Expositor : Ing. Juan Luna

CALIDAD DEL AGUA DE INYECCIÓN

ALCANCE

Profesionales de la industria del petróleo, estudiante del pre grado y personal

relacionado con el manejo de plantas de inyección de agua producida en campos

petroleros.

OBJETIVOSRevisar los conocimientos teóricos-prácticos

sobre técnicas usadas en la industria del petróleo para mejorar la calidad del agua que se inyecta para recuperación secundaria y disposal.

Contar con las herramientas requeridas para el adecuado control de la calidad del agua por medio de la comprensión cabal de las operaciones de tratamiento del agua.

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Circuito del Agua de Producción

FREE WATER KNOCK OUT (FWKO)

• Separa el agua que decanta en un periodo de reposo aprox. de 5 min. (agua libre)

• Previene el exceso de carga al tratador térmico (reduce consumo de combustible).

• Pueden ser de dos fases (emulsión - agua libre) o de tres fases (gas – emulsión – agua libre)

TRATADOR TÉRMICO (HEATER TREATER)

• Usado para reducir la viscosidad de la emulsión y facilitar la separación del agua y el petróleo.

• Facilita separación en crudos parafinosos por efecto de fusión de cristales de parafinas.

• El incremento de la temperatura puede:• Afectar la gravedad específica del crudo• Incrementar los costos por consumo de combustible.

TANQUE PULMÓN (SURGE TANK)

• Recibe los aportes de los drenajes de agua no presurizados de toda la planta.

• Compensa las variaciones de flujo permitiendo una operación estable.

• Se recupera hidrocarburo sobrenadante y el agua se retira por el fondo y se envía al Skim Tank.

TANQUE DESNATADOR (SKIM TANK)

• Separa el hidrocarburo del agua por un proceso continuo de skimming.

• El agua contaminada asciende a través de la columna central por orificios radiales entre dos platos dentados quedando el hidrocarburo en la superficie y el agua desciende.

• Opera completamente lleno y a caudal constante• Drena el agua separada hacia la unidad de flotación.

UNIDAD DE FLOTACIÓN DE GAS (GFU)

• Se usa en combinación con químicos para proveer la formación de flocs.

• Formación de microburbujas de gas en el agua las cuales al elevarse arrastran las partículas dispersas de aceite y sólidos.

• Los flocs son recolectados de la superficie por unas paletas y enviados por un sistema de drenajes a su disposición final.

• El agua pasa de esta etapa a la de filtración.

FILTROS

• Pueden ser de varios tipos siendo los más comunes:• Filtro de arena• Filtro de cáscara de nuez• Filtro de cartucho

Filtro de Arena

Filtro de Cáscara de Nuez

Filtros Cartucho

CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN

• Parámetro de Calidad:• Sólidos Totales Suspendidos (STS)• Índice Relativo de Taponamiento de Amoco (RPI)• Valores Recomendados:• STS ≤ 10 mg/L (buena calidad de agua)• RPI < 3 Excelente• 3-10 Buena• 10-15 Regular• > 15 Mala

Sólidos Totales Suspendidos

• Partículas de óxidos metálicos de la tubería del pozo o hierro oxidado originalmente en el agua, sedimentos, arena, arcillas o cuerpos bacterianos, microcristales de sales minerales.

• En una prueba estándar el agua se filtra a través de una membrana de celulosa de 0.45 µm. Por gravimetría se determina la masa de sólidos retenidos por volumen de agua filtrado.

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Indicadores de Calidad del Agua

• Millipore Test Slope Number (MTSN).- Pendiente de la recta del flujo a través del filtro con relación al volumen filtrado acumulado de agua.

• Mientras más cercana a la horizontal la recta, mejor calidad del agua filtrada.

• Relative Pluggin Index (RPI).- Método desarrollado por la cía Amoco para evaluar la calidad del agua.

• RPI = STS - MTSN

Oxígeno Disuelto

• Rara vez se encuentra presente en los fluidos producidos que salen del yacimiento.

• Es el agente corrosivo más agresivo que se encuentra en las plantas de inyección de agua salada.

• Combinado con otros gases disueltos (CO2, H2S) incrementa severamente su corrosividad.

• Genera agentes taponantes por la oxidación del hierro ferroso y del sulfuro de hidrógeno.

• Generalmente se filtra en los sistemas de inyección a través de uniones no selladas herméticamente o por tanques abiertos a la atmósfera.

Proceso de Corrosión

Reacciones de Oxidación

FeFe FeFeFeFe

Corrosión Ácida

FeFe FeFeFeFe

Corrosión Ácida

Polarización

FeFe

FeFe

FeFe

H2 H2H2

Efecto del Oxígeno – Depolarización

FeFe

FeFe

FeFe

H2

REACCIÓN CATÓDICA

Efecto del Oxígeno – Oxidación

FeFe

FeFe

FeFe

H2

REACCIÓN ANÓDICA

Parámetro de Calidad

• DIRECTO : Medición de Oxígeno Disuelto• Colorimetría ampollas al vacío desarrollado por

CHEMetrics• Método Rhodazina D™.• Estándar ASTM D 5543-94 (2005)• Concentración de oxígeno disuelto ≤ 20 ppb• INDIRECTO : Medición de Residual de Sulfito• Titulación de sulfito• Estándar APHA

Contaminación Microbiológica

• Causa de dos grandes problemas en los sistemas de inyección; corrosión y taponamiento.

• Ocasionada por bacterias, principalmente las sulfato reductoras DESULFOVIBRIO DESULFURICANS (BSR), son del tipo anaeróbico y por su naturaleza sésil se reproducen en áreas de flujo estancado.

• Metaboliza a partir de los iones sulfato presentes en el agua (SO4=) y genera como subproducto el sulfuro de hidrógeno (H2S).

Desulfovibrio Desulfuricans

Parámetros de Calidad

• Conteo de colonias de bacterias.

• Concentración de BSR ≤ 1,000 colonias / mL

• Técnica de cultivos en viales por dilución:• API RP 38• 1 mL de muestra virgen• Diluciones de 1:10 • Incubación por 28 días.• Resultados en base a viales positivos (color negro)

API RP 38Método de Dilución en Serie

API RP 38

CLARIFICACIÓN

• Química (Secundario)• Polímeros y/o sales metálicas.• Procesos de floculación y floculación• Mecánica (Primario)• Decantación (tiempo de residencia)• Flotación con gas• Filtración

Mejor Opción

• Tratamiento combinado (Mecánico Químico)

• Ejemplo.- Inyección de floculante LMW a la entrada del GFU y refuerzo con coagulante a entrada de filtro de cartucho.

• Ventajas:

• Reduce inversiones altas en equipos de gran tamaño

• Mejor calidad del agua de inyección.

• Requiere menos espacio de planta.

• Desventaja:

• La calidad del agua es altamente dependiente de la eficiencia del sistema de inyección de los químicos

INERTIZACIÓN (Eliminación O2 Disuelto)

• Química (Primario)• Secuestrante de oxígeno• Mecánica (Secundario)• Hermetización del sistema• Aplicación de sistema Gas Blanketing

Mejor Opción

• Tratamiento combinado (Mecánico Químico)• Ejemplo.- Inyección de secuestrante de oxígeno en la

descarga del Surge Tank. Refuerzo a menor dosis a la salida del filtro.

• Ventaja:• Reduce costos de tratamientos químicos al minimizar

dosis.• Desventaja:• Se debe monitorear el sistema con frecuencia para

detectar fallas en el sistema de Gas Blanketing.

CONTROL MICROBIOLOGICO

• Químico (Primario)• Biocidas • Mecánico (Secundario)• Diseño para minimizar zonas estancadas.• Sistemas de purgas de equipos adecuados• Programas de limpieza de equipos (retiro de fondos)• Programa de limpieza de líneas (raspatubos o

“chanchos”)

Mejor Opción

• Tratamiento combinado (Mecánico Químico)• Ejemplo.- Aplicación de biocida iónico (surfactante) en

salida de Surge Tank en forma de bache dos veces por semana.

• Ventaja:• Reduce costos de tratamientos químicos al minimizar

dosis.• Desventaja:• Se debe monitorear el sistema con frecuencia para

detectar fallas en el sistema de Gas Blanketing.

• El control de los tratamientos para mejorar la calidad del agua es vital para la conservación de pozo y las instalaciones de inyección.

• Los principales parámetros a controlar en la planta son los STS, el oxígeno disuelto y las BSR.

• Los sistemas diseñados para el tratamiento deben ser lo más “independientes” de la presencia del operador para su adecuado funcionamiento.

• Es recomendable realizar estudios más profundos para conocer el grado de corrosión e incrustaciones minerales que se presentan en la planta.