude a que la

emulsion no se rompa.

De acuerdo a la facilidad para romperlas

Flojas

Duras 45

Una emulsion estable es floja cuando se puede romper con

un tratamiento sencillo y es dura cuando requiere de un

proceso mas cornplicado para romperla.

De acuerdo a su naturaleza

Normales

Inversas

Una emulsion normal es aquella en la cual la fase conti ­

nua es el aceite y la dispersa es el agua; la fraccion de

agua en la emulsion puede estar entre 10 y 35%. Se Ie

llama emulsion normal porque es la de mayor ocurrencia:

aproximadamente el 99"10 de las emulsiones presentes en los

campos de petroleo son normales. Una emulsion es inversa

cuando la fase dispersa es el petroleo y la continua es

el agua: se Ie llama inversa 0 invert ida porque son raras.

4.2 TEORIAS SOBRE LA FORMACION DE EMULSIONES

Con varias teorfas diferentes se ha tratado de explicar la

formacion de emulsiones estables, es decir, el hecho de

que dos lfquidos inmiscibles y de diferente gravedad es­

pecffica se dispersen 0 formen una mezcla fntima estable.

Sinembargo algunas de elIas no permiten explicar por sf

solas la gran estabilidad de ciertas emulsiones.

46

4.2.1 Teorfa coloidal. Explica el proceso de emulsifi ­

cacion relacionandolo con la qufmica coloidal. Los co­

loides son sustancias que permanecen en suspension en los

1fquidos siguiendo aparentemehte leyes ffsicas peculiares

que ledan caracterfsticas muy diferentes a las sustan­

cias no coloidales. P~r ejemplo, ciertas arci11as, sus­

tancias coloida1es, permanecen suspendidas en e1 agua por

mucho tiempo despues de un perfodo de agitacion que ase­

gure suficiente dispersion de las partfcu1as de arcil1a.

Se cree que las pequenas gotas de agua suspendidas en una

emulsion agua en aceite estan inf1uenciadas por las mis­

mas 1eyes ffsicas que contro1an las suspension de arci11a

en agua.

4.2.2 Teorfa de 1a tension interfacial. Explica las pro­

piedades pecu1iares de las emu1siones por su re1acion con

los fenomenos de la tension interfacial. Las re1aciones

de tension interfacial permiten explicar 1a oclusion de un

globu10 de 1fquido dentro de otro, debido a que e1 1fquido

de tension superficial mayor (agua) asume una forma con­

vexa, originando globu10s esfericos 0 esferoidales, y tien­

de a presentar 1a menor superficie a1 segundo lfquido

(aceite). Sin embargo, si la tension interfacial es alta,

por ejemp10 entre aceite y agua pura, 1a emu1sificacion se

47

dificulta porque el aceite tiende a extenderse sobre la

superficie del agua formando una capa delgada. En este

caso la tension interfacial se puede reducir 10 suficiente

para facilitar la formacion de emulsiones agregando al

agua ciertas sales solubles (carbonato de sodio~ sulfato

de aluminio etc); por el contrario, si la tension inter­

facial se aumenta agregando al agua cloruros solubles, la

emulsificacion se dificulta mucho mas.

4.2.3 Teorfa del agente emulsificante. Las teorfas ante­

riores permiten explicar la formacion de emulsiones pero

" no explican porque las gotas dispersas no se unen al po­

nerse en contacto, ni la persistencia de algunas emulsio­

nes. La teorfa del agente emulsificante es la mas acepta­

da universalmente, y explica la repulsion de las gotas dis­

persas a unirse debido a que estan recubiertas por una

sustancia denominada agente emulsificante, concentrado y

retenido en la interfase por el proceso ffsico denominado

adsorcion. El tipo de emulsion que se forme, normal 0 in­

vertida, depende de las caracterfsticas del agente emulsi­

ficante y su relacion con los dos liquidos de acuerdo con

las siguientes normas sencillas:

El Ifquido que humecta preferencialmente al agente emul­

sificante sera la fase continua de la emulsion, y

48

Para agentes emulsificantes solubles, el lfquido en

el cual es soluble el emulsificante sera lafuse con­

tinua.

4.2.3.1 Accion del agente emulsificante. La accion del

emulsificante, se ha encontrado experimentalmente, puede

ser de tres maneras:

Creando cargas repulsivas sobre la superficie de las

gotas de la fase dispersa.

Formando una pelfcula delgada que rodea las gotas de

la fase dispersa y evita que las gotas se unan.

Depositandose como polvo fino sobre las gotas de la

fase dispersa.

4.3 FORMACION DE EMULSIONES EN CAMPOS DE PETROLEO

De acuerdo con la teorfa del agente emulsificante, la mas

aceptada para explicar la teorfa de la formacion de emul­

siones, para que se presente una emulsion estable se re­

quiere 10 siguiente:

Presencia de dos fases inmiscibles

Agitacion fuerte

Presencia de un agente surfactante (emulsificante) el

49

cual es el principal responsable de la estabilizacion

de la emulsion.

En el caso de un yacimiento cuando la saturacion de agua

es mayor que la crftica, se presenta flujo simultaneo de

agua y aceite, 0 sea que se tiene la presencia de las dos

fases inmiscibles: la agitacion tambien se tiene debido al

flujo a traves de la formacion pero principalmente al sa­

lir al fondo del pozo donde se presenta una zona de alta

turbulencia y al flufr a traves del pozo y la Ifnea de su­

perficie donde va a encontrar una serie de restricciones;

la presencia del agente emulsificante se puede explicar

por la presencia de algunos contaminantes en el petroleo

o en el agua que pueden actuar como surfactantes. Parece

, , que es mas comun encontrar surfactantes en los crudos naf­

tenicos y pesados que en los paraflnicos, y esto podrfa

explicar porque la emulsion que se forma al agitar una mez­

cIa de agua y crudo paraffnico no es estable mientras que

si 10 es la de salmuera y crudo naftenico.

La interaccion entre el agente emulsificante y las fases

llquidas componentes de la emulsion determina, en alto gra­

do el tipo de emulsion que se va a formar, especialmente

en si la emulsion es normal 0 invertida: de acuerdo a la

teorfa del agente emulsificante si este es soluble en el

50

petroleo la emulsion sera normal y si es soluble en el

aqua, sera invertida. Emulsificantes solubles en aceite

son sustancias asfalticas, sustancias resinosas,acidos

orqanicos solubles en aceite, arcilla saturada de aceite

y otros: emulsificantes solubles en agua son arcilla, S1­

lice, jabones de sodio y sales metalicas (sulfatos de

hierro, aluminio y Zn, sulfuro de Zinc).

4.4 FACTORES QUE AFECTAN LA FORMACION DE EMULSIONES

Existe una serie de factores que pueden aumentar 0 dismi­

nuir la posibilidad de que se formen emulsiones y/o afec­

tar las caracter1sticas de la emulsion formada. Entre es­

tos factores se pueden mencionar:

4.4.1 Porcentaje y salinidad del agua. El agua y el

aceite pueden emulsionarse en proporciones muy variables,

pero para cada petroleo crudo existe un porcentaje espec1­

fico, de agua que ocasiona maxima emulsificacion. La sa­

linidad afecta la tension interfacial entre las fases y

entre el emulsificante y las fases: se ha encontrado que

los cloruros solubles aumentan la tension interfacial di­

ficultando la emulsificacion.

4.4.2 Caracter1sticas del crudo. El tipo de crudo, la

viscosidad, densidad y tension superficial son las

51

caracterfsticas del crudo que mayor influencia tienen 50­

bre la tendencia a formar emulsiones. Los crudos nafte­

nicos muestran mayor tendencia a formar emulsiones que

los paraffnicos. Al aumentar la viscosidad y la densidad

de los crudos aumenta la tendencia a formar emulsiones.

En cuanto a la tension superficial, parece que es un fac­

tor importante, ya que al aumentar su valor la facilidad

de emulsificacion tarnbien aumenta.

4.4.3 Presencia de gas 0 aire. Las emulsiones se forman

mas facil y mas rapidamente, y de una estabilidad mayor,

cuando el gas natural 0 el aire se mezclan fntimamente

con el aceite y el agua. Esto se explica por la mayor ve­

locidad de flujo, al igual que mayor turbulencia y agita­

cion 10 cual propicia una mezcla mas fntima de los flufdos.

~demas el oxfgeno del aire puede ocasionar en el crudo la

formacion de asfaltos que son sustancias emulsificantes.

4.4.4 Tipo y cantidad de emulsificante. Hay unos emulsi­

ficantes que pueden ser mas efectivos que otros y ademas

el grado de emulsificacion puede depender de la cantidad

de emulsificante. Ademas el tipo de emulsificante puede

defin,r que la emulsion sea normal 0 invertida.

52