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Las emulsiones han sido de gran interés práctico por largo tiempo, ya que están presentes en mu-chos eventos de la vida cotidiana. Pueden encontrarse en importan-tes áreas de interés como alimen-tos, cosméticos, celulosa y papel, farmacéutica, industrial y agrícola. Las emulsiones se hallan también en la industria petrolera, donde típicamente son sistemas inde-seables que generalmente incre-mentan los costos de operación y reducen la eficiencia de los equi-pos de proceso.

Una emulsión es definida como un sistema que contiene un líquido disperso en otro líquido inmisci-ble, los tamaños de las partículas de una emulsión la ubican en la categoría de sistemas coloidales (~ 0.1 – 10 µm). Si el aceite es la fase dispersa la emulsión se nom-bra aceite en agua (o/w), conse-cuentemente, si el agua es la fase dispersa la emulsión se nombra agua en aceite (w/o); esta clasi-ficación no siempre es apropiada ya que existen por ejemplo emul-siones múltiples (o/w/o). En una emulsión el área interfacial entre las gotas dispersas y la fase con-tinua representa un incremento en la energía libre del sistema, por lo tanto las emulsiones no son ter-modinámicamente estables.

El crudo es una mezcla compleja de hidrocarburos, con pequeñas

cantidades de azufre, oxígeno y nitrógeno, así como algunos constituyentes metálicos, particu-larmente vanadio, níkel, hierro y cobre. La composición del crudo

que se extrae cambia en función de la cantidad de material produci-do (Figura 1, Figura 2), así se pue-de considerar que durante este proceso se presentan tres fases,

Por: Ismael Pérez López / Abraham Tapia Camacho. Ingeniero de Desarrollo / Gerente de Investigación y Desarrollo, Oxiteno México, S.A, de C.V.

Figura 1.

Figura 2.

Oil-Water Contact

Oil

Water

A B C

A B C

TECNOLOGÍA

La revista de la industria petrolera60 La revista de la industria petrolera60

las cuales se caracterizan por el incremento de la cantidad de agua presente en el sistema (Tabla 1).

Durante la producción y transpor-tación de crudo, las fases oleo-

sa y acuosa son expuestas con la suficiente energía de mezcla-do para formar dispersiones de agua en aceite o aceite en agua. Desafortunadamente el crudo contiene un número importante

de componentes que por su na-turaleza son de superficie activa, entre ellos se encuentran los as-faltenos, compuestos de vanadio, compuestos químicos resinosos y ácidos orgánicos solubles. Estos

materiales actúan como agentes interfaciales que favorecen la formación de emulsiones.

Se cree que los asfaltenos aportan mayor estabilidad a las emulsiones de crudo-agua. La floculación de asfaltenos en los sistemas dispersos ocurre cuando se rompe el equilibrio ter-modinámico, esto como resultado de cambios en la presión, temperatura y alteraciones en la compo-sición del material duran-te la extracción de crudo o durante la inyección de gas en operaciones de re-cuperación.

Los asfaltenos tienden a absorberse en la interfase agua en aceite para formar

FASE CARACTERÍSTICAS DEL CRUDO PROBLEMAS

1100% Crudo

Gas Disuelto

Espuma

Hidratos

2

90% Crudo

10% Agua

Gas Disuelto

Emulsión

Espuma

Incrustación

Bacterias

Hidratos

3

30% Crudo

70% Agua

Gas Disuelto

Emulsión

Espuma

Incrustación

Bacterias

Hidratos

Tabla 1.

POLARMOLECULES

WATERDROPLET

Figura 3.

La revista de la industria petrolera 61La revista de la industria petrolera 61

una película rígida alrededor de las gotas de agua, protegiendo a la emulsión de la posible ruptura durante las colisiones entre las partículas. Debido a la factibili-dad de formación de emulsiones extremadamente estables, se requieren costosos equipos de separación. Sin embargo, con la información referente a las carac-terísticas del crudo y las propie-dades de la emulsión es posible realizar pre-tratamientos al crudo con desestabilizadores químicos (desemulsificantes) o a través de equipos especialmente diseñados para cada pozo con el objeto de prevenir problemas de emulsión.

En consecuencia la desemulsifi-cación de crudo forma parte in-tegral de la producción de este material. Lo anterior hace extre-madamente importante el control del comportamiento del fluido con el objetivo de minimizar la nece-sidad de procesos adicionales o intervenciones costosas en el sitio de la producción.

Propiedades delos desemulsificantes

Un desemulsificante con aplicación en el tratamiento de crudo es usual-mente una molécula con carácter hidrofílico/lipofílico parcialmente soluble en la fase continua (aceite) y en la fase dispersa (agua); esta propiedad permite que la molécula del desemulsificante se posicione en la interfase de la emulsión (Figu-ra 3). Ocasionando la ruptura de la película interfacial que rodea a las partículas de la fase dispersa.

Normalmente la eficiencia del desemulsificante tiene relación directa con el peso molecular. En general se ha observado que desemulsificantes con alto peso molecular presentan un mejor desempeño (Gráfica 1).

Entre los compuestos que presen-tan mejores propiedades como desemulsificantes usados en la mayoría de las formulaciones se encuentran:

• Polialquilén glicoles de óxido de etileno/óxido de propileno (EO/PO) > 2000 + MW

• Ésteres de ácidos dibásicos de polialquilén glicoles > 3000 + MW

• Resinas condensadas con eti-leno/óxido de propileno (EO/PO)

0 1000 2000 3000 4000 5000

MW

Eficiencia

Eficiencia Desemulsificante vs Masa Molecular

Efic

ienci

a

Gráfica 1.

Figura 4.

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- p-tert butil fenol- p-amil fenol- p-nonil fenol

• Ácidos grasos polimerizados EO/PO

• Poliésteres EO/PO

Los desemulsificantes comercia-les en todos los casos son mez-clas de varios componentes, los cuales poseen distintas estructu-ras químicas y cubren una amplia gama de distribuciones de pesos moleculares.

Cada componente del desemul-sificante tiene diferente habilidad o actividad interfacial, la cual provee un rango de propiedades que favorecen el rompimiento de la emulsión, de las cuales cabe mencionar:

a. Fuerte atracción en la interfase o/w, con la habilidad de deses-tabilizar la película protectora que rodea a la fase dispersa.

b. La habilidad de actuar como agente humectante.

c. La habilidad de actuar como floculante.

d. La habilidad de cambiar las propiedades reológicas, redu-ciendo la viscosidad e incre-mentando la compresibilidad de la película interfacial.

Evaluación de desemulsificantes

Con el objeto de evaluar el des-empeño de un desemulsificante, es necesario llevar a cabo prue-bas de laboratorio con emulsión, tal cual es producida en las opera-ciones de campo (Figura 4).

La prueba de botella es usada comúnmente para determinar cuál de los químicos conocidos como desemulsificantes pueden romper la emulsión proveniente de un pozo arrendado o campo. Los resultados de esta prueba indican la relación requerida de componente de tratamiento para la emulsión, que es la más peque-ña cantidad necesaria del químico para romper satisfactoriamente la emulsión.

La concentración de bases dese-mulsificante típicamente emplea-da es del 1 al 5%, dependiendo de las características de la emulsión a tratar. Ésta consiste en some-ter la acción del desemulsifican-te a una muestra representativa y evaluar, en función del tiempo, el porcentaje de agua separada. Existen señales adicionales que complementan o confirman la evaluación del producto, como cuando se vacían las botellas de prueba, en este momento se puede observar la capa pegada al envase. Si es cerosa y opaca quiere decir que el producto quí-

mico no está trabajando, si por el contrario la botella tiene una pelí-cula brillante delgada y con gotas de agua, el producto tuvo un buen desempeño.

Otra herramienta de evaluación es observar el tamaño de las go-tas formadas, si éstas son gran-des y se encuentran en el fondo de la botella se puede decir que el producto es un coalescedor de alta eficiencia; otros, al formar go-tas más pequeñas y dispersas en la botella, son coalescedores de mediana eficiencia.

Oxiteno México, S.A. de C. V.

Cuenta con líneas de tensoactivos de alto desempeño, además de apoyar técnicamente al seg-

mento de petróleo en el diseño y desarrollo de desemulsificantes para cada tipo de crudo. Nuestro

centro de investigación posee recursos materiales y capital humano para la realización de síntesis

química, con el propósito de ofrecer productos diferenciados y específicos de acuerdo con los

requerimientos de nuestros clientes, contribuyendo a la optimización de sus operaciones.

Figura 5.

Generalmente la prueba de la botella se realiza en recipientes estándar de fondo cuadrado. No obstante, es posible usar recipientes graduados de fondo cónico, que permitan cuantificar la sepa-ración con mayor exactitud.