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Deshidratación

EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN

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Ing. Antonio Enrique Acevedo Franco

04 de Julio de 2006

Ing. Antonio Enrique Acevedo Franco

04 de Julio de 2006

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Deshidratación

El proceso de tratamiento del crudo incluye las siguientes etapas:

a) Remoción de agua libre

b) Adición de agente químico desenmulsificante

c) Adición de calor

d) Etapa de deshidratación del crudo

e) Adición de agua de disolución y mezclado

f) Etapa de desalado del crudo

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Remoción de agua libre

Cuando en la producción de los pozos petroleros se encuentran grandes cantidades de agua que viaja en forma de baches en el seno del aceite, es necesaria su remoción con la finalidad, de evitar el consumo de calor por la fracción de agua libre presente. El agua salada debido a su alta conductividad térmica absorbe rápidamente el calor; se requieren 350 BTU para elevar la temperatura de un barril de agua 1 °F, es decir, aproximadamente el doble que el requerido por el aceite. En ocasiones, el porcentaje de agua libre es elevado por lo que su remoción permite ampliar la capacidad de tratamiento del equipo.

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Adición de agente químico desmulsificante

la adición de un reactivo desmulsificante tiene por finalidad eliminar la barrera física y eléctrica que separa a las gotas de agua, provocando su unión y favoreciendo la separación del sedimento con el agua que será drenada en la etapa de deshidratación.

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Adición de calor

La adición de calor favorece el rompimiento de las emulsiones; sin embargo como se menciono antes presenta limites económicos. Se requieren 175 BTU para elevar en 1°F la temperatura de un barril de aceite. Cuando se trata aceite viscoso, generalmente es necesario calentarlo par reducir su viscosidad e impedir la estatificación de capas de aceite y agua en forma alterada. También es necesario calentar el aceite cuando se trata crudo volátil y se desea estabilizarlo para eliminar la perdida de butano y gasolinas, los cuales son arrastrados en los vapores del tanque de almacenamiento.

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En la etapa de deshidratación se remueve el mayor volumen de agua emulsificada y normalmente se alcanzan contenidos de agua residual entre 0.2 -2 %. La salinidad residual dependerá de la concentración de sales en la salmuera de que se trate. La separación de las fases se acelera mediante la aplicación de algún reactivo coalescente, con la adición de calor y/o con el empleo de coalescedores mecánicos o eléctricos.

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Selección del equipo de tratamiento

Existen varios diseños del equipo empleado en el tratamiento del crudo. En la selección del equipo deben tomarse en cuenta los siguientes aspectos:

1) contenido residual de agua y sal del crudo tratado 2) contenido de agua del crudo a tratamiento 3) estabilidad de la emulsión agua/aceite 4) densidad y viscosidad del crudo 5) variaciones en el volumen por tratar 6) tendencia corrosiva o incrustante del agua emulsificada 7) conductividad eléctrica del aceite 8) tendencia a depositar parafinas y asfáltenos 9) temperatura de los fluidos 10) ritmo de declinación de la producción del campo

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11) operabilidad del equipo 12) inversión inicial 13) costos de operación y mantenimiento 14) valor del rescate 15) versatibilidad de la instalación 16) tiempo de entrega 17) tiempo de instalación 18) eficiencia del equipo 19) tiempo del proceso 20) consumo de reactivo desemulsificante 21) tamaño del recipiente 22) disposición del agua de desecho

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Equipo de deshidratación y desalado de crudos

La separación del agua y aceite se lleva a cabo utilizando eliminadores de agua libre, calentadores, tanques deshidratadores, tratadores termoquímicos convencionales y/o tratadores electroestáticos. A continuación se describe brevemente su operación.

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Eliminadores de agua libre

Los eliminadores de agua libre se utilizan para remover altos porcentajes de agua libre, antes que la emulsión entre tratamiento. En la Fig. 9 se muestra un eliminador de agua salobre. La corriente choca un deflector el cual reduce la velocidad y permite una separación mas efectiva, una vez reducida su velocidades, el flujo entra al cuerpo del recipientedonde dispone de una gran área de interfase que favorece ampliamente la separación gravitacional. Los eliminadores de agua deben instalarse antes de los calentadores, con el fin de evitar que el agua libre consuma el calor que debe ser absorbidosolamente por la emulsión. Aunque su diseño y operación es muy simple, rara vez se usan en nuestro medio. Su aplicación es muy útil en baterías que manejan porcentajes de agua de 20% o mayores.

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Tanques deshidratadores (gun barrells)

Los tanques deshidratadores (Fig. 10) están constituidos esencialmente de 5 partes:

1.- la línea de entrada; es el tubo que conduce la emulsión del separador al tanque deshidratador.

2.- el tubo conductor, a través del cual pasa ala emulsión antes de entrar al fondo del tanque deshidratador. Tiene tres propósitos principales: a) separar el gas de la emulsión y reducir la turbulencia dentro del cuerpo del tanque deshidratador; b) sirvecomo sección de amortiguamiento al reducir la presión de entrada de la emulsión; c) permite a la emulsión distribuirse uniformemente a través del colchón de agua de lavado, mediante un esparcidor situado generalmente en el fondo del tubo conductor.

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3.- el cuerpo del deshidratador, el cual tiene un colchón de agua que sirve de lavado a la emulsión.

4.- la línea de salida de agua, constituida por el sifón. Esta línea tiene 2 propósitos; proporcionar una salida para el agua separada y regular la altura del colchón de agua en el deshidratador.

5.- la línea de salida del aceite, que conduce el aceite limp8io deshidratador a los tanques de almacenamiento.

La acción que tiene lugar en un tanque deshidratador consta de 2 etapas: lavado y asentamiento. El lavado ocurre en el colchón de agua, el asentamiento se efectúa en el estrato de emulsión. La altura del colchón es variable de acuerdo al tipo de emulsión.

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Tratadores termoquímicos convencionales

El equipo moderno esta formado de unidades que proporcionan, por si solas, asentamiento, calor, agitación, etc., a la emulsión de que se trate. Una de estas unidades se ilustra en la Fig. 12. laemulsión entra en (a) y pasa por la sección (b) de precalentamiento, en la sección (c) se separa el agua libre, la emulsión asciende por (d) y se canaliza por la sección € donde se desgasifica totalmente, efectuándose en (f) el calentamiento de la emulsión y el asentamiento del agua. En (g) se remueve el agua separada; en (h) esta el controlador de la presión diferencial. La emulsión pasa a una sección de coalescencia (j) para lograr la remoción electiva del agua residual. En (k) se descarga automáticamente el agua; en (l) el aceite termina de limpiarse antes de salir a almacenarse.

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Tratadores electroestáticos

Los componentes principales de un campo eléctrico, se ilustran en la Fig 13. los elementos primarios son : 1) fuente de poder o transformador, el cual convierte el voltaje de línea (corriente alterna de una fase, 220 a 480 volts, 50 0 60 ciclos) al voltaje de línea requerido que alimentan a los electrodos de carga; 2) electrodos inferiores o de carga; 3) electrodos a tierra que permanecen suspendidos sobre los electrodos de carga. Se fabrican sistemas de electrodos de alta y baja velocidad; los primeros se utilizan en crudos ligeros de baja viscosidad y con emulsiones de ella conductividad eléctrica; los electrodos de baja velocidad son recomendables para crudos de alta viscosidad y emulsiones de baja conductividad eléctrica. La emulsión se reporte en la sección eléctrica mediante un distribuidor, que la obliga a pasar varias veces a través del campo eléctrico. La Fig. 14 muestra un esquema típico de un tragador electroestático.

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Equipo de calentamiento

El suministro de calor en el tratamiento de las emulsiones de petróleo se efectúa a través de calentadores de fuego directo, indirecto y eléctrico. En el primer tipo la emulsión se pone en contacto con el elemento calentador u horno. Comparativamente los calentadores de fuego indirecto calientan un mayor volumen de aceite por unidad de gas combustible. Existen varios diseños de calentadores de fuego directo, tubulares, de horno interno y volumétrico. Todos ellos requieren mantenimiento frecuente ya que son sensibles a la corrosión e incrustación. La Fig. 15 muestra un calentador de este tipo. Los calentadores indirectos (Fig. 16) están constituidos de cuerpo horno y haz de tubos de flujo, estos dos últimos elementos son removibles y se facilita su mantenimiento. El haz de tubos no esta expuesto al calor directamente y la temperatura mas alta que se alcance no serámayor que la del agua de calentamiento, evitándose los agrietamientos en los tubos.

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El incremento en los precios del crudo y gas natural ha traído como consecuencia el empleo de calentadores eléctricos que además del ahorro e combustible ofrecen las siguientes ventajas:

Mayor eficiencia por la flexibilidad de colocar el numero adecuado de serpentines dentro del elemento eléctrico para cada caso particular. La transferencia de calor del serpentín al fluido es mayor al no presentarse picaduras en los tubos.

La temperatura del proceso puede controlarse en forma precisa propiciando un incremento de 0.5 -2 API en la densidad relativa del crudo.

El mantenimiento es menor que el del equipo operado con gas.

Se cuenta con alta seguridad al no tenerse flama abierta.

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Desalado eléctrico

Las unidades eléctricas de deshidratación y desalado están constituidas de un recipiente presionado en cuyo interior se encuentra un dispositivo distribuidor de la emulsión a través del cuerpo, un regulador del nivel de altura de agua, una sección de electrodos aislada del recipiente y conectada a una fuente de alto poder. Se tiene un regulador de la corriente eléctrica, dispositivos automáticos para la liberación de gas si la presión aumenta excesivamente y para desenergizar los electrodos si la sección no esta llena de liquido. El equipo eléctrico moderno opera bajo presión y permite el manejo de altos gastos de flujo, disminuye el riesgo de incendios y la perdida de hidrocarburos ligeros, esto ultimo justifica económicamente en algunos casos la operación bajo presión.

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