PRODUCCION II

1. PRODUCCIONII

2. TRATAMIENTO DEEFLUENTES

3. Tema 12- TRATAMIENTO DE EFLUENTES • Tratamiento de efluentes. Piletas API. Cálculo y diseño .Métodos de disposición final del agua coproducida. Tratamiento del agua. Tipos de circuitos. Sistemas abiertos y cerrados. Metodología y análisis de diseños. Tratamiento de sólidos. Métodos. Disposiciones legales vigentes.

4. El agua es una de las sustancias mas abundantes e importantes de la tierra. Debido a su poder solvente no se encuentra como tal en la naturaleza, sino en forma de soluciones de diversos componentes y en distintas concentraciones. Normalmente las concentraciones de las sustancias disueltas son:

5. En la explotación del petróleo las salmueras producidas, representan un volumen enorme de aguas que es necesario evacuar y los métodos de eliminación se subdividen en: SUPERFICIALES SUBTERRANEOS Dependiendo la elección de ellos del volumen de agua a eliminar, disposiciones legales, factibilidad del método y factores económicos

6. Los métodos de eliminación superficial • Percolación • Descarga en cursos de agua • Piletas de Evaporación • Evaporación asistida En la actualidad estos métodos se enfrentan a su extinción como consecuencia de leyes o disposiciones gubernamentales y en principal a una conciencia ambientalista.

7. Método de eliminación subterránea • Inyección en formaciones del subsuelo Pozo Sumidero Recuperación Secundaria

8. Inyección Pozo Sumidero El proceso de eliminación por inyección en el subsuelo consiste en una red de captación del agua residual, un centro de recolección, instalaciones para tratamiento y un pozo de inyección. Además las formaciones varían ampliamente en su capacidad para admitir el agua inyectada, situación que hace de primordial importancia su elección atinada; y será necesario resolver una serie de problemas químicos y bacteriológicos para lograr un eficiencia adecuada.

9. Para la planificación y diseño del sistema de inyección de aguas residuales, deben tenerse en cuenta: • Geología: La extensión areal, espesor, carácter litológico y continuidad de la formación son de fundamental importancia. • Composición del agua: Cuando sea posible debe disponerse de análisis de aguas de las acuíferas atravesadas. • Información del Pozo y la acumulación: Un estudio de la admisión de los pozos y cálculos de inyectividad

10. Red de Captación: Son las cañerías de conducción. Los principales problemas de un sistema de captación son los vinculados con la corrosión y formación de incrustaciones. • Centros de Recolección: Concretamente es un tanque o una pileta que se utiliza para recoger el agua residual de distintos tratadores o separadores. Además hay que recuperar las pequeñas cantidades de petróleo que es necesario eliminar antes de inyectarla en los pozos, debido a que los mismos puedan taponar las formaciones. Para ello el agua debe pasar a través de un sistema coalescente. • Planta de Tratamiento: Consiste en un conjunto de instalaciones para Aireación, Coalescencia, Sedimentación, Filtración ,Tratamiento y almacenaje del agua tratada. Y en el caso que se prevean problemas bacterianos, debe disponerse dosificación de cloro u otro bactericida, lo mismo para el agregado de inhibidores de corrosión.

11. PILETA API • Consiste en la primera etapa del tratamiento del agua, su objetivo principal es recuperar el petróleo perdido por emulsión. Consta de dos o más canales que trabajan en paralelo, en donde el fluido ingresa y circula con la velocidad adecuada para favorecer la coalescencia de las gotas de hidrocarburo. • El petróleo coalescido sobrenada en la superficie y es retirado por un sistema de rebalse hacia otra parte de la pileta desde donde es bombeado al tanque cortador. El líquido que queda es agua con bajo contenido de hidrocarburos y otras impurezas. Ésta es retirada por una cañería inferior que conecta la pileta API con la planta de tratamiento.

12. PILETA API • Para el cálculo se necesita la siguiente información : • Q máximo agua = Q max.agua • Densidad petróleo contaminado = Dpc • Densidad agua contaminada = Dac • Viscosidad del agua • Temperatura del agua • Diámetro de la gota de petróleo < 0,15 mm

13. PILETA API • Con la ecuación de Darcy se determina la velocidad ascencional de la partícula de petróleo, que debe ser < 1 mt lineal / hora • Asumimos una velocidad horizontal ( vh )< a 6 mt/hora y la afectamos de los siguientes factores prácticos : • Factor turbulencia ( Ft ) = 1,2 • Factor circuito corto ( Fcc) = 1,3 • Factor de diseño ( Fd ) = 1,5

14. PILETA API • Luego : vh = 6 mt/h * 1,2 * 1,3 * 1,5 = 16,7 mt/h vh = aproximadamente 1 ft / minuto La velocidad horizontal no debe superar al 1 ft lineal/minuto para que tengamos una buena coalescencia de las partículas de petróleo en el agua. Se estima una buena eficiencia si la salida de la pileta es < a 300 ppm de impurezas totales

15. PILETA API • Ahora procederemos al diseño de la pileta : Qmax.agua = vh * Area transversal Qmax.agua = vh * At Entonces despejamos: At = Qmax.agua / Vh Y reemplazando obtenemos el At Por otro lado debe cumplirse que : Profundidad pileta /ancho pileta = 0,3 (práctico)

16. PILETA API • Sabemos que : At = Prof. * Ancho = Prof * ( 0,3 Prof ) Y de la anterior ecuación despejamos la Prof. Y con ella podemos obtener el Ancho Se construyen 2 canales para tener opción de duplicidad

17. PILETA API • Para calcular el largo tomamos la ecuación : Qmax.agua = Volumen pileta * tpo residencia Adoptamos un tiempo de residencia de una hora y de la ecuación anterior ,despejando obtenemos el Volumen de la pileta. Como Vol. Pileta = At * Longitud, y conocemos el Volumen y el At , entonces podemos despejar la longitud De esta forma tenemos diseñada la pileta API

18. PILETA API • Diagrama de pileta API

19. SISTEMA ABIERTO:En este sistema el agua es expuesta a la atmósfera entrando en contacto con el aire y la luz. Dado que la temperatura y la presión son diferentes de las existentes en el subsuelo, puede modificarse el equilibrio químico del agua y liberarse el anhídrido carbónico, sulfhídrico, metano y otros gases. Puede suceder que el agua sea despojada de algunos gases y absorba oxigeno. Existe 2 tipos de sistemas de tratamiento: SISTEMA CERRADO:En este sistema el agua nunca entra en contacto con la atmósfera. Teóricamente, el agua producida e inyectada permanece en equilibrio químico durante todo el proceso y requiere un tratamiento mínimo. Con el objeto de mantener el sistema libre de oxigeno, se mantiene un colchón de gas natural a muy baja presión.

20. VARIABLE DE SELECCION • La variable de adopción de un sistema u otro consiste en la existencia de bacterias sulfatorreductoras ( anaeróbicas ), que generan SH2 ( Sulfhídrico ) como producto de su metabolismo y este ataca los metales generando Sulfuro ferroso ( SFe ), que es un precipitado insoluble que tapona las formaciones, además de la intensa corrosión por el ataque al sistema que contenga materiales con Fe. • El sistema abierto se elige cuando la cantidad de bacterias es alta y el contacto con el O2 las elimina por ser estas anaeróbicas. Se prefiere eliminar las bacterias con el O2 y posteriormente eliminar este con secuestrante de O2 • En el sistema cerrado se prefiere lidiar con las bacterias y no con el O2 que puede incorporarse al tener al agua en contacto con este ( sistema abierto )

21. Diseño de un sistema de tratamiento abierto ATMÓSFERA BOMBAS CENTRIFUGAS FILTROS PILETA 2 PILETA 1 PURGA DE BATERIA PRODUCTOS QUÍMICOS BOMBAS TRIPLE PILETA 3 160 10000 160 TANQUES DE AGUA 160 M3 A POZOS INYECTORES

22. Separación secundaria (puede o no existir, dependiendo de la calidad de agua que se requiera). Separación primaria Unidad de flotación Tanque Pulmón O Skimmer Tank Filtros Pozos inyectores Unidad CPI Sistema Cerrado de Tratamiento de Agua

23. Y como ultimo nos queda acondicionar nuestro pozo inyector.

24. Entonces habíamos dicho que “ Por lo tanto para un buen diseño debemos conocer las características del agua purga”

25. Características delAgua de Producción • Alto contenido de sales • Cationes de Ca, Mg, Ba, Sr, Fe • Aniones de Cl, SO4, HCO3, etc. • Sólidos en suspensión • Petróleo residual • Gases • Materia Orgánica

27. El tratamiento comprende las siguientes etapas • Separación del petróleo residual • Separación de sólidos en suspensión (Filtración) • Tratamiento químico para control de bacterias • Tratamiento químico para control de incrustaciones • Control de corrosión

28. Separación del Petróleo Residual • Principio de operación de tratadores: separación por gravedad. • Gotas de petróleo dispersas en agua sometidas a fuerzas de gravedad, flotación y fricción. Cuando las 3 fuerzas se igualan, la velocidad de desplazamiento de las mismas es constante. • Ley de Stokes: • Conclusiones: • Mientras mas grande sea la gota de petróleo, la diferencia de densidades o la temperatura, mayor será Vt y tomará menor tiempo a las gotas de hidrocarburo para llegar a la superficie. • Será mas fácil tratar el agua cuando las gotas de petróleo sean mas grandes, el hidrocarburo sea mas liviano y la temperatura del proceso sea elevada.

29. Equipos de tratamiento para separación del petróleo residual • Pileta decantadora-coalescente • Piletas de hormigón. • Separación por gravedad y flotación en la superficie. • Placas transversales al flujo que dan mayor aprovechamiento a la pileta (evitan canalización) y sirven como elemento coalescedor y decantador. • El petróleo sobrenadante se desliza sobre la superficie. • La pileta se angosta en el extremo opuesto a la entrada para guiar la película de hidrocarburo hacia el chupador facilitando su ingreso. • Chupador: caño de 6” con perfil G cuyo labio inferior se ubica en el pelo de petróleo permitiendo su ingreso y posterior bombeo.

30. Pileta decantadora-coalescente

32. Filtros • Son recipientes cerrados que operan a presión en flujo descendente, a través de un lecho filtrante • Se utilizan para obtener las condiciones finales del agua de inyección ( aproximadamente y en caso ideal de 5 ppm de partículas sólidas y el de hidrocarburos) • Algo importante “Cuando los limites tolerables de contaminantes en el agua de descarga son superados, el filtro se retira de servicio para la regeneración del manto filtrante” ( se controlan con diferencial de Presión.) • Filtros con lecho de cáscara de nuez • Filtros de lechos granulares Existen 2 tipos de filtros

33. Filtros de Cáscara de nuez • Son técnicamente de mejor operación • Ocupan menos espacio • Tienen un tiempo de lavado menor

34. FILTRO DE CASCARA DE NUEZ En este tipo de filtros, el lecho filtrante esta compuesto por: - 80% de cáscaras de nueces molidas AP-51 - 20% de cáscaras de avellanas molidas AX-102 colocadas sobre una malla 12-20. COMO ES LA SECUENCIA DE OPERACION ESTE TIPO DE EQUIPO 1) FILTRACIÓN: El líquido sucio entra al filtro cerca de la parte superior, pasa a través del lecho filtrante en donde se retienen los sólidos e hidrocarburos y sale limpio por la parte inferior. El flujo continúa pasando hasta que el filtro debe regenerarse, ya sea debido al tiempo transcurrido o a la presión diferencial entre la entrada y la salida. • Fluidización • Descarga • Sedimentación • Normalización Regeneración del Manto filtrante

36. Filtros de Lechos Granulares • Son filtros que utilizan mantos de arena, grava o antracita • Presentan algunas desventajas con los anteriores pero pueden filtrar partículas mas pequeñas

37. Entrada Boca de hombre Distribuidores Drenaje Antracita Arena fina Arena gruesa Colectores Base de concreto Salida FILTROS DE LECHOS GRANULARES ESTE TIPO DE FRILTRO ESTA CONSTITUIDO POR:

38. COMO ES LA SECUENCIA DE OPERACION ESTE TIPO DE EQUIPO Estos filtros funcionan de la misma manera que los filtros de cáscara de nuez, pero el proceso de regeneración es un poco distinto, ya que el lecho no puede fluid izarse porque se perdería el ordenamiento de las capas filtrantes y por lo tanto disminuiría la eficiencia de filtración. LA REGENERACION SE REALIZA EN 6 ETAPAS: 1º- DRENAJE 2º- FLUJO EN CONTRACORRIENTE DE AIRE 3º- PRELAVADO EN CONTRACORRIENTE 4º- LAVADO EN CONTRACORRIENTE INTENSO 5º- ASENTAMIENTO 6º- PREFLUJO

39. AIRE AIRE

40. Tratamiento Químico del Agua Mediante el agregado de productos químicos se trata de eliminar del agua: • Macro-Organismos • Oxígeno y Corrosión • Incrustación

41. Macro-Organismos y Bacterias Las condiciones propicias para el desarrollo de colonias de bacterias causan taponamiento y también los productos de corrosión que pueden generas sus desechos. • Bacterias anaeróbicas (sulfato-reductoras): estas bacterias reducen los iones sulfato y sulfito disuelto en el agua a iones sulfuros, resultando el acido sulfhídrico como producto final. • Bacterias Iron: estas depositan una envoltura de hidróxido férrico alrededor de donde crecen. • Bacteria Slime Former: estas producen grandes cantidades de limo generando sólidos en suspensión que pueden causar taponamiento de la formación

42. Para la eliminación de estas se utiliza: • Cloro: es barato y muy efectivo contra organismos planctónicos pero mucho menos contra las colonias bacterianas • Bactericidas Orgánicos: están formados por compuesto s oxigenados o nitrogenados como fenoles, policlofenoles, aldehídos, aminas y derivados de amonio cuaternario. La eliminación de organismo y bacteria se controla mediante residuales de cloro, fotómetro ATP, medios de cultivo API RP38, residuos biocida, etc..

43. Oxigeno y Corrosión El oxigeno causa corrosión de equipos y tuberías. El contenido de oxigeno en el agua se reduce mediante la utilización de desaireadores y aditivos químicos secuestradores de oxigeno. • Calentadores • Columnas Despojadores • Torres de Vacío Desaireadores

44. Se agregan productos que reacción con el oxigeno tales como el bisulfito de amonio y sulfito de sodio. Hay que tener en cuenta que estos productos también reaccionan con el cloro por lo tanto deben ser inyectados en un punto donde la concentración de cloro sea mínima. Productos Químicos “Los tanques de almacenamiento de agua tratada deben ser provistos de un colchón de gas para evitar que el agua absorba oxigeno nuevamente”

45. Incrustaciones Es necesario estabilizar el agua y evitar que se produzcan deposiciones sólidas, ya que éstas pueden mantenerse en suspensión produciendo taponamiento de la formación, o pueden formar incrustaciones sólidas en los punzados debido a las altas temperaturas en el fondo de los pozos inyectores. - Carbonato de calcio - Sulfato de calcio - Compuestos de hierro - Sulfato de bario Para evitar la formación de incrustaciones nos hay que mezclar aguas incompatibles , entonces se debe estabilizar el agua con productos químicos inhibidores de incrustaciones y control de PH. Pueden ser tratadas y eliminadas Para este no hay método practico para tratarlo

46. Los inhibidores mas comunes son : • Esteres fosfatados orgánicos • Poli fosfatos inorgánicos • Se inyectan antes de los desaireadores, ya que junto con el oxígeno se elimina CO2, aumentando el PH y favoreciéndose la formación de incrustaciones. • El control del agua se realiza determinando residuales de inhibidor.

47. Separación secundaria (puede o no existir, dependiendo de la calidad de agua que se requiera). Separación primaria Unidad de flotación Tanque Pulmón O Skimmer Tank Filtros Pozos inyectores Unidad CPI Sistema Cerrado de Tratamiento de Agua

48. Tanques skimmer • Forma más simple de tratamiento. • Diseñados para proveer un tiempo de residencia considerable durante el cual se produce la separación por gravedad y coalescencia de las gotas de hidrocarburo. • Pueden trabajar a presión atmosférica o presurizados. • Pueden ser horizontales o verticales.

49. Tanque skimmer vertical • El agua ingresa por un spreader debajo de la interfase agua petróleo. • En la zona entre el colector y el spreader tiene lugar la coalescencia de las gotas, formándose gotas más grandes que flotan hacia la superficie. • El espesor del colchón de petróleo depende de la altura de la columna de agua y de la diferencia de gravedad específica entre los dos líquidos. • Las gotas de petróleo deben moverse en contracorriente al flujo de agua, por lo que se necesita mas tiempo de residencia para lograr la misma separación que en un skimmer horizontal. • Se recomienda su uso cuando el agua contiene arena y otros sólidos por lo que puede instalarse un drenaje de arena.