Las mezclas de petróleo crudo, constituidas principalmente por cadenas de Carbono e Hidrógeno coexisten con otros elementos presentes en menor cantidad, tales como: azufre, oxigeno, cobre, níquel, plomo, vanadio, cadmio, etc., cuyo origen esta en los procesos de formación de un yacimiento, tales como los estructurales, sedimentológicos y geologícos, sean convencionales o no.
La presencia de agua salada en yacimientos petroleros es característica geológica de la cuenca en la evolución de la materia organica, procesos de regresión y transgresión del nivel del mar, presión y temperatura entre otras características del sistema petrolero. Este fluido existe en forma libre o emulsionada en el yacimiento. Es inevitable e indeseable y su prescencia se acentua en yacimientos entrampados en domos salinos. Los criterios se justifican por alguno o algunos de los siguientes puntos:
Calidad para venta: Cumplir un % de Sal <0.5% y de agua <0.5 LMB
La presencia de agua baja la densidad API y afecta el precio de venta.
Reduce la eficiencia de transporte con líquido sin valor comercial.
Aumenta la viscosidad de crudo.
La presencia de sal ocasiona problemas de corrosión en las líneas y equipos en Upstream y Midstream.
La producción que fluye de los pozos a las instalaciones superficiales requiere separación y acondicionamiento de fases (gas y aceite) incluyendo el tratamiento para que lograr el contenido minimo de impurezas. La salinidad, los sedimentos, las emulsiones de agua y los metales pesados han sido algunos de los principales retos tecnológicos para la industria.
La obtención, eficiencia y mayor valor comercial de productos intermedios y finales depende de la calidad del petróleo acondicionado en las etapas previas al envío a Refinación; asi como, el diseño de éstas, según sea crudo ligero, intermedio o pesado.
La forma convencional para separar las fases gas, aceite y agua es con los denominados separadores bifasicos, trifásicos, simples o de alta eficiencia. Estos son recipientes a presion fijos en las instalaciones primarias o baterias de separación que separan a través de mecanismos combinados de fuerza gravitacional, choque y coalescencia, el volumen de la mezcla que fluye desde el pozo.
Cuando el flujo de hidrocarburos entra en el separador con determinada velocidad, choca con una barrera dispersando por gravedad o densidad, el gas del aceite, de igual forma separa aceite-agua y canaliza en sus descargas independientes gas y aceite; el agua, adicionalmente es tratada para separar los elementos no deseados y acondicionada para inyección en pozos letrina, recuperación secundaria o bien vertimiento a efluentes superficiales cumpliendo normativos. En México aplican las normas NOM-SEMARNAT-001 y 143. La primera establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales y bienes nacionales, y la segunda las especificaciones ambientales para el manejo del agua congénita asociada a hidrocarburos.
La comercialización del aceite enviado a refinación demanda procesos donde la calidad y cumplimiento a las especificaciones de entrega del crudo es indispensable y no comprometer la infraestructura y la calidad y cantidad de productos finales.
Hasta ahora, los diversos procesos especializados enfrentan el reto tecnológico para inhibir las emulsiones de agua y el contenido de sal en escenarios de bajos costos del barril. Así, continua siendo un reto tecnológico no superado con eficiencia, y ha sido necesario, realizar grandes inversiones para mitigarlo y cumplir medianamente con los estándares mundiales de calidad. Las desviaciones a la calidad tienen un alto impacto economico a los productores.
Las diversas tecnologías desarrolladas por compañías y centros de investigación a lo largo de la historia de la industria, para prevenir y mitigar esta problemática mejorando la rentabilidad de las operaciones al reducir costos de los procesos y cumplir con las regulaciones medioambientales.
En general, las emulsiones de agua y su salinidad, varian ampliamente dependiendo el tipo de crudo que se extrae de acuerdo con la región y puede variar de un pozo a otro relativamente cercano, sin embargo, una aproximación o regla de campo, del volumen se muestra en la siguiente tabla:
Tratamientos Químicos
Los tratamientos químicos se basan en la aplicación de un compuesto desemulsificante tales como sales de ácidos naftenicos, sulfonatos aromáticos, alcoholes etoxilados, fenoles, poliaminas de alto peso molecular, entre otros, que se inyectan ya sea a nivel de yacimiento o en superficie, con la finalidad de que el producto permanezca en contacto con el crudo el mayor tiempo posible y separe las emulsiones del agua en el aceite.
Tratamientos térmicos
Consiste en aplicar dispositivos que direccionen el flujo del crudo que viene desde el yacimiento hacia un movimiento de convección en una cámara de radiación que induce calor al fluido y en otra que recolecte el gas que viaja por estos mecanismos. Este método facilita la separación por densidades o separación por gravedad.
La finalidad es reducir la viscosidad del hidrocarburo, fomentando una separación adecuada, principalmente usada en aceites que tengan propiedades aproximadas hacia crudos pesados.
Tratamientos mecánicos
Son aquellos equipos llamados tanques de lavado que en función de los fluidos aceite-agua son sometidos a una determinada presión y por efectos de gravedad la separación o sedimentación de estos fluidos puede llevarse a cabo en un determinado tiempo, generalmente los tratamientos mecánicos son previamente sometidos a tratamientos químicos, precisamente para tratar de reducir el tiempo de sedimentación y separación ya que en función del tipo de crudo puede variar entre pocas horas a días, según el volumen del tanque de lavado.
Tratamientos eléctricos-magnéticos
Se fundamentan en la aplicación de un campo magnético y eléctrico intenso a través de un alto voltaje entre electrodos dispuestos, que fomenta la formación de dipolos eléctricos en las pequeñas cantidades de agua en un volumen de aceite, y genera una atracción entre las partículas de agua y el campo que se induce. Este medio es altamente efectivo principalmente para reducir tiempos de separación y el no uso de agentes químicos durante el proceso de deshidratación y desalado
Los tratamientos electromagnéticos han representado hasta ahora soluciones con relativa ventaja para los retos tecnológicos antes mencionados, ya que previenen y mitigan algunos los factores de salinidad y de contenido de agua. Pero el tema no esté acabado.
Conclusiones
La acreditación tecnológica de los diversos métodos, su eficaz y eficientes resultados, deberán ser fuertemente documentados para su contribución al escalamiento de solución al reto en su estado de arte. Una aplicación semejante, podría representarse en una gráfica con las diversas tecnologías usadas para deshidratación y desalado asociada a indicadores tecnológicos a medir, tales como: Madurez tecnológica, caracterización de la alimentación y pruebas en laboratorios en México y/o internacionales, calidad del aceite deshidratado, confiabilidad y disponibilidad, infraestructura adicional, tiempo de instalación y construcción, sensibilidades a la variación de flujo, costo de inversión, tiempo de residencia, requerimiento de espacio, servicio integral, facilidad para disponer aguas residuales, entre otras, que proveen de información aproximada a la calificación de acuerdo a la tecnología.
Aún y cuando los métodos electromagnéticos se reportan haber sido evaluados positivamente en comparación con los diversos métodos antes descritos, aún no representan una solución en escenarios de bajo costo del barril o restricciones presupuestales y representan una falsa solución con elevados costos del barril en el mercado. Adicionalmente los costos operativos asociados a personal operativo, alta frecuencia de fallas revela una fragilidad de la naturaleza integral del sistema, baja flexibilidad a cambios de concentracion de agua, sal y volúmenes súbitos de hidrocarburos en la alimentación.
Adicionalmente, todos los métodos hasta ahora son procesos en lotes y demandan el reposo de la produccion tratada en tanques deshidratadores, llevando en promedio el ciclo de proceso por molécula tratada, hasta un promedio de 72 hrs para su disposición en calidad. Este es un reto.
A nivel mundial, mitigar y prevenir el problema de deshidratación y desalado representa retos económicos, técnicos y de innovación. Los criterios de evaluación desde ahora deberán considerar adicional a los ya indicados, el tiempo de retención y que los procesos sean en línea. El alto costo que demanda el mantenimiento en todos los casos presentados y el empleo de grandes tanques de almacenamiento como los de Dos Bocas, representan activos improductivos que deberían trabajar para incrementar los días de seguridad energética almacenando únicamente aceite deshidratado y desalado en calidad de exportación.
La segunda parte del artículo será publicada en los siguientes días.
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Referencias
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Bernal H., Cesar Bernal (2021) Conversaciones personales, NovaOil Consultores, www.novaoil.mx