CARACTERSTICAS QUMICAS DEL AGUA DE PRODUCCIN
LIZETH DANIELA MARTINEZ MUJICAOMAR EDUARDO VEGA ALFARO
UNIDADES TECNOLGICAS DE SANTANDER (UTS)TECNOLOGA MANEJO DE
PETRLEO Y GAS EN SUPERFICIEBUCARAMANGA2015
CARACTERSTICAS QUMICAS DEL AGUA DE PRODUCCIN
LIZETH DANIELA MARTINEZ MUJICAOMAR EDUARDO VEGA ALFARO
Trabajo presentado a:Jos Andrs Anaya MancipeDocente ingeniero de
petrleos
UNIDADES TECNOLGICAS DE SANTANDER (UTS)TECNOLOGA MANEJO DE
PETRLEO Y GAS EN SUPERFICIEBUCARAMANGA2015
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION
1. GENERALIDADES DEL AGUA PRODUCIDA...81.1. AGUA PRODUCIDA
REUTILIZADA Y DESCARGADA9
2. LOS PRINCIPALES COMPONENTES DEL AGUA PRODUCIDA122.1. Agua
Producida a partir de la produccin de petrleo...122.2. Agua
Producida a partir de la Produccin de Gas..132.3. Agua Producida a
partir de la Produccin metano de carbn (CBM)..14
3. ASPECTOS QUIMICOS DEL AGUA PRODUCIDAD.143.1. DUREZA143.2.
ANIONES..143.2.1. Carbonato (CO3).......143.2.2. Bicarbonato
(HCO3)..143.2.3. Sulfato (SO4)..153.2.4. Cloruro (Cl-1)..153.3.
CATIONES153.3.1. Calcio (Ca+2)..153.3.2. Sodio (Na+1)...153.3.3.
Magnesio (Mg+2)...153.3.4. Bario (Ba+2)153.3.5. Hierro
(Fe+3,Fe+2)153.3.6. Estroncio (Sr)..163.4. TURBIDEZ....163.5.
ALCALINIDAD.163.6. BACTERIAS SULFATOREDUCTORAS.163.7. CLARIFICACIN
DEL AGUA DE FORMACIN...183.7.1. Remocin de crudo183.7.2.
Sedimentacin183.7.3. Floculacin..183.8. OTROS ASPECTOS...193.8.1.
pH.193.8.2. Contenido de Slidos en Suspensin.....193.8.3. Slidos
Disueltos Totales..19
4. PARAMETROS DE MONITOREO...194.1. Temperatura..204.2.
pH....204.3. Conductividad204.4. Slidos Totales
Disueltos.......204.5. Cloruros..204.6. Demanda Bioqumica de
Oxgeno.214.7. Coliformes Totales214.8. Demanda Qumica de
Oxgeno..214.9. Oxgeno Disuelto..214.10. aceites y Grasas.214.11.
Fenoles224.12. Amonaco.224.13. Sulfuro..224.14. Metales: Bario,
Cadmio, Cromo, Plomo, Mercurio22
5. SELECCION DE PUNTOS DE MONITOREO....235.1. Puntos de Muestreo
para Descargas235.2. Puntos de Muestreo para Aguas
Receptoras..23
6. ANALISIS DEL AGUA PRODUCIDA......246.1. PROCEDIMIENTOS DE
MUESTREO......256.1.1. Botellas de Muestras.....256.1.2. Volumen de
Muestra.....256.1.3. Prcticas de Muestreo......256.2. ANLISIS
CUANTITATIVO DE LAS AGUAS PRODUCIDAS....27
7. FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCCIN DE AGUA PRODUCIDA Y
VOLUMEN27
8. DETALLES DE MTODOS DE DISPOSICIN RECOMENDADOS, ACEPTABLES Y
NO ACEPTABLES.....308.1. Mtodos de Disposicin
Recomendados.....308.1.1. Reciclado.....308.1.2. Disposicin en Pozo
Profundo.....338.2. Otros Mtodos de Disposicin Aceptados (No
Recomendados).....348.2.1. Descarga Costa Afuera.....348.2.2.
Evaporacin....358.3. Mtodos de Disposicin Inaceptables...358.3.1.
Descarga Controlada en Zonas Costeras..358.3.2. Disposicin por
Espacio Anular...368.3.3. Cualquier otra Descarga no
Controlada....36
9. CONFINAMIENTO DEL AGUA DE FORMACIN379.1. PRODUCCIN
PRIMARIA.379.2. PRODUCCIN SECUNDARIA..389.3. PRODUCCION
TERCIARIA...38
10. TIPOS DE INYECCIN..3810.1. INYECCIN PERIFRICA...3810.1.1.
Caractersticas....3810.1.2. Ventajas...3810.1.3.
Desventajas....3910.2. INYECCION EN ARREGLOS..3910.2.1.
Caractersticas....3910.2.2. Ventajas...3910.2.3.
Desventajas....39
CONCLUSIONES.40BIBLIOGRAFA.....41
TABLA DE FIGURAS
Figura 1. Agua producida.7
Figura 2. Muestras de agua producida..8
Figura 3. Ciclo del agua de produccin.9
Figura 4. Complejidad del sistema de agua en un campo
maduro.11
INTRODUCCION
En los campos maduros, el agua suele percibirse como un mal
necesario. Si bien el agua a menudo impulsa la produccin primaria e
interviene en la produccin secundaria, el exceso de agua producida
representa un pasivo y un costo significativos para las compaas
productoras de petrleo y gas. Hoy en da, el mejoramiento de las
tcnicas de manejo de la produccin de agua permite minimizar el
volumen de agua llevado a la superficie, convirtiendo el excedente
de agua producida de residuo en recurso.
El mayor producto de desperdicio en la produccin de petrleo y
gas, y durante la vida de casi todos los pozos y yacimientos es el
agua. Este subproducto es conocido como salmuera de yacimiento
petrolfero, agua salada, agua producida, etc.
La produccin de agua, histricamente, ha promediado seis veces la
produccin de petrleo durante la vida de todos los pozos petroleros.
Todos los das deben manejarse millones de barriles de agua,
conteniendo grandes cantidades de sales disueltas, slidos en
suspensin, metales pesados e hidrocarburos dispersos y disueltos.
El agua producida puede ser tratada y eliminada por varios mtodos,
la mayora de los cuales ya han sido probados y muchos de ellos an
se usan en varias partes del mundo.
A continuacin describen al agua, analizan sus diversos
componentes, resean los problemas ambientales potenciales, sugieren
parmetros de monitoreo, recomiendan mtodos a usar para la proteccin
ambiental ptima mientras se contina con un desarrollo sustentable,
especifican los tratamientos requeridos previos a la mtodos de
disposicin recomendados.
Figura 1. Agua producida
1. GENERALIDADES DEL AGUA PRODUCIDA
Figura 2. Muestras de agua producida
Las operaciones petroleras de perforacin pueden crear grandes
cantidades de agua contaminada, conocido como agua producida, o el
agua que se produce en el pozo. La mayora de los yacimientos
subterrneos de petrleo tienen una capa de agua cruda, llamada agua
de formacin, que yace debajo de los hidrocarburos. Mientras un pozo
envejece y el petrleo llega a ser difcil de eliminar, agua o vapor
se inyecta en los embalses para ayudar a impulsar el aceite a la
superficie. Tanta agua de formacin como agua inyectada
eventualmente se dirigen a la parte superior y son producidos en la
boca del pozo junto con los hidrocarburos. Mientras que se bombea
la mezcla de petrleo/agua fuera del pozo se separa, produciendo el
producto de hidrocarburo y el agua producida. Como el nivel de
aceite desciende en el embalse con la extraccin, la cantidad de
agua inyectada aumenta para llenar el vaco. El agua producida
procedente de los pozos petroleros llega a 6 veces ms grande que el
volumen del petrleo producido. Estos volmenes representan enormes
cantidades de agua contaminada, que requieren mtodos de tratamiento
econmico y ecolgicamente amigable para que pueda ser re utilizados
o eliminarse de forma segura.El agua producida no es un solo
producto.Las propiedades fsicas y qumicas de agua producida varan
considerablemente dependiendo de la ubicacin geogrfica del campo,
la formacin geolgica con la que el agua producida ha estado en
contacto durante miles de aos, y el tipo de producto de
hidrocarburo que se producen.Las propiedades agua producida y el
volumen incluso puede variar a lo largo de la vida til de un
depsito.Si inyeccin de agua las operaciones se llevan a cabo, estas
propiedades y volmenes pueden variar an ms dramticamente como el
agua adicional se inyecta en la formacin.
El agua que est presente en la formacin se encuentra a la presin
y temperatura de la misma, 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. 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, se alteran sus
condiciones fsicas y qumicas. Al disminuir la presin y la
temperatura, los iones en solucin forman sales, las mismas que se
precipitan en formas de incrustaciones adherentes en las lneas de
conduccin y dems equipos de produccin. Estas incrustaciones por lo
general son los primeros problemas que se presentan en el proceso
de produccin
1.1. AGUA PRODUCIDA REUTILIZADA Y DESCARGADA
Figura 3. Ciclo del agua de produccin El rol del agua en el
proceso de produccin de petrleo. Las arenas petrolferas son
barridas por el agua, desplazando al petrleo y generando su flujo.
No obstante, el agua se convierte en problema cuando el volumen de
petrleo producido que se lleva a la superficie disminuye y los
sistemas de tratamiento del agua en superficie se sobrecargan. Al
generarse en la superficie ms agua que la necesaria para el proceso
de reinyeccin, el tratamiento y la eliminacin de este exceso de
agua producida se suma a los costos de produccin de petrleo.
Para mitigar el problema del agua producida, se pueden utilizar
cuatro enfoques:
1. Evitar la produccin de agua del pozo. 2. Inyectar dentro del
mismo pozo. 3. Inyectar el agua dentro de los pozos de descarga.4.
Tratar el agua para su eliminacin.
Durante las primeras etapas de produccin de petrleo de un pozo,
agua de inyeccin no es necesaria. En este caso, el agua producida
presenta un problema de eliminacin. Para explicar esto, perforar
pozos en otros existen vacos para la inyeccin y la eliminacin de
esta agua. Este mtodo de eliminacin puede ser muy costoso,
especialmente en alta mar. Tambin el pozo de eliminacin debe estar
situado a una considerable distancia de los productores de petrleo
y as deber ser bombeada o transportada al punto de inyeccin. Muy a
menudo el vaco puede ser una zona porosa, y as el agua reinyectada
debe ser conducida de una manera que el agua inyectada no tapone
los poros de la formacin.En las etapas posteriores del ciclo de
vida de un pozo, se inyecta el agua debajo de la capa de petrleo,
muy a menudo a travs de una formacin porosa. La inyeccin de agua
produce la presin necesaria para empujar el aceite a la superficie.
Porque esta agua necesitar filtrarse a travs de terrenos y
estructura rocosa, debe ser tratada para que el taponamiento de la
formacin no se produzca. El contenido de aceite y el ascenso de los
minerales deben ser controlados en esta agua para lograr los
mejores resultados. Los aniones que forman escala, como carbonatos
y sulfatos, deben estar bajo de un mnimo requerido para evitar
depsitos con metales de la tierra en la zona de inyeccin, que
limitara la eficacia de la inyeccin de agua. Los pozos de
eliminacin son especialmente caros y problemticos en el mar.
Tambin, la cantidad de agua producida es, a menudo, superior a la
cantidad de agua de inyeccin. No importa cmo de aceptable el
tratamiento, el agua producida todava contiene rastros de petrleo
y, por ello, la descarga es estrictamente controlada. En las zonas
ridas esta agua tratada puede ser percibida como un recurso
natural. Con el fin de utilizarse de manera segura, un mtodo de
tratamiento adecuado debe ser diseado sobre la base de la calidad
del agua que se necesita.
Figura 4. Complejidad del sistema de agua en un campo maduro
La complejidad del sistema de agua en un campo maduro. El agua
forma parte integrante, y a menudo necesaria, del proceso de
produccin. Durante la produccin, el petrleo es barrido del
yacimiento y es reemplazado por agua natural o inyectada. Este
proceso raramente es uniforme. La heterogeneidad de la formacin
puede conducir a la incursin prematura de agua y a problemas
relacionados con el agua de fondo de pozo. Los pozos de produccin e
inyeccin son vigilados rutinariamente y manejados para minimizar la
relacin agua/petrleo, maximizar la eficiencia de barrido vertical y
optimizar la produccin de petrleo. Los sistemas de superficie
pueden ser complejos y deben ser diseados para manejar y tratar los
volmenes de agua que entran y salen del sistema de produccin. La
calidad del agua descargada al medio ambiente, eliminada por mtodos
convencionales o desviados para ser reutilizada como agua de
inyeccin del yacimiento y para otras aplicaciones alternativas, es
controlada y vigilada rutinariamente.
2. LOS PRINCIPALES COMPONENTES DEL AGUA PRODUCIDA
Se requiere conocimiento de los componentes de las aguas
producidas especficas para reglamentario cumplimiento y para la
seleccin de opciones de gestin y eliminacin como de recuperacin
secundaria y eliminacin.Aceite y la grasa son los constituyentes
del agua producida que reciben la mayor parte la atencin tanto en
las operaciones en tierra y mar, mientras que el contenido de sal
(expresado como salinidad, conductividad, o TDS) es un
constituyente principal de preocupacin en las operaciones en
tierra.
Adems, el agua producida contiene muchos compuestos orgnicos e
inorgnicos.Estos variar mucho de un lugar a lo largo del tiempo e
incluso en el mismo pozo.Las causas de variacin se discute en una
seccin posterior.
2.1. Agua Producida a partir de la produccin de petrleo
La orgnico e inorgnico componentes de agua producida descargada
de pozos en alta mar pueden estar en una variedad de estados fsicos
incluyendo solucin, suspensin, emulsin, las partculas adsorbidas, y
partculas. Adems de sus componentes naturales, el agua de produccin
de petrleo puede contener las aguas subterrneas o agua de mar
(generalmente llamada agua "fuente") inyectados para mantener la
presin del yacimiento, as como slidos diversos y bacterias. La
mayora de agua producida son ms que solucin salina de agua de
mar.Tambin pueden incluir aditivos qumicos utilizado en operaciones
de perforacin y de produccin y en el proceso de separacin de
aceite/ agua.
Productos qumicos de tratamiento son tpicamente mezclas
complejas de diversos compuestos moleculares. Estas mezclas pueden
incluir:
Los inhibidores de corrosin y eliminadores de oxgeno para
reducir la corrosin del equipo.
inhibidores de escala para limitar los depsitos de
incrustaciones minerales;biocidas para mitigar la acumulacin
bacteriana.
Interruptores de emulsin y clarificadores para romper emulsiones
de agua-en-aceite y revertir interruptores para romper emulsiones
de aceite-en-agua.
Coagulantes, floculantes, y clarificadores para eliminar los
slidos;y - Solventes para reducir los depsitos de parafina.
En agua producida, estos productos qumicos pueden afectar el
coeficiente de particin aceite / agua, toxicidad, la
biodisponibilidad, y la biodegradabilidad.
2.2. Agua Producida a partir de la Produccin de Gas
El agua producida se separa del gas durante el proceso de
produccin.Adems de agua de formacin, el agua producida a partir de
las operaciones de gas tambin incluye el agua condensada.
Aguas producidas a partir de la produccin de gas tienen altos
contenidos de peso molecular, bajos hidrocarburos aromticos tales
como benceno, tolueno, etilbenceno y xileno que son los procedentes
de las operaciones de petrleo;por lo tanto, son relativamente ms
txicas que las aguas producidas desde la produccin de petrleo.
Los estudios indican que las aguas producidas dados de alta de
gas condensado en plataformas son unas 10 veces ms txico que las
aguas de produccin dados de alta de aceite en plataformas.Sin
embargo, para el agua producida descargada en alta mar, en los
volmenes de produccin de gas son mucho ms bajos, por lo que el
impacto total pueden ser menos.
Los productos qumicos utilizados para el procesamiento de gas
suelen incluir deshidratacin, hidrgeno, sulfuro de eliminacin y
qumicos para inhibir hidratos. Los productos qumicos que se pueden
encontrar en el agua producida, a partir de las operaciones de gas
pueden incluir minerales cidos, salmueras densas y aditivos.Las
diferencias significativas entre campo petrolfero de agua producida
en alta mar y de agua a gas producido en alta mar existen para
otros parmetros tambin.
2.3. Agua Producida a partir de la Produccin metano de carbn
(CBM)
CBM producido difieren de las aguas de petrleo y gas
convencionales producidos en el camino que se generan, su
composicin y su impacto potencial en la recepcin de
ambientes.Debajo de la superficie de la tierra, el metano se
adsorbe sobre las superficies de cristal de carbn debido a la
presin hidrosttica del agua contenida en las capas de carbn.Para el
metano para ser retirado de la estructura cristalina del carbn, la
cabeza hidrosttica, o la presin del yacimiento, en la veta de carbn
se debe reducir.Se genera CBM del agua producida cuando se elimina
el agua que impregna las capas de carbn que contienen el metano.En
contrastar con la produccin de petrleo y gas convencional, el agua
producida a partir de un CBM viene en grandes volmenes en las
primeras etapas de la produccin;como la cantidad de agua en el
carbn disminuye, la cantidad de metano aumenta la produccin.CBM de
agua producida es reinyectado o tratado y descargado a la
superficie.
3. ASPECTOS QUIMICOS DEL AGUA PRODUCIDA
El agua de formacin se caracteriza por varios parmetros, los
mismos que se detallan a continuacin:
3.1. DUREZA:
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).
3.2. ANIONES:
3.2.1. Carbonato (CO3): Est prcticamente en toda agua de
formacin, sobre todo si tiene un pH elevado, reacciona con algunos
cationes para formar precipitados insolubles.
3.2.2. 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.
3.2.3. Sulfato (SO4): 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.
3.2.4. Cloruro (Cl-1): 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.
3.3. CATIONES:
3.3.1. 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.
3.3.2. Sodio (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.
3.3.3. 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.
3.3.4. 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.
3.3.5. Hierro (Fe+3, Fe+2): 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.
3.3.6. 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.
3.4. 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.
3.5. 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.
Los bicarbonatos representan la forma especie qumica principal
de la alcalinidad ya que ellos se forman en cantidades
considerables a partir de la accin del dixido de carbono sobre el
calcio y magnesio de un mineral comn para producir la dureza y
alcalinidad subterrnea.
La mayora del agua contiene considerable cantidad de impurezas
disueltas, las cuales se presentan como iones, la combinacin de
estos iones forman compuestos los cuales son poco solubles en agua.
El agua presenta poca capacidad de mantener estos compuestos en
solucin y cuando esta capacidad es excedida se precipitan estos
compuestos como slidos.
3.6. 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.
Oxidan el hierro soluble en el agua, causando precipitados y
formacin de depsitos que aceleran la corrosin a travs de la
formacin de celdas de concentracin.
El taponamiento resulta de la actividad bacteriana debido a la
formacin de biomasa, la formacin de productos de corrosin tales
como es sulfuro de hierro o la precipitacin del hierro soluble en
el agua.
Las bacterias reductoras de sulfato probablemente son las que
causan ms problemas en los sistemas de inyeccin de agua ms que
cualquiera otra clase de bacteria. Como resultado de la actividad
de las bacterias reductoras de sulfato pueden ocasionarse los
siguientes problemas:
Las bacterias pueden participar directamente en la reaccin de
corrosin y causan huecos directamente debajo de la colonia
bacteriana.
La generacin del H2s por bacterias puede incrementar la
corrosividad del agua. Si el sistema ya es cido el H2S adicional
generado por las bacterias pueden tener un efecto insignificante o
sencillamente no tener ningn efecto. Sin embargo, si el sistema era
originalmente dulce la adicin del H2S al sistema por actividad
bacteriana, puede sustancialmente incrementar la velocidad de
corrosin y resultar en un ataque de agujeros dentro del
sistema.
La presencia de bacterias reductoras en un sistema que
originalmente era libre de H2S crea la posibilidad de formacin de
ampollas o debilitamiento del acero al carbn.
La corrosin cida tiene como resultado la formacin de sulfuro de
hierro insoluble, el cual es un excelente material de
taponamiento.
Las bacterias reductoras de sulfatos son las ms ampliamente
encontradas en reas de baja velocidad o estancadas y de bajo de
escalas o lodos. Los lugares ms comunes para actividad bacteriana
en sistemas de reinyeccin de agua son los tanques y filtros.
3.7. CLARIFICACIN DEL AGUA DE FORMACIN
3.7.1. Remocin 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.
3.7.2. 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.
3.7.3. Floculacin:
Es un proceso qumico en el que por medio de la adicin de
sustancias llamadas floculantes, las partculas coloidales se unen
facilitando su decantacin y posterior filtrado.
El alumbre, sales de hierro y polmeros de peso molecular alto
son floculantes comunes. La floculacin es estimulada por un
mezclado lento que junta poco a poco a los flculos.
3.8. OTROS ASPECTOS:
3.8.1. PH:
Es una medida de acidez o alcalinidad. PH reducido puede
perturbar el proceso de separacin de agua y aceite y puede afectar
las aguas receptoras cuando se descarga.Muchos productos qumicos
utilizados en la eliminacin de la escala son cidos.
El pH puede cambiar rpidamente una vez que se toma la muestra y,
de ser posible, deber medirse en el lugar.
3.8.2. Contenido de Slidos en Suspensin:
Es la cantidad de slidos que pueden separarse por filtrado de un
volumen dado, y se usa para estimar la tendencia de taponamiento de
los sistemas de inyeccin. Generalmente se usa un filtro con poros
de 0.45m de dimetro.
3.8.3. Slidos Disueltos Totales:
Es simplemente el residuo de la evaporacin, o la suma de los
aniones y cationes del anlisis.
4. PARAMETROS DE MONITOREO
Los parmetros de calidad del agua que deben ser monitoreados en
las descargas y aguas receptoras de las instalaciones petroleras
tienen que guardar relacin con los contaminantes potenciales que
pueden estar presentes en las aguas residuales.
Los parmetros que se muestran en la siguiente seccin deben estar
incluidos, como mnimo, en cualquier programa de monitoreo de
calidad de aguas producidas por la extraccin de petrleo y/o para
las aguas residuales de las refineras de petrleo. Tambin se discute
la demanda bioqumica de oxgeno (DBO) y los coliformes totales.
Se presenta una descripcin breve de las razones para incluir
cada parmetro. Tambin se incluye informacin sobre la medicin de los
caudales de las descargas y de las aguas receptoras.
4.1. Temperatura
El agua extrada de los pozos productivos tiene temperaturas
elevadas en algunos casos y, por lo general, retornan al medio
ambiente antes de enfriarse hasta temperatura ambiente. Las
descargas de agua a altas temperaturas pueden causar daos a la
flora y fauna de las aguas receptoras al interferir con la
reproduccin de las especies, incrementar el crecimiento de
bacterias y otros organismos, acelerar las reacciones qumicas,
reducir los niveles de oxgeno y acelerar la eutrofizacin.
4.2. pH
El pH es una medida de la concentracin de iones de hidrgeno en
el agua. Aguas fuera del rango normal de 6 a 9 pueden ser dainas
para la vida acutica (por debajo de 7 son cidas y por encima de 7
son alcalinas). Estos niveles de pH pueden causar perturbaciones
celulares y la eventual destruccin de la flora y fauna acutica. Las
aguas residuales de la industria petrolera, particularmente aqullas
de las operaciones de refinacin, pueden ser muy cidas o alcalinas
por el uso de productos qumicos en varios procesos de
refinacin.
4.3. Conductividad
La conductividad de una muestra de agua es una medida de la
capacidad que tiene la solucin para transmitir corriente elctrica.
Esta capacidad depende de la presencia, movilidad, valencia y
concentracin de iones, as como de la temperatura del agua. En el
caso de salmueras de campos petroleros y efluentes de refinera, es
simplemente un indicador de la salinidad del agua.
4.4. Slidos Totales Disueltos
Los Slidos Totales Disueltos (STD) constituyen una medida de la
parte de slidos en una muestra de agua que pasa a travs de un poro
nominal de 2,0 m (o menos) en condiciones especficas. Esta medida
proporciona otra indicacin (como la conductividad) de la salinidad
en las descargas de la industria petrolera.
4.5. Cloruros
Los cloruros (Cl_) son los principales aniones inorgnicos en el
agua. A diferencia de los indicadores ms generales de la salinidad
(la conductividad y los STD), la concentracin de cloruros es una
medida especfica de la salinidad de las descargas de la industria
petrolera. Los cloruros son los principales componentes de las
salmueras de petrleo. El incremento de cloruro en el agua ocasiona
el aumento de la corrosividad del agua. El alto contenido de
cloruros impide que el agua sea utilizada para el consumo humano o
el ganado. Altos porcentajes de cloruros en los cuerpos de agua
tambin pueden matar a la vegetacin circundante.
4.6. Demanda Bioqumica de Oxgeno
La demanda bioqumica de oxgeno (DBO) es la cantidad de oxgeno
usado por las bacterias bajo condiciones aerbicas en la oxidacin de
materia orgnica para obtener CO2 y H2O. Esta prueba proporciona una
medida de la contaminacin orgnica del agua, especialmente de la
materia orgnica biodegradable.
4.7. Coliformes Totales
Los coliformes son bacterias principalmente asociadas con los
desechos humanos y animales. Los coliformes totales proporcionan
una medida de la contaminacin del agua proveniente de la
contaminacin fecal.
4.8. Demanda Qumica de Oxgeno
La Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) es una medida del equivalente
en oxgeno del contenido de materia orgnica en una muestra que es
oxidable utilizando un oxidante fuerte. Es diferente a la prueba de
la Demanda Bioqumica de Oxgeno (DBO), pues la DBO mide slo la
fraccin orgnica oxidable biolgicamente. Es importante obtener una
medida de la DQO en aguas residuales de refinera pues estos
residuos, con frecuencia, contienen contaminantes orgnicos no
biodegradables.
4.9. Oxgeno Disuelto
Este parmetro proporciona una medida de la cantidad de oxgeno
disuelto en el agua. Mantener una concentracin adecuada de oxgeno
disuelto en el agua es importante. La temperatura, el material
orgnico disuelto, los oxidantes inorgnicos, etc. afectan sus
niveles. La baja concentracin de oxgeno disuelto puede ser un
indicador de que el agua tiene una alta carga orgnica provocada por
aguas residuales.
4.10. Aceites y Grasas
Los aceites y grasas se definen en los "Mtodos Estndar" como
"cualquier material recuperado en la forma de una sustancia soluble
en el solvente". El triclorofluoroetano es el solvente recomendado;
sin embargo, debido a los problemas ambientales con los
clorofluorocarbonos, se incluyen tambin solventes alternativos. La
recoleccin de muestras y la medicin deben realizarse con extremo
cuidado.
El aceite o petrleo en las salmueras es perjudicial para la vida
acutica porque forma pelculas sobre la superficie del agua, reduce
la aeracin y disminuye la penetracin de la luz solar necesaria para
la fotosntesis (produccin primaria) de las plantas acuticas. El
aceite o petrleo en el agua de mar tambin puede formar "bolitas de
alquitrn" en las playas y riberas de los ros que pueden afectar
plantas y animales
4.11. Fenoles
Esta medicin suministra una indicacin de la concentracin de la
mayora de compuestos fenlicos (hidrxidos derivados de bencenos y
sus ncleos condensados). Los fenoles frecuentemente estn presentes
en altas concentraciones en las aguas residuales de la industria
petrolera. En niveles altos pueden manchar la piel de peces y
afectar negativamente la flora, fauna y seres humanos. En niveles
relativamente bajos estimulan la produccin de olores fuertes y
desagradables cuando se presentan en combinacin con altas
concentraciones de cloruros.
4.12. Amonaco
El amonaco (NH3) es un compuesto de nitrgeno que con frecuencia
est presente en las aguas residuales de las refineras. Tambin se
encuentran niveles altos de amonaco en aguas servidas. Las
concentraciones altas de amonaco en aguas superficiales son txicas
para los peces y pueden ser oxidadas y consumir el oxgeno disuelto
del agua (nitrificacin).
4.13. Sulfuro
La medicin del sulfuro total en el agua incluye H2S y HS_
disueltos, as como sulfuros metlicos solubles en cido que pueden
estar presentes en la materia suspendida. Con frecuencia, los
sulfuros estn presentes en las aguas residuales de las refineras.
Pueden ser txicos para los peces y generar olores
desagradables.
4.14. Metales: Bario, Cadmio, Cromo, Plomo, Mercurio
Estos metales (Ba, Cd, Cr, Pb y Hg) frecuentemente son
contaminantes del petrleo crudo y algunas veces estn presentes en
pequeas cantidades en las aguas residuales de la industria
petrolera.
El Bario tiene efectos irreversibles para la salud y es txico
para los animales. Se puede combinar con sulfatos para formar
sulfato de bario insoluble.
El Cadmio se acumula en tejidos blandos y puede interferir en el
metabolismo. Es conocido que en sistemas acuticos, el cadmio se
acumula fcilmente en las ostras.
El Cromo es cancergeno para el sistema respiratorio y venenoso
para los peces.
El plomo se acumula en ostras y mariscos. Llega al ser humano a
travs de la cadena alimenticia y se acumula en los huesos. El plomo
es un inhibidor de las enzimas e influye en el metabolismo
celular.
El mercurio es altamente txico a niveles relativamente bajos y
se acumula en los peces. Produce "clorosis" en las plantas, es
venenoso para los animales y llega al ser humano a travs de la
cadena alimenticia.
4. SELECCION DE PUNTOS DE MONITOREO
El monitoreo de las descargas de la extraccin de petrleo y de
las operaciones de refinacin, as como de las aguas receptoras,
requiere una cuidadosa evaluacin sobre dnde recolectar las
muestras. Las siguientes secciones describen las ubicaciones
ideales para la recoleccin de muestras y presentan recomendaciones
basadas en la posibilidad de ciertas limitaciones logsticas.
5.1. Puntos de Muestreo para Descargas
El lugar ideal para el muestreo sera el punto exactamente antes
de que la descarga ingrese a un curso de agua receptor (es decir,
una corriente natural o un ro). Sin embargo, es posible que este
punto no sea de acceso fcil ni seguro. En este caso, la muestra
debe ser recolectada en el primer punto accesible corriente arriba
de la descarga del conducto o canal.
5.2. Puntos de Muestreo para Aguas Receptoras
Las aguas superficiales receptoras en los lugares de explotacin
petrolera incluyen a todos los cursos de agua que pueden ser
afectados por las operaciones. Generalmente, se trata de arroyos,
ros, pantanos, lagos y aguas subterrneas en el rea. Como mnimo,
debe ubicarse una estacin de muestreo aguas arriba y otras aguas
abajo de cada cuerpo de agua receptor.
Estos puntos permitirn a la industria determinar:
Las condiciones de referencia aguas arriba de las actividades de
explotacin petrolera.
Si las actividades de explotacin petrolera estn contribuyendo a
la contaminacin de las aguas receptoras.
En qu nivel estn afectando los contaminantes a las aguas
receptoras.
La muestra aguas arriba debe estar ubicada lo suficientemente
lejos para asegurarse de que no exista influencia de la descarga,
pero aguas abajo de cualquier corriente tributaria que pudiera
influir en las caractersticas de calidad del agua en el punto de
descarga. Para determinar el punto ms adecuado para la estacin
aguas abajo, se recomienda recolectar inicialmente varias muestras
en puntos aguas abajo de la descarga y realizar un anlisis de la
zona de mezcla de la descarga y el agua receptora.
La ubicacin de la estacin aguas abajo debe estar en el punto en
el que la descarga se haya mezclado completamente con el agua
receptora. Las caractersticas de calidad del agua de la zona de
mezcla pueden ser ecolgicamente importantes para los ros grandes.
En estos casos, puede ser aconsejable tomar ms de una muestra aguas
abajo de la descarga.
6. ANALISIS DEL AGUA PRODUCIDA
Al agua se le ha llamado el solvente universal, ya que hasta
cierto punto disolver a casi todos los compuestos inorgnicos. La
mayora de los problemas con el agua producida se originan en este
hecho. Las aguas producidas han estado presentes en la capa fretica
asociada al petrleo y al gas que se producen, durante cientos de
millones de aos. Ha tenido amplio contacto con las varias
formaciones rocosas y ha disuelto exitosamente a ciertos
compuestos. Para determinar el tratamiento ptimo, previo al mtodo
de eliminacin elegido y, ciertamente, para determinar el mtodo de
eliminacin a emplear, se requiere un anlisis preciso del agua
producida. El anlisis es nuestro medio primario para detectar
problemas actuales y potenciales, por lo que debera realizarse en
forma rutinaria para todas las aguas producidas.
6.1. PROCEDIMIENTOS DE MUESTREO
Un buen anlisis carece de valor si el agua que se analiza no es
representativa del agua del sistema. No sobra recalcar la
importancia de un muestreo representativo, y debern seguirse las
guas que se presentan a continuacin:
6.1.1. Botellas de Muestras
Si el anlisis es para contenido mineral disuelto o para slidos,
use nicamente botellas plsticas nuevas con tapa plstica bien
ajustada. Las botellas de 500 ml o de un cuarto de galn
(aproximadamente 1.13 l) son las ms comnmente usadas. Existen
varios modelos con combinaciones distintas de diseo de botella y
tapa. Las botellas de boca ancha o grande son ms fciles de llenar,
pero el sello de la tapa es a menudo menos confiable.
Ponga la etiqueta en la botella, no en la tapa. Se recomienda el
uso de marcadores indelebles (permanentes) sobre la botella
misma.
Si el anlisis es para contenido de petrleo u otros
constituyentes orgnicos, se deber emplear una botella de vidrio.
Los aceites y otras materias orgnicas se adherirn a las paredes de
una botella plstica, y hasta podrn ser absorbidos por sta, lo que
resultara en mediciones bajas. Se deber tener mucho cuidado en el
transporte si se usan botellas de vidrio. Enviar una muestra
adicional es una buena precaucin.
Nunca emplee recipientes metlicos: el agua producida los corroer
(disolvindolos) y se contaminar.
6.1.2. Volumen de Muestra
El volumen mnimo de una muestra es de 500 ml. Es una buena
prctica mandar varias muestras para asegurarse que el anlisis sea
representativo, especialmente si el laboratorio se halla a gran
distancia.
Se recomienda llenar tres botellas durante un perodo prolongado
- por ejemplo una hora - y enviarlas a cada analizador. De haber
duda acerca de si se est enviando suficiente, enve ms muestras.
6.1.3. Prcticas de Muestreo
Si la muestra ha de analizarse solamente para el contenido de
mineral disuelto, y hay disponible una vlvula de muestreo, conecte
un trozo de tubo plstico al extremo de la vlvula. Abra la vlvula y
deje correr el agua por lo menos un minuto. Observe y vea que el
color sea constante. Acurdese que, probablemente, habr algn
sedimento en la vlvula o en el fondo de la lnea, y que ste deber
ser evacuado antes que se pueda obtener una buena muestra. Una vez
que el agua est limpia y el color constante, ponga el extremo de la
manguera en el fondo de la botella y deje que la botella desborde
aproximadamente diez (10) volmenes. Extraiga suavemente la manguera
y ponga la tapa rpidamente.Si la muestra se ha de analizar para el
contenido de petrleo, no se puede emplear una manguera plstica.
Llene una botella de vidrio directamente del pico de muestreo. No
permita que rebose la botella, ya que el petrleo puede adherirse al
vidrio o puede ser arrastrado con el rebose, causando mediciones
errneas.
Una vez llena la botella, tpese en forma segura y rotlela
inmediatamente. Despache la muestra con un manifiesto completo e
instrucciones para el anlisis. Se recomienda mucho acompaar una
descripcin completa de la muestra, asentando cundo y dnde fue
obtenida la muestra, bajo cules condiciones de temperatura y
presin, y otros datos pertinentes.
Anote a dnde se envi la muestra y en qu tiempo es razonable
esperar que el anlisis est listo. Si el anlisis no llega dentro del
plazo esperado, averige con el transportista para asegurarse que la
muestra fue entregada, y con el laboratorio para determinar en qu
etapa se halla el anlisis.
Otras sugerencias para el muestreo incluyen:
Tome muestras desde el cabezal del pozo si es posible.
Si se toman muestras de un tanque, muestre a varios niveles de
la columna de fluido. Esto podr requerir equipo especial, tal como
un "muestreador".
Tome muestras cuando el sistema funciona normalmente. A menudo
es ms conveniente muestrear cuando el sistema est parado, pero
estas muestras no sern representativas. Tambin es aconsejable
controlar corriente arriba del punto de muestreo, para asegurar que
no est sucediendo, ni que haya sucedido recientemente, nada fuera
de lo normal.
Si se muestrean aguas de superficie para evaluarlas para
inyeccin o para determinar contaminantes, se debe recordar que la
composicin del agua puede cambiar considerablemente con la poca del
ao. Esto es especialmente importante cuando se mide la turbidez, el
contenido de oxgeno disuelto y la poblacin microbiolgica.
El agua producida puede cambiar considerablemente con el
transcurso del tiempo.
A veces se agregan aguas residuales o de purga de la planta, y
el agua puede mostrar un cambio cclico en su composicin debido a la
regeneracin por intercambio de iones o al ciclado de purga. Se
recomiendan mucho las conversaciones con el personal operativo.
6.2. ANLISIS CUANTITATIVO DE LAS AGUAS PRODUCIDAS
Los anlisis de agua se llevan a cabo en un laboratorio en forma
rutinaria por qumicos analticos expertos. Estos tienen la capacidad
de realizar mediciones muy exactas en las muestras recibidas.
Lamentablemente, algunas propiedades del agua pueden cambiar muy
rpidamente despus del muestreo; tpicamente el pH, la temperatura,
el contenido de gas disuelto, los slidos en suspensin y la poblacin
bacterial. Muchas de las propiedades que son de mayor preocupacin
solo pueden determinarse con mediciones "in situ" (en el campo). Un
anlisis completo por lo tanto involucra mediciones tanto "in situ"
como en el laboratorio.
Es importante que cualquiera que est involucrado en proyectos de
aguas producidas tenga conocimiento de:
Los componentes del sistema de agua producida de mayor
importancia para los mtodos de disposicin en uso.
La importancia de cada uno de ellos.
Los mtodos analticos que tpicamente se utilizan para medir las
concentraciones de cada componente, y las ventajas y desventajas de
cada mtodo.
7. FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCCIN DE AGUA PRODUCIDA Y
VOLUMEN
Una discusin de los factores que afectan a la produccin de agua
producida es importante porque de la carga econmica que impone a
los operadores de petrleo y gas.El agua producida es un parte
inextricable del proceso de recuperacin de hidrocarburos, por lo
que si un operador no puede optimizar la gestin del agua, un
recurso valioso se puede perder o disminuido.
Gestin del agua producida es un tema clave debido a su enorme
volumen y el costo de su alta direccin.Adems, el agua a pesar de
que es producido naturalmente, sus potenciales impactos ambientales
podra ser sustancial si no estn adecuadamente administrado.
Los siguientes factores pueden afectar el volumen de agua
producida durante el ciclo de vida de un pozo.Esto no pretende ser
una lista exhaustiva, pero ms que una demostracin de los impactos
potenciales.
Tipo de pozo perforado: Un pozo horizontal puede producir en
mayor proporcin que vertical, bien con una reduccin similar o puede
producir a tasas similares con una reduccin menor, retrasando as la
entrada de agua en el pozo en un depsito de agua de accionamiento
inferior.
Localizacin de pozo dentro de la estructura del depsito: Un pozo
incorrectamente perforado o uno que ha sido incorrectamente ubicado
dentro de la estructura del depsito podra resultar en ms temprano
que la produccin de agua prevista.
Tipo de terminacin: A la finalizacin perforada ofrece un mayor
grado de control en la zona productora de hidrocarburos.Intervalos
especficos o bien pueden ser objeto de aumento de la produccin de
hidrocarburos o evitado o tapado para minimizar la produccin de
agua.
Tipo de instalaciones de separacin y tratamiento de aguas:
Histricamente, la separacin de superficie y las instalaciones de
tratamiento se han utilizado para la gestin del agua producida.Sin
embargo, este tipo de operacin implica costos de extraccin para
obtener el agua a la superficie, as como equipos y costes qumicos
para el tratamiento del agua.Una vez en la superficie, introduccin
de oxgeno en el medio ambiente de tratamiento de agua producida
requiere que dirigirse a la corrosin y problemas
microbianos.Alternativas a la superficie de tratamiento podran ser
equipos de separacin de fondo de pozo que permite que el agua
producida se mantenga el fondo del pozo, evitando de esta manera
algunos de las elevaciones, instalacin superficie, y los costos de
la corrosin y problemas.
Inundaciones de agua para la recuperacin mejorada de petrleo: El
propsito bsico de las inundaciones de agua, es para poner agua en
el depsito donde se encuentra el aceite de manera que ser conducido
a un pozo productor.A medida que el frente de inundacin del agua
alcanza un pozo productor, el volumen del agua producida se
incrementar considerablemente.En muchos casos, es ventajoso para
cerrar estos pozos productores o convertirlos a pozos de inyeccin a
fin de no impedir la la progresin del frente de agua a travs del
depsito.
Volumen de agua producida insuficiente para las inundaciones de
agua: Si produce insuficiente agua est disponible para las
inundaciones de agua, fuentes de agua adicionales deben ser
obtenidos a aumentar la inyeccin de agua producida.Para una
operacin de inyeccin de agua con xito, el agua utilizada para la
inyeccin debe ser de una calidad que no dae la roca reservorio.
En el pasado, el agua dulce se utiliza comnmente en las
inundaciones de agua.Debido a la creciente escasez de agua dulce,
tpicamente ya no se utiliza como una fuente de agua viable para las
inundaciones de agua. Independientemente de la fuente, el aumento
de la adicin de esta agua al depsito resultar en un mayor volumen
de agua producida.
La prdida de la integridad mecnica: Los agujeros causados por la
corrosin o desgaste y divisiones en la carcasa causada por
defectos, presin excesiva o deformacin formacin puede permitir
aguas del embalse o acufero no deseados entren en el pozo y se
producirn a la superficie como agua producida.
Problemas de comunicacin del subsuelo: Cerca tambin problemas de
comunicacin, orificio tales como canales detrs de carcasa, averas
de barrera, y terminaciones en o cerca del agua puede resultar en
un aumento de los volmenes de agua producidas.Adems, la comunicacin
reservorio problemas como la conicidad, crestera, canalizando a
travs de zonas de permeabilidad ms altos o fracturas, y
fracturamiento fuera de la zona de produccin de hidrocarburos
tambin pueden contribuir a los volmenes de agua producidos
superiores.
Cada uno de los factores anteriores puede afectar en gran medida
el volumen de agua producida que es gestionado en ltima instancia
durante el ciclo de vida de un pozo y proyecto.Con el aumento
producido los volmenes de agua, la viabilidad econmica de un
proyecto se convierte en un problema, debido a la prdida de
hidrocarburos recuperables, el gasto adicional de agua levantando
contra los hidrocarburos, el aumento del tamao y costo de las
instalaciones de tratamiento de agua y productos qumicos de
tratamiento asociado, y el costo de eliminacin del agua.Con la
consideracin de los impactos de agua a un proyecto, planificacin y
aplicacin adecuada pueden minimizar estos gastos o al menos
retrasar su impacto.
8. DETALLES DE MTODOS DE DISPOSICIN RECOMENDADOS, ACEPTABLES Y
NO ACEPTABLES
Los mtodos de disposicin han sido divididos en tres categoras -
recomendados, aceptables pero no recomendados y no aceptables. Se
enumeran comenzando con la opcin preferida (reciclado) y terminando
con la menos aceptable (descarga sin control).
8.1. Mtodos de Disposicin Recomendados
8.1.1. Reciclado
La recuperacin de hidrocarburos de cualquier yacimiento dado, en
la mayora de los casos, puede ser mejorada al inyectar agua al
yacimiento - sea en el acufero (mantenimiento de presin) o en toda
la zona para barrer al petrleo hacia los pozos productores
(inundacin de agua). En estos casos, especialmente en las zonas
donde no es fcil conseguir agua dulce o sta es costosa, el agua
producida tiene un valor comercial apreciable. La reinyeccin tambin
tiene, generalmente, menor impacto ambiental.
Antes de comenzar a inyectar, el yacimiento debe ser estudiado
detalladamente para asegurar de que es apto para el plan y el mtodo
especfico de recuperacin asistida que se propone. No todos los
yacimientos pueden recibir inyeccin de agua y este factor debe
reconocerse de inmediato: si se inyecta a yacimientos no aptos o
incompatibles puede causar el abandono prematuro del pozo y una
prdida econmica importante.
Los datos para el estudio completo de yacimiento debern
obtenerse a partir de los pozos productivos existentes y debern
incluir:
Propiedades de las rocas:
Porosidad Permeabilidad Capilaridad Humectabilidad
Heterogeneidad del yacimiento Saturaciones iniciales Efectos de
permeabilidad direccional
Propiedades del fluido:
Viscosidad Miscibilidad Movilidad Compatibilidad Saturaciones
irreducibles
El estudio del yacimiento deber ser llevado a cabo por un grupo
competente de ingeniera, y deber considerar:
Mecanismos de desplazamiento Movimiento frontal Movimiento del
contacto petrleo-agua Efectos de la gravedad Potencial para la
canalizacin del agua a travs del petrleo Saturaciones detrs del
frente de agua Rendimiento de barrido Efectos sobre las capas
gasferas, si las hubiera.
El estudio deber considerar:
El mantenimiento de la presin versus la inyeccin de agua
Diferentes esquemas de inyeccin Efectos de distintas velocidades de
inyeccin Variaciones de inyectividad y de conductividad
Finalmente, el estudio deber producir una serie de pronsticos de
produccin de petrleo, gas y agua para diferentes situaciones de
inyeccin. Se deber incluir en estos pronsticos una medida de la
recuperacin total del yacimiento. Existen varios procedimientos
para realizar estos clculos, los cuales varan en cuanto a
disponibilidad, complejidad y costo. Entre ellos se encuentran unos
modelos de aceite negro y otros modelos basados en los trabajos de
Dykstra y Parsons, Stiles, Hurst, Craig y Geffen y Morse y, ms
recientemente, Craig, Higgins y Leighton, y muchos otros.
Hasta ahora se ha considerado muy poco el factor econmico. La
decisin de inyectar se basar, por supuesto, en este factor, el cual
deber considerar la operacin de produccin que se obtendra sin la
inyeccin, e incluyendo el costo de un plan alternativo para la
eliminacin del agua producida, las diferentes alternativas posibles
propuestas por los estudios del yacimiento, y todos los costos de
capital y de operacin.
Una vez realizados los estudios del yacimiento y que las
evaluaciones econmicas hayan determinado el esquema a seguir, se
deber obtener la aprobacin reglamentaria y el permiso para el plan,
posiblemente para cada uno de los pozos individuales de inyeccin.Se
deber comenzar a inyectar temprano en la vida del yacimiento y es
posible que se necesite una fuente independiente de agua, pues es
probable que no haya agua producida obtenible a esa altura del
procedimiento. Se tendr cuidado en la seleccin de la fuente de agua
y en el diseo de las instalaciones de tratamiento para asegurar que
el agua y el equipo sean compatibles con el agua producida (cuando
llegue) y con el yacimiento.
El propsito del pozo de inyeccin es doble: canalizar al agua
producida a la zona correcta y proteger cualesquiera otras zonas de
los efectos del agua. Las zonas a proteger incluyen otras zonas que
puedan contener hidrocarburos y zonas en estratos superiores que
contengan aguas dulces o potables. Para asegurar que se cumplan
estos propsitos, todos los pozos de inyeccin debern completarse de
la siguiente manera:
1. Todos los pozos se perforarn y se dejarn sin entubar
solamente en la zona en la que se inyectar el agua.
2. Se deber obtener prueba de aislamiento hidrulico de otras
zonas (generalmente es suficiente un registro fraguado del cemento)
despus de la terminacin inicial.
3. Todos los pozos debern tener recubrimiento de superficie por
debajo de cualquier arena que pudiera contener agua dulce. Se
recomienda una profundidad mnima de 600 pies o 180 m. Esta tubera
de superficie deber ser cementada hasta la superficie.
4. Cuando se deba perforar un pozo de inyeccin, se deber
considerar el empleo de cemento de mejor calidad que el Grado "A"
usado generalmente se sugiere el Grado "G" para pozo petrolero.
5. Cuando se deba perforar un pozo como pozo de inyeccin, se
deber considerar el empleo de tubera de mayor espesor que la usada
generalmente, para asegurar de que no haya dao por desgaste durante
la perforacin.
6. Se deber instalar un obturador en el pozo para aislar la zona
de inyeccin del espacio anular. El obturador deber instalarse lo ms
cerca posible del espacio de inyeccin, pero nunca a ms de 50 m por
encima del punto ms alto de inyeccin.
7. El espacio anular deber llenarse con un fluido no-corrosivo y
no- contaminante. Deber controlarse rutinariamente la presin por lo
menos mensualmente. Todos los pozos en los cuales se observe que
hay presin en el espacio anular debern cerrarse inmediatamente y
reparar la causa de esta prdida determinada.
8. Se exigir a los operarios que demuestren la separacin entre
el fluido de inyeccin y el espacio anular a una autoridad
reguladora por lo menos anualmente.
9. Se exigir a los operadores que mantengan un registro de las
presiones de inyeccin y que demuestren que estas presiones no han
excedido la presin de fractura de la formacin en la cual se est
inyectando el fluido.
8.1.2. Disposicin en Pozo Profundo
La disposicin de agua producida en pozo profundo consiste en la
inyeccin, a travs de un pozo de inyeccin, a una zona a una
profundidad mayor de 2000 pies o 600 m, que no sea la zona
productora. Es un mtodo de disposicin muy popular en los Estados
Unidos de Norte Amrica y en Canad, y muchos pozos de disposicin son
de propiedad privada y operados comercialmente.
Cada pozo profundo de disposicin deber contar con un permiso. La
solicitud describir la zona en la cual se bombear el agua, y deber
asegurar a la autoridad otorgante que esta zona no contiene
hidrocarburos econmicamente recuperables dentro de una distancia
razonable, por ejemplo, 5 kilmetros. La solicitud tambin considerar
la posibilidad de movimiento del agua salada producida hacia
cualquier capa acufera local de agua dulce que pueda estar
conectada a la zona en la que tendr lugar la inyeccin. Este
movimiento ocurrira ms probablemente a travs de la formacin misma y
los problemas mecnicos sern resueltos mediante las condiciones de
terminacin de pozo.
En la disposicin en pozo profundo no se tendrn muy en cuenta las
zonas de agua dulce por encima del sitio de inyeccin. Para la
inyeccin a una profundidad menor que 600 m 2000 pies deber asegurar
que no haya comunicacin entre la zona de inyeccin y las zonas de
agua dulce cercanas a la superficie. Los requisitos mecnicos para
un pozo de disposicin profundo debern ser los mismos que para un
pozo de inyeccin dentro de un plan de recuperacin asistida, por
ejemplo, el aislamiento hidrulico, un obturador, un fluido de
obturador y monitoreo anular.
Estudios realizados en los Estados Unidos de Norte Amrica
muestran poca o ninguna contaminacin de aguas del subsuelo, aunque
se han establecido14 algunos reglamentos para "reas de control"
para asegurar de que no existen "conductos" entre las formaciones
de inyeccin y tales zonas.
8.2. Otros Mtodos de Disposicin Aceptados (No Recomendados)
Existen otros mtodos empleados mundialmente para la disposicin
de agua producida que son aceptados pero que, fundamentalmente, no
son aceptables en lo que se refiere al medio ambiente. A medida que
la opinin pblica y la educacin ejerzan presin sobre las empresas,
los gobiernos a su vez presionarn a los operadores para que
abandonen estas prcticas. En vista de la corta duracin prevista
para tales proyectos, se recomienda que no se inicien proyectos
nuevos utilizando estas tcnicas, a pesar de ser econmicamente
atractivos a corto plazo.
8.2.1. Descarga Costa Afuera
La descarga al mar es permitida por la mayora de las autoridades
reguladoras y est sujeta generalmente slo a controles del nivel de
aceites y grasa contenidos en el agua.
Hay presin para los niveles ms altos, especialmente en el Mar
del Norte, y se espera una disminucin hasta un nivel uniforme de 30
mg/l.
La descarga al mar ocurre normalmente en aguas profundas (ms de
30 m) y ms all de la profundidad en la que se cran y pescan
mariscos. Hay muy pocos o ningn trabajo para determinar los efectos
de estas descargas en aguas profundas en el ocano abierto, aunque
se ha notado algn deterioro y concentracin de productos de descarga
en las inmediaciones del punto de descarga.
La descarga usa frecuentemente un pilote desnatador para
descargar el agua en el ocano. Este equipo es sencillamente un
pilote que est abierto al mar en el fondo. Se vierte el agua cerca
de la superficie por debajo del nivel del agua. El pilote
proporciona algn tiempo de separacin adicional para el aceite
todava atrapado en el agua. El hidrocarburo que se separa se
desnata y se recicla al sistema de tratamiento de agua para su
recuperacin.
El uso de agua dulce o de mar para dilucin mientras se descarga
el agua producida en el mar, es cada vez ms difcil de justificar.
El reciclado elimina la mayor parte, si no todas, de las descargas
y eventualmente ser exigido por la mayora de las autoridades
reguladoras.
8.2.2. Evaporacin
La evaporacin se ha usado durante muchos aos en muchas
jurisdicciones de algunos pases. Se permite colocar hasta 100
barriles/mes por instalacin en una pileta, siempre que sta sea
impermeable y lo suficientemente grande como para almacenar la
posible lluvia, y permitir su evaporacin.
Evidentemente, las restricciones de volumen hacen que este mtodo
de eliminacin sea poco prctico, excepto para situaciones a corto
plazo, o para casos en que los volmenes de produccin y los volmenes
de agua esperados sean extremadamente bajos y las consideraciones
econmicas indiquen la bondad de la evaporacin o el abandono del
pozo.
La evaporacin se emplea en otros casos, por ejemplo en reas en
que la evapotranspiracin anual excede a la precipitacin por una
cantidad considerable y cuando los vientos predominantes
contribuyen al efecto de secado..
8.3. Mtodos de Disposicin Inaceptables
Los mtodos de disposicin no tratados en los prrafos anteriores
son considerados inaceptables. Estos incluyen cualquier tipo de
descarga sin control y descargas controladas en zonas
ambientalmente sensibles. Algunas de las prcticas inaceptables ms
comunes se presentan a continuacin.
8.3.1. Descarga Controlada en Zonas Costeras
Las descargas controladas en zonas costeras son comunes en
algunos pases. Esta prctica se ha realizado durante muchos aos y se
estn empezando a notar los efectos. Estos efectos son, como es de
esperar, ms pronunciados en los cuerpos de agua que estn
semi-estancados, donde las corrientes son bajas y donde la
reposicin por marea es limitada.
Los efectos han sido la destruccin de comunidades bentnicas en
las cercanas de las desembocaduras y la severa limitacin de su
crecimiento en zonas adyacentes a las mismas. Tambin se ha
observado la contaminacin de criaderos de ostras y mariscos con
fenoles y otras materias orgnicas, la concentracin de metales
pesados y niveles excepcionalmente altos de Radio 226 y Estroncio
90.
Es probable que se impongan restricciones y reglamentos
adicionales sobre la descarga de agua producida en zonas costeras y
pantanosas en un futuro no muy lejano y es posible que estas
restricciones sean muy severas. Teniendo en cuenta la cantidad de
alimentos cosechados en estas aguas se recomienda que las descargas
en estas zonas sean consideradas como ambientalmente
inaceptables.
8.3.2. Disposicin por Espacio Anular
La disposicin por espacio anular es otra forma de descarga sin
control. Hay poca informacin respecto hacia dnde van realmente los
fluidos y, en muchos casos, se excede la presin de fractura de la
formacin en la zapata de cementacin de la tubera de revestimiento
superficial. La mayora de estos fluidos probablemente migran hacia
arriba a travs de las fracturas creadas y terminarn eventualmente
en arena de agua potable o dulce.
Estos lineamientos no contemplan el problema de la eliminacin
del fluido de perforacin, donde los lodos a base de agua, contienen
muchas veces altos niveles de slidos, especialmente de bentonita
(arcilla), se bombean por el espacio anular si el pozo ha sido
entubado, o por debajo de la primera tubera de revestimiento, si no
lo ha sido. Sin embargo, es de notar que esto ocurre una sola vez,
generalmente se limita a pozos secos (muchas compaas consideran que
bombear por el espacio anular de un pozo productivo constituye un
riesgo mecnico inaceptable) y con bajos volmenes de fluidos.
8.3.3. Cualquier otra Descarga no Controlada
Como se ha destacado arriba, cualquier otra descarga no
controlada perjudica al medio ambiente y es inaceptable. El uso de
agua salada en los caminos es irresponsable.
Descargar en arroyos de agua dulce, ros y otros cuerpos de agua
dulce es inaceptable. La opinin pblica y la legislacin estn tomando
esta posicin y slo es cuestin de tiempo (limitado) antes de que
tales mtodos de eliminacin, y otros aceptados actualmente, sean
completamente proscritos.
9. CONFINAMIENTO DEL AGUA DE FORMACIN
Se denomina sistema de confinamiento (reinyeccin) de agua a
todas las operaciones y equipos requeridos para el tratamiento y
bombeo del agua de formacin hacia los pozos reinyectores. Esto
contempla una serie de instalaciones que pretenden mejorar la
calidad del agua y prolongar la vida til de tuberas, accesorios,
tanques, bombas y arena receptora.
El agua producida conjuntamente con el petrleo, ocasiona prdidas
econmicas y problemas ambientales, por estas razones se debe
encontrar un sistema que permita manejar el agua de tal forma que
los costos y los riesgos ambientales se reduzcan; los sistemas de
inyeccin y reinyeccin de agua de formacin combinan las facilidades
de produccin de petrleo con sus instalaciones, para tratar el agua
producida a fin de alcanzar los requisitos de calidad requeridos
para dicha operacin.
Actualmente la produccin de crudo se obtiene principalmente por
mtodos de recuperacin primaria y secundaria con un recobro promedio
del 35% del petrleo in situ.
Como esta recuperacin an es demasiado baja se han implementado
mtodos de recobro mejorado EOR (Enhanced Ol Recovery) las cuales en
su mayora implican la inyeccin de un fluido, hoy en da ms de la
mitad de la produccin de crudo proviene de la inyeccin de agua.
Para evidenciar la importancia del agua de formacin en el
proceso de reinyeccin se har un pequeo parntesis e iniciando con
una breve explicacin sobre produccin.
9.1. PRODUCCIN PRIMARIA:
Cuando el petrleo surge de forma natural ya sea por la presin
del gas o del agua contenidos en el yacimiento.
9.2. PRODUCCIN SECUNDARIA:
Cuando el yacimiento pierde su presin natural y es necesario
inyectar un fluido, de esta manera se aumenta la presin del
sistema.
9.3. PRODUCCION TERCIARIA:
Cuando es necesario utilizar otros mtodos diferentes a los
anteriores como inyeccin de vapor, gases miscibles (CO2), etc.
NOTA: Cabe aclarar que ordenar la produccin (primaria, secundaria,
terciaria) no siempre es lo ms adecuado pues en algunos casos
cuando el yacimiento no tiene la suficiente presin la inyeccin de
agua es necesaria como primera medida, igualmente cuando los crudos
pesados son demasiados viscosos seria econmicamente poco rentable
la inyeccin de agua en el yacimiento y como primera medida se debe
adoptar la inyeccin de vapor, gases miscibles, etc.
10. TIPOS DE INYECCIN
De acuerdo con la posicin de los pozos reinyectores y
productores el confinamiento se puede llevar a cabo de dos
maneras:
10.1. INYECCIN PERIFRICA:
Consiste en inyectar el agua en los flancos del yacimiento, es
decir el agua se inyecta cerca del acufero (si est presente).
10.1.1. Caractersticas:
Se utiliza cuando no se posee una buena descripcin del
yacimiento.
10.1.2. Ventajas:
No es necesaria una gran cantidad de pozos inyectores.
No requiere la perforacin de pozos adicionales, pues se puede
reinyectar el agua por medio de pozos productores viejos.
El recobro de petrleo es alto con un mnimo de produccin de
agua.
10.1.3. Desventajas:
Puede fallar si no hay la comunicacin adecuada entre la
periferia y el yacimiento.
El proceso de desplazamiento es largo por lo que el recobro es a
largo plazo.
10.2. INYECCION EN ARREGLOS:
Consiste en inyectar el agua directamente en la zona del
petrleo, el agua invade esta zona y desplaza los fluidos del
volumen invadido hacia los pozos productores.
10.2.1. Caractersticas:
Los pozos productores y los inyectores forman un arreglo
geomtrico.
La seleccin del arreglo geomtrico depende de los lmites del
yacimiento as como de la permeabilidad, porosidad y el nmero de
pozos existentes.
Se emplea en yacimientos con una gran extensin arela.
10.2.2. Ventajas:
Rpida respuesta del yacimiento.
El volumen de petrleo recuperado es bastante en un breve periodo
de tiempo.
10.2.3. Desventajas:
En comparacin con la inyeccin perifrica su costo econmico es
mayor, pues implica la construccin de pozos nuevos.
Requiere mejor descripcin del yacimiento.
CONCLUSIONES
Las propiedades qumicas del agua producida varan
considerablemente dependiendo de la ubicacin geogrfica del campo,
la formacin geolgica con la que el agua producida ha estado en
contacto durante miles de aos y el tipo de producto de hidrocarburo
que se producen.
Las propiedades agua producida y el volumen incluso puede variar
a lo largo de la vida til de un depsito.Sin inyeccin de agua las
operaciones se llevan a cabo, estas propiedades y volmenes pueden
variar an ms dramticamente como el agua adicional que se inyecta en
la formacin.
El agua producida conjuntamente con el petrleo, ocasiona prdidas
econmicas y problemas ambientales, por estas razones se debe
encontrar un sistema que permita manejar el agua de tal forma que
los costos y los riesgos ambientales se reduzcan.
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laboratorio de fluidos, UIS (2011).
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