PRINCIPIOS BASICOS DE LAS EMULSIONES Y DE LAS UNIDADES DE TRATAMIENTO ELECTROESTATICO(Video)

A medida que un yacimiento de gas y petrleo envejece, usualmente produce ms agua, mucha de esta agua puede ser eliminada usando separadores, sin embargo los fluidos de algunos pozos no se separan tan fcilmente, estos son conocidos como emulsiones y requieren de un procesamiento especial.

EMULSIONES

El tratamiento de emulsiones es un proceso costoso. En una emulsin, un liquido esta disuelto o disperso dentro de otro en forma de pequeas gotas. En los campos petroliferos, el agua usualmente se encuentra dispersa en el crudo, y se llama emulsin de agua en crudo (Water-in-Oil Emulsion). Para mantener unidas a estas emulsiones es necesario un agente emulsificador (Emulsifying Agent), cuando se forma una emulsin el agente emulsificador se acumula en la superficie de las pequeas gotas presentes en el crudo. Mientras ms cubra este agente las pequeas gotas, se ir formando una pelcula resistente, la cual impide que las gotas se combinen entre s. Los agentes emulsificadores ms comunes en los campos petrolferos son:

Asfalto (Asphalt). Resina (Resins). Parafina (Paraffins). Los gases orgnicos solubles en crudo (Oil Soluble Organic Acids). En otros yacimientos estarn presentes otros agentes emulsificadores en forma natural.

Para separar una emulsin estos agentes emulsificadores, tienen que ser neutralizados o destruidos. En el campo una emulsin se puede llamar fuerte (Tight) o difcil de separar, o suave (Loose) para especificar que es fcil de separar, dependiendo del tipo y cantidad del agente emulsificador presente. La estabilidad de una emulsin depende de varios factores incluyendo:

El tipo de agente emulsificador (Emulsifying Agent). Viscosidad (Viscosity). Gravedad API del crudo (API Gravity). Porcentaje de agua (Water Percentage). Agitacin (Agitation). Tamao de las gotas (Droplet Size). La edad de la emulsin (Age of Emulsion).

Mtodos para tratar las emulsiones

Al tratar emulsiones puede haber uno o ms de los siguientes procedimientos:

Dejar que la emulsin se sedimente (Settling Time). La forma ms simple de tratar una emulsin es mediante la sedimentacin. Como el agua es ms pesada que el crudo, esta se sedimentara en el fondo del tanque. El tiempo necesario para separar una emulsin, se llama tiempo de sedimentacin, aunque algunas emulsiones se pueden tratar mediante sedimentacin, este es un proceso lento que se puede acelerar con calor.

Aplicar calor para acelerar la separacin (Heat). El calentar una emulsin ayuda en varias formas, esto hace que las gotas de agua se muevan ms rpido y choquen con ms fuerza y frecuencia, rompiendo la pelcula del agente emulsificador. As se forman y separan las gotas ms pesadas. Con el calor se disminuye la viscosidad del crudo permitiendo que las gotas de agua se desprendan ms fcilmente. El calor tambin acelera la reaccin qumica, haciendo que las gotas se expandan hasta romper la pelcula, permitiendo que se combinen con otras mayores y as separarse.

El uso de calor para acelerar el proceso de separacin solo deber ser aplicado si es necesario, demasiado calor causara gasto de energa y un mayor desgaste del equipo. El exceso de calor tambin puede quemar los bordes ligeros del crudo disminuyendo as las ganancias.

Inyectar qumicos para separar la emulsin (Chemicals). El uso de qumicos tambin acelera la separacin. Estos qumicos se activan al entrar en contacto con la pelcula que cubre las gotas, destruyndolas y permitiendo a las gotas combinarse entre s y as separarse del crudo. Los qumicos deben usarse si es necesario, demasiados qumicos podran ser un desperdicio y podran crear emulsiones de crudo en el agua.

Usar electricidad para ayudar en la combinacin de las pequeas gotas (Electricity). Los tratadores electroestticos (Electrostatic Treater) usan la electricidad junto con calor y qumicos para hacer la separacin. El objetivo de un tratador es disolver la emulsin para que el agua se separe, permitiendo la obtencin del crudo limpio. La seleccin de u tratador depende de factores tales como:

El clima. La cantidad y tipo de fluido a tratar. Las caractersticas de la emulsin. El costo de la unidad. Usar dispositivos mecnicos para eliminar el agua libre (Mechanical Devices). Los dispositivos mecnicos tales como los tanques de asentamiento (Free-Water Knockout) y los deshidratadores, utilizan la gravedad para separar el agua del crudo.

TRATADOR ELECTROESTATICO Y SUS COMPONENTES

Los tratadores electroestticos a veces conocidos como tratadores quimo-elctricos, son los que usan calor, qumicos y electricidad para separar la emulsin. El campo electroesttico en ellos ayuda a que las pequeas gotas de agua forman gotas ms grandes y se separen del crudo. El tratador electroesttico de una concesin est diseado para tratar los fluidos de esa concesin, por eso al diseo bsico se le puede hacer cualquier modificacin.

Componentes externos del tratador

Identifiquemos algunos de esos componentes bsicos, localizados alrededor del tratador, estos tienen varias funciones cuando el proceso de tratamiento toma lugar. El concepto de tratar una emulsin es un proceso simple. La emulsin entra al tanque a travs de una tubera, una vez procesada, el agua sale por dos tuberas. El gas el cual se ha separado de la emulsin sale por la parte superior del tanque. Varios componentes toman parte para que todo esto ocurra adecuadamente.

Dos de los componentes ms obvios en el tratamiento de una emulsin son las chimeneas y las cajas de fuego. Las cajas de fuego contienen quemadores de gas, los cuales proveen de calor al tratador. Debido a que la caja de fuego se calienta demasiado, esta tiene dentro un dispositivo de seguridad llamado para llamas.

El para llamas (Flame Arrestor) consiste en una serie de vetas de aluminio, bien cerca la una de la otra para impedir que las llamas salgan del recipiente. Otro dispositivo de seguridad ubicado aqu es el depurador de gas (Fuel Gas Scrubber), este impide que lquidos arrastrados hasta all entren a los quemadores junto con el gas. Si el depurador se llena de lquido, un flotador se eleva cerrando la vlvula, lo cual impide que el gas llegue a los quemadores, previnindose as las posibilidades de fuego.

El fluido producido entra al tratador a travs de la lnea de entrada.

Hay varias lneas de escape del tratador, como los son:

El tubo de salida del agua libre (Free Water Outlet Line), con su vlvula de descarga (Dump Valve) y control de nivel (Level Controller). La lnea de salida de crudo (Oil Outlet Line), con su vlvula de alivio del crudo (Dump Valve). La salida de agua tratada (Treated Water Outlet Line), con su vlvula y control de nivel.

Conectadas a los controladores de nivel se encuentran las lneas que proveen a estos de gas o aire comprimido para que funcionen bien.

Las mirillas de vidrio (Sight Glasses), ayudan al operador a ver los niveles del rea de contacto del crudo y el agua.

En el fondo del tratador hay drenajes (Drain) para vaciar el tanque para realizar reparaciones o para eliminar slidos acumulados.

El termmetro (Thermometer) indica la temperatura de tratamiento.

La sonda de temperatura del termostato (Thermostat Temperature Probe), mantienen la temperatura del tratamiento deseada.

El control de bajo nivel (Low Level Controller), es un dispositivo de seguridad instalado en el tratador para garantizar que los tubos de fuego, estn siempre cubiertos con lquido para evitar su recalentamiento.

En la parte superior del tratador encontramos la lnea de compensacin del gas (Gas Equalizer), este tubo permite que la presin del gas se iguale entre las secciones internas del tratador.

La vlvula de alivio (Safety Relief Valve), la cual se encuentra cerca de la lnea de compensacin, libera el exceso de presin en el tratador. A veces se usa un disco de ruptura junto con la vlvula de alivio.

En el tratador electroesttico se usa un transformador (Transformer) para aumentar el voltaje que energiza a las rejillas elctricas. En el transformador hay una luz indicadora (Indicator Light) que permanece encendida si las rejillas estn funcionando correctamente.

Conectado al transformador esta el voltmetro (Voltimeter), que mide el voltaje de la electricidad entrante.

Un corta circuito (Circuit Breaker), protege al transformador de aumentos inesperados de energa.Componentes internos del tratador

Bsicamente el interior de un tratador electroesttico est dividido en tres secciones: la de entrada, la de inundacin, y la de tratamiento.

En la seccin de entrada (Inlet Section), se encuentra un deflector (Baffle), un bajante (Downcomer), un lavador de agua (Water Wash), un dispersador de flujo (Flow Spreader), los tubos de fuego (Firetubes) y un dique (Weir). Aqu ocurre la primera separacin del agua y el crudo en la emulsin.

La seccin de inundacin (Surge Section), que tiene un flotador (Float) y un tubo de distribucin de crudo limpio (Clean Oil Distrinution Pipe), mantienen la seccin de tratamiento llena de liquido, sin remanente de gas en la parte superior.

En la seccin de tratamiento (Treating Section), hay otro dispersador de flujo (Flow Spreader), rejillas elctricas (Electrical Grids) y el cabezal colector de crudo limpio (Clean Oil Collection Header). Aqu toma lugar el tratamiento final y la sedimentacin

OPERACIN DEL TRATADOR ELECTROESTATICO

Los tratadores electroestticos se usan en separaciones de tres fases, es decir, las que separan crudo, agua y gas. Los tratadores electroestticos no reciben la emulsin cruda como los convencionales, normalmente se inyectan sustancias qumicas en la parte corriente arriba de la emulsin que entra y cuando esta llega al tratador el proceso de tratamiento ya ha comenzado.

Al entrar la emulsin se riega sobre el bajante, fluyendo hacia el fondo del tanque. El gas libre se desprende cuando la emulsin choca con el bajante, y se eleva hasta la parte superior de la seccin de entrada. Casi toda el agua libre de la emulsin, se sedimenta rpidamente y los lquidos ms ligeros que quedan, suben a travs del agua, la cual sirve como un pao caliente. Mientras la emulsin se eleva, fluye a travs del dispersador, el cual la distribuye a lo largo de los tubos de fuego. Mientras la emulsin sube por entre los tubos de fuego, varias cosas ocurren: los tubos calientan la emulsin, lo que ayuda en la separacin; la emulsin caliente se eleva y se derrama sobre un dique en la seccin de entrada; el agua ya separada de la emulsin se sedimenta en el fondo de la seccin de entrada, para ser eliminada a travs del drenaje de agua libre.

El gas ya separado de la emulsin caliente sube hasta la parte superior de esta seccin. Un tubo equilibrador permite que el gas a ambos lados del deflector se empareje, colecte y sea removido a travs de su respectivo tubo de salida.

De la seccin de entrada, la emulsin fluye hacia la de inundacin. La funcin primordial de esta seccin es mantener la seccin de tratamiento completamente llena de liquido sin gas en la parte superior de liquido (Fluid-Packed).

Finalmente la emulsin llega a la seccin de tratamiento, aqu los dispersadores de flujo aseguran la distribucin pareja de la emulsin a travs de la seccin de tratamiento. Desde el dispersador la emulsin se eleva hacia las rejillas con alto voltaje de corriente alterna. El tratamiento electroesttico comienza por debajo de la rejilla ms baja y se completa entre la rejilla ms alta y la ms baja, donde las gotas se combinan o se juntan para ser eliminadas.

A medida que la emulsin se eleva a travs del campo electroesttico, las gotas de agua reciben una carga elctrica, las extiende y las polariza. La corriente alterna hace que las gotas de agua se muevan rpidamente y choquen entre s, con fuerza suficiente para romper la pelcula que las rodea. Las gotas de agua se unen formando gotas ms grandes, que caen y se depositan en el fondo de la seccin de tratamiento, para ser eliminadas por el drenaje del agua tratada.

El crudo ya separado del agua, se eleva hasta la parte superior de la seccin de tratamiento. All un cabezal colector desnata el crudo limpio y luego es removido del tratador.

El sistema elctrico (Electrical System)

El sistema elctrico de un tratador electroesttico consiste de dos rejillas elctricas y un transformador de aumento. Las dos rejillas estn suspendidas una sobre la otra en la seccin de tratamiento. La ms alta est conectada a tierra por medio de la pared del tanque y es ajustable de modo que la corriente se puede regular para adaptarla a diversos requerimientos. La ms baja no est conectada a tierra y recibe la salida del transformador.

El transformador es el corazn del sistema elctrico. Un cortacircuito ubicado entre la fuente de energa y el transformador, protege a este de fallas de energa elctrica. Un fusible interruptor en la fuente de energa es recomendado para mxima seguridad.

El nivel de fluido (Fluid Level)

Los niveles de fluido a travs del tratador se mantienen con vlvulas de drenaje y controles de nivel. El nivel del crudo en la seccin de tratamiento se mantiene con la vlvula de alivio del crudo, la cual opera con un flotador en la seccin de inundacin. Cuando la emulsin aumenta sobre el nivel establecido en esta seccin, el flotador se eleva con la emulsin y hace que la vlvula de alivio del crudo se abra y deje salir al crudo. Cuando la emulsin recupera su nivel, la vlvula se cierra y el crudo se acumula o travs manteniendo esta seccin completamente llena.

Los niveles de agua libre y tratada se mantienen en el tratador con vlvulas de alivio del agua. Las vlvulas de alivio del agua se abren para dejar salir el agua cuando el rea de contacto se pasa del nivel establecido y se cierran cuando vuelven a su nivel.

Tanto las vlvulas de alivio del agua como las de crudo funcionan a travs de controladores del nivel del rea de contacto (Interface Level Controller), los cuales usan gas comprimido para abrir y cerrar las vlvulas. El controlador abre o cierra la vlvula, desviando gas o aire comprimido al diafragma de la vlvula de alivio. El gas o la presin del aire comprimido libera la tensin que mantiene al diafragma cerrando, esto lo levanta y el agua fluye a travs de la vlvula de alivio. Cuando el rea de contacto de los lquidos vuelve al nivel preestablecido, el controlador de nivel ventila el gas o aire comprimido, lo cual asienta el diafragma y cierra la vlvula de alivio

La temperatura operable (Operating Temperature)

Las temperaturas operantes son tambin una parte importante en la operacin. Se debe usar la temperatura mnima permitida para tratar la emulsin adecuadamente. El tratador electroesttico aventaja a los tratadores convencionales con calentadores, ya que permite el uso de temperaturas ms bajas. Las temperaturas de tratamiento usualmente van de 85 F a 135F (300 K a 330 K). La temperatura de la emulsin en la seccin de entrada debe mantenerse alrededor de los 140 F (330 K), para que la temperatura del fluido en las rejillas de la seccin de tratamiento nunca baje de los 70 F (290 K). Si la temperatura baja de ese nivel, las rejillas no sern tan efectivas tratando la emulsin.

Las relaciones de los qumicos y la temperatura es otro factor de importante consideracin. Usualmente se requieren menos qumicos para tratar una emulsin caliente, el ahorro en los costos de los qumicos con temperaturas ms altas, puede compensarse con la perdida causada por la gravedad y el volumen del crudo y los altos costos del combustible.

Los controles de temperatura o termostatos son importantes en cualquier tratador de emulsin, si no funcionan bien, el quemador puede permanecer activo o inactivo todo el tiempo. Si est inactivo, la emulsin se puede enfriar no separndose correctamente. Si el tratador esta activo, este puede recalentarse o los extremos o bordes ligeros del crudo consumirse, resultando en prdidas de utilidades.

Tambin los tubos de fuego deben inspeccionarse peridicamente, como todas las emulsiones tratadas, contienen cierta cantidad de residuos slidos, los tubos de fuego deben inspeccionarse buscando corrosin, oxido y acumulacin de lodo.

La presin operable (Operating Pressure)

Muchos tratadores electroestticos operan bajo presiones de 5 a 50 lb/in2 (34 a 340 kPa). La mxima presin operante de cualquier tratador aparece en la placa de informacin del fabricante que viene adherida al tratador.

Las tuberas de descarga del crudo, agua o gas deben estar equipadas con controles y el mismo tratador debe tener dispositivos de alivio de presin con la capacidad necesaria para proteger el tratador si la presin aumenta.

Cuando funcionan las secciones de entrada e inundacin, son operadas a una presin un poco mayor que la de la seccin de tratamiento, si el flujo que entra no trae suficiente gas como mantener la presin, puede conectarse un tubo de compensacin al equilibrador del gas.

Hay razones para mantener altas presiones en las dos primeras secciones:

La presin diferencial asegura el flujo positivo de fluido de la seccin de inundacin a la de tratamiento. La seccin de tratamiento debe permanecer llena de lquido. Debe haber suficiente presin diferencial para mover el crudo limpio a los tanques de almacenamiento

Problemas ms comunes en los tratadores

Emulsion en el tanque de concesin. Es un indicio de que no se est usando la combinacin adecuada de qumicos. Tanto el tratador como el inyector de qumicos deben ser inspeccionados por si requieren reparacin. Si ninguno de los dos tiene fallas las caractersticas de la emulsin puede ser que hayan variado, lo cual puede requerir el uso de un qumico diferente. Agua libre en el tanque de concesin. Si las tuberas de salida del agua estn obstruidas o las vlvulas de alivio del agua no se abren, esta no tendr otro escape que el tubo de salida del crudo que va al tanque de concesin. Aunque las vlvulas funcionen bien, puede ser que el tratador no soporte la cantidad de agua libre producida y se tenga que instalar una unidad deshidratadora corriente arriba del tratador Crudo en el sistema de eliminacin de agua. Esto se debe a que la salida del crudo esta obstruida o la vlvula de alivio del crudo est atascada, o cuando la vlvula de alivio del agua se queda abierta. A veces cuando la salida del crudo est por debajo de la entrada del crudo en el tanque de concesin y la vlvula de contrapresin no mantiene una presin positiva en el tratador, el crudo saldr por la salida del agua al sistema de eliminacin de agua.