TRATAMIENTO AFLUENTE

1. Definicin:Como agua de formacin se conoce en la industria Petrolera generalmente al agua presente en los yacimientos petroleros, ya sea emulsionada con el crudo o no. Por debajo de cierta profundidad, todas las rocas porosas estn llenas de algn fluido que generalmente es agua, en estas rocas porosas es donde se asientan los hidrocarburos despus de su formacin y posterior desplazamiento. Esta agua ocupa los espacios entre los sedimentos que quedaron sobre los fondos de ocanos y lagos antiguos, y pudo haberse quedado all desde la desaparicin de estos o simplemente haber fluido hasta all como agua de infiltracin en sistemas hidrogeolgicos. Tal agua encerrada llamada comnmente agua de formacin, se encuentra generalmente con el petrleo en muchos yacimientos productivos. Esta agua ha disuelto materias minerales adicionales, ha dejado algunas en las rocas, o ha sido diluida durante los largos perodos del tiempo geolgico que ha estado en las rocas. Lo anterior se debe a que el agua que est en la formacin se halla a la presin y temperatura de la misma, y al ser el agua un disolvente universal, con el tiempo que ha permanecido en esas condiciones, disuelve las sales y mantiene los diferentes iones que la conforman en un equilibrio qumico.Las caractersticas de las aguas de formacin, dependen de la naturaleza qumica de las formaciones geolgicas por las que ha atravesado. Contienen principalmente sales minerales, combinaciones orgnicas, gases disueltos, entre otros.Cuando se inicia la explotacin del petrleo por medio de pozos productores, el agua de formacin empieza a salir junto con el petrleo hacia la superficie, cambiando sus condiciones de presin y temperatura. Al ser la presin y la temperatura cada vez menor, esta agua de formacin que se hallaba a condiciones de yacimiento se convierte en sobresaturada a lo largo de la tubera de produccin y en la superficie. Adems, dichas condiciones de presin y temperatura, y los choques con las paredes de la tubera en la extraccin (flujo turbulento), actan como un emulsificante entre el agua de formacin y el aceite de petrleo; como consecuencia de esto, se forma una emulsin inversa de agua en aceite (W/O).Lo anterior nos lleva a que en un pozo petrolero encontramos las aguas de formacin de dos formas fundamentalmente, agua libre o fuera de emulsin, y en emulsin con el crudo.

2. Mtodos de separacin del agua de formacin del petrleo crudo. Rompimiento de emulsiones: Para promover el rompimiento de una emulsin de crudo es necesario desplazar el emulsificante y su pelcula, para poder generar la coalescencia de las gotas de agua y suministrar un medio y un periodo de asentamiento no perturbado de las gotas de agua que se han conglomerado. Existen varios mtodos para generar el rompimiento de las emulsiones en el campo petrolero y se suelen emplear conjuntamente.Estos mtodos son los siguientes:- Qumico.Se utilizan compuestos qumicos desemulsificantes o rompedores, y el principal efecto que estos producen sobre las emulsiones es causar una reduccin notable de la tensin superficial entre los lquidos en contacto, permitiendo que las disminuidas gotas de la fase dispersa se junten y decanten. El fenmeno en el cual las partculas ms pequeas de la fase dispersa se juntan para formar partculas ms grandes se denomina coalescencia.- Trmico.Los efectos del calentamiento en la emulsin son: debilitamiento de la pelcula que rodea la gota de agua, variacin en la densidad relativa del crudo y agua, variacin en la viscosidad del crudo, y el aumento del movimiento browniano que poseen las partculas pequeas en suspensin de la fase dispersa, produciendo con esto mayor choque entre estas partculas. Produce adems una expansin de las gotas de agua que provoca que la pelcula del agente emulsificante se rompa.- Mecnico.Se utilizan instrumentos como el tricanter, que separa las fases liquidas pesada y ligera (aceite y agua) y los slidos disueltos en la emulsin. Decantacin o Asentamiento.Despus de la adicin del tratamiento qumico es necesario permitir que este acte, el tiempo de retencin es el tiempo necesario para que los demulsificantes hagan su trabajo y se lleve a cabo la separacin de las fases por decantacin debido a la diferencia de densidades de las mismas, para ello se cuenta con dos facilidades.- Tanques de decantacin o asentamiento:Se utilizan para la separacin de emulsiones de agua en petrleo y el principio se basa en la gravedad diferencial (por densidades), son los tanques donde el crudo con demulsificante se deja reposar un tiempo adecuado (tiempo de retencin hidrulica) para lograr la cada de las partculas de agua al fondo.Este sistema simplemente permite que el aceite y el agua se separen por gravedad. El aceite se extrae entonces por la parte superior y el agua se extrae por debajo- Gun Barrel:La emulsin se adiciona en la porcin de agua que ya se ha separado; el aceite liquido se retira por la salida cerca de la parte superior o rebose y los extremos livianos y el gas tambin se recuperan.Es muy til ya que permite desalar el crudo por medio del lavado, ya que el crudo pasa por agua y el agua arrastra todos los iones disueltos en ella.

3. Anlisis de laboratorio realizados a aguas de formacin.El objetivo de llevar a cabo pruebas de laboratorio a las aguas de formacin es el de conocer las propiedades fisicoqumicas de las mismas para su posterior tratamientoen las piscinas dispuestas para esto, y as cumplir con la reglamentacin vigente para aguas residuales. PH:Es la medida de la relativa acidez o alcalinidad de un agua. Es un factor muy importante en muchos procesos y tiene mucha influencia en la tendencia incrustante o corrosiva de un agua. El pH es extremadamente importante debido a que si el pH es bajo (ms cido) la corrosividad aumentara. Muchas aguas de formacin tienen un pH entre 4 y 8. H2S y CO2 son gases cidos y que tienden a bajar el pH del agua (hacerla ms cida) cuando se disuelven en el agua.Esta prueba se realiza mediante el Mtodo electromtrico, utilizando un pHmetro electrnico y tomando la lectura del pH arrojada por este. Alcalinidad:Se define como la cantidad de iones en el agua que reaccionarn para neutralizar a los iones hidrgeno, tambin puede ser definida como una medida de la capacidad del agua para neutralizar cidos o la capacidad del agua para aceptar protones.La alcalinidad puede ser causada por diferentes iones, pero usualmente se atribuye a los iones bicarbonato, carbonato e hidrxido. La prueba se basa en la determinacin del contenido alcalino de una muestra por titulacin con una solucin estndar de cido sulfrico, utilizando fenolftalena como indicador alcalino y metil naranja como indicador cido. Dureza:Es la suma de todos los cationes metlicos que no sean Sodio y Potasio, presentes en el agua en forma de: Carbonato, Bicarbonato, Sulfato y Cloruro, expresados como Carbonato de Calcio. Debido a que los mayores componentes son los cationes Calcio y Magnesio, generalmente toda la dureza se considera debida a estos dos iones.La dureza es un trmino que se utilizaba para calificar a aquellas aguas que generalmente requeran cantidades considerables de jabn para producir espuma. La dureza es causada por los cationes divalentes metlicos que son capaces de reaccionar con el jabn para formar precipitados y con ciertos aniones presentes en el agua para formar costras.La dureza es la solucin tanto de sales de calcio como de magnesio en forma de cationes y aniones, generalmente la dureza se ha expresado en funcin del carbonato de calcio (CaCO3)

- DUREZA TOTAL: La prueba est basada en la determinacin del contenido de Calcio y Magnesio en una muestra de agua por titulacin con un agente secuestrante (cido etilendiaminotetraactico), en presencia de un agente orgnico sensible a los iones de Calcio y Magnesio.- DUREZA DE CALCIO: Calcio (Ca+2): Es el mayor constituyente del agua de formacin, en ocasiones dichas concentraciones pueden llegar a tener valores tan altos de 30000 mg/l.Este catin en determinadas condiciones de presin y temperatura, se combinan con facilidad con los aniones carbonato, bicarbonato y sulfato para precipitar como escala adherente o generar slidos suspendidos.La prueba est basada en la determinacin del contenido de calcio por la titulacin de la muestra con un agente secuestrante (cido etilendiaminotetraactico), en presencia de un agente orgnico sensible a los iones de calcio e insensible a los de magnesio.- Magnesio (Mg+2): Est presente en concentraciones menores a los iones calcio tiene la tendencia de precipitar en compaa del calcio y ser parte de la escala. El magnesio tiene la habilidad de formar compuestos insolubles que permanecen en suspensin.DUREZA DE MAGNESIO = DUREZA TOTAL DUREZA DE CALCIOSe da en mg/LInterpretacin de la Dureza:

En agua potable el lmite mximo permisible es de 300 mg/L de dureza Cloruros:Es el ion ms predominante en el agua de formacin, que caracteriza a la misma, su mayor fuente es el cloruro de sodio (NaCl) por lo que la concentracin de cloruros es la medida de la salinidad del agua. Se considera perjudicial si supera las 5000 ppm de concentracin, por la corrosin salina que est en relacin directa con la concentracin.Su presencia en el agua procede de la disolucin de suelos y rocas que los contienen y que estn en contacto con el agua. La prueba est basada en la titulacin de un agua, que contiene Ion cloruro, con una solucin estndar de Nitrato de Plata, utilizando Cromato de Potasio como indicador. En este caso el Cromato de Potasio es un indicador qumico, ya que cuando los iones cloruro han reaccionado totalmente con el Nitrato de plata, el Cromato de Potasio es quien empieza a reaccionar con el agente titulante, generando una coloracin rojiza propia del cromato de Plata Ag2CrO4 las reacciones que tienen lugar en esta titulacin son:

Para cuando existen Iones Cloruro en el agua. Y:

De modo que podemos saber el momento en que la totalidad de los iones Cloruro en solucin han reaccionado, justo cuando se nota la coloracin rojiza, as, y mediante balance de masa, podemos conocer la concentracin de cloruros en solucin. Sulfatos:Es el alimento de las bacterias sulfato reductoras, este anin tiene tendencia a reaccionar con los cationes estroncio, bario o calcio y en ocasiones llega a formar incrustaciones insolubles.Las aguas lo adquieren por oxidacin de los sulfuros o dilucin del yeso y de la anhidrita. El mtodo est basado en la precipitacin del Sulfato por Cloruro de Bario en presencia de una solucin alcohlica. Tan pronto como el sulfato ha sido completamente precipitado, posterior adicin de Cloruro de Bario, reaccionar con el indicador THQ (tetrahidroxiquinona) producindose un cambio de coloracin de amarillo a rosado rojizo. Este caso es similar a la titulacin para los cloruros, en esta ocasin, la THQ (tetrahidroxiquinona), acta como un indicador qumico, ya que al reaccionar todos los iones sulfato con el Cloruro de Bario, el indicador es el que empieza a reaccionar para formar el compuesto con coloracin caracterstica rozado-rojizo

Para cuando existen Iones Sulfato en el agua Hierro Total:El contenido de hierro disuelto generalmente es bajsimo en el agua de formacin, valores altos son sinnimo de corrosin. Puede estar disuelto en forma frrica o ferrosa (Fe+3 Fe+2); o pueden estar en suspensin como precipitado de hierro. El conteo de hierro es usado para detectar o monitorear el grado de corrosin. Bastante comn en aguas de pozos profundos y por consiguiente, en aguas de campos petrolferos. En el agua puede encontrarse en tres formas: Insoluble, Soluble y Solucin Coloidal. Comnmente se encuentra presente como bicarbonato ferroso soluble e incoloro.El anlisis se lleva a cabo mediante el kit Merck de ensayo colorimtrico, que segn la coloracin, determina la cantidad de hierro en solucin. Gravedad especifica:Razn entre el peso del volumen de una sustancia y el peso de igual volumen de otra sustancia tomada como estndar. La gravedad especfica se utilizar para convertir los mg/lt a ppm. La gravedad se determina utilizando el picnmetro. Conductividad:La conductividad especfica se usa comnmente para indicar la concentracin total de los constituyentes ionizados de un agua natural asi:Total de slidos disueltos = 1.7 * Conductividad [S] Oxigeno disuelto:La determinacin est basada en la absorcin de Oxgeno por un precipitado floculento de Hidrxido Manganoso, formado por la reaccin entre el sulfato manganoso y el yoduro de potasio alcalino. El oxgeno reacciona con el hidrxido manganoso para formar hidrxido manganeso. La adicin de cido sulfrico libera una cierta cantidad de Yodo, en proporcin directa a la cantidad de oxgeno adsorbida. El yodo libre se titula con una solucin de Tiosulfato de Sodio en presencia de almidn como indicador. La desaparicin de la coloracin azul (Reaccin del Yodo con el Almidn) se toma como Punto Final de la titulacin. Sulfuro de Hidrgeno:El sulfato presente en el agua puede ser reducido a sulfuros (S-2) y a sulfuro de hidrgeno (H2S) por las bacterias en condiciones anaerbicas, de acuerdo con las siguientes ecuaciones

El H2S se formar con el H producido por la superficie del metal corrodo. La prueba est basada en la adicin de una solucin estndar de Yodo a una muestra que contiene Sulfuro de Hidrgeno. El Yodo es reducido en proporcin a la cantidad de H2S presente en la muestra y el Yodo residual se titula con una solucin estndar de Tiosulfato de Sodio, en presencia de almidn como indicador. Dixido de Carbono Libre:La prueba que est basada en la titulacin de una muestra de agua con una solucin estndar de Carbonato de Sodio en presencia de fenolftalena como indicador.El CO2 libre reacciona con el Na2CO3 para formar HCO3- , el cual es incoloro a la fenolftalena. Cualquier exceso de Na2CO3 desarrollar coloracin rosada tenue, la cual se toma como punto final de la titulacin. Otras propiedades posibles de analizar:ANIONES:Carbonato (CO3): Est prcticamente en toda agua de formacin, sobre todo si tiene un pH elevado, reacciona con algunos cationes para formar precipitados insolubles.Bicarbonato (HCO3): Se encuentra en la mayora de las aguas de formacin en ocasiones su concentracin alcanza las 800 ppm, lo cual es bastante perjudicial ya que pueden reaccionar fcilmente con los cationes bario, estroncio, magnesio o calcio para formar precipitados insolubles.CATIONESSodio (Na+1): Este junto con el anin cloruro, son los iones ms encontrados y que se caracterizan por ser los de mayor cantidad dentro del agua de formacin. Se considera nicamente problemtico al precipitarse como cloruro de sodio en grandes cantidades, esto ocurre cuando se tiene agua extremadamente salada.Bario (Ba+2): Es un elemento no tan comn, pero que a pesar de encontrarlo en mnimas cantidades ocasiona problemas bien serios, por la tendencia a formar sulfato de bario, un precipitado extremadamente insoluble.Estroncio (Sr): Puede combinarse con el sulfato y formar precipitados insolubles de sulfato de estroncio. Aunque es ms soluble que el sulfato de bario, se encuentra a menudo mezclado con el sulfato de bario.TURBIDEZ:La turbidez en el agua es causada por la materia slida formada en su mayor parte por slidos suspendidos y materia coloidal, tales como arcillas, materia orgnica e inorgnica finamente dividida, plancton y otros organismos microscpicos. Uno de los mtodos analticos empleados para la medicin de turbidez es el de interferencia luminosa (turbidmetro), en cuyo caso la unidad de turbidez se denomina NTU.BACTERIAS SULFATOREDUCTORAS:Las bacterias pueden contribuir a la corrosin y taponamiento de lneas ya que son capaces de:Generar sulfuro de hidrgeno, incrementando as la corrosividad del agua.Producen cidos orgnicos que inician o aceleran la corrosin sobre la superficie del metal debajo del asentamiento de las colonias.Producen enzimas que pueden incrementar la velocidad de corrosin por participacin directa en los procesos de corrosin electroqumica.Oxidan el hierro soluble en agua causando precipitados y formacin de depsitos que aceleran la corrosin a travs de las formacin de celdas de concentracin.

4. Tratamientos Realizados a aguas de formacin. CLARIFICACIN DEL AGUA DE FORMACINRemocin de crudo:La presencia de crudo puede causar muchos problemas en los sistemas de inyeccin y reinyeccin de agua de formacin, por lo tanto deben minimizarse. El primer paso para evitar que el crudo sea arrastrado con el agua es asegurarse de que el proceso de separacin aguacrudo funcione apropiadamente y que el demulsificante est haciendo su trabajo.Los desnatadores o skim tanks son los ms simples y ampliamente usados para remover el aceite dispersado en el agua. Son recipientes que proveen tiempo de retencin para que el aceite libre pueda subir a la superficie donde se remueve y se colecta. Los tanques desnatadores son utilizados como un separador primario de aceite contenido en el agua y a menudo se utiliza, aguas arriba otros equipos de remocin de aceite de mayor eficiencia.Sedimentacin:Este trmino se refiere a la remocin de materia suspendida sin ayuda de coagulantes sino nicamente por asentamiento gravitacional.Usualmente la eliminacin que se logra es solo parcial, dependiendo de la materia que se trate, temperatura del agua y la amplitud de los tiempos de retencin.Como el tamao de las partculas vara en un alto margen, desde material relativamente grueso hasta materia coloidal, es evidente entonces que no hay una lnea de demarcacin perfecta entre los trminos de sedimento y turbidez. Este trmino tambin puede referirse a aquellas partculas que despus que la muestra se agite se asienten tan rpido que no pueda ser determinada como turbidez.