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MSc. María Alejandra Rodríguez
Docente Asistente
Grupo WOSS: Pérez V., Fung E., González M., García A., Gómez B., Quintero I.
Tutoría: Prof. José Ángel Sorrentino
Escuela de Ingeniería Química - Laboratorio de Separaciones Mecánicas
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Contenido
¿Por qué desestabilizar emulsiones en fosas de producción?
¿Qué metodología se aplica?
Resultados relevantes
Conclusiones
Logros y proyecciones a futuro
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Por qué desestabilizar emulsiones en fosas de producción?
Pasivo ambiental
Estabilidad
Explotación y
producción
Emulsión
Fosas de
Producción
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Por qué desestabilizar emulsiones en fosas de producción?
Tamaño de gota
Tensión
interfacial
Tipo de crudo
Salinidad
Cremado
Envejecimiento
Sedimentación
Temperatura
Densidad
Emulsión estable Floculación
Relación de las
fases
Viscosidad
Tipo de
crudo
Coalescencia XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Por qué desestabilizar emulsiones en fosas de producción?
Proceso
híbrido
Campo
eléctrico
Coalescencia
Medio
coalescedor
Intensificación
de procesos
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Por qué desestabilizar emulsiones en fosas de producción?
Disponibilidad de recursos Mecánico Tipo de crudo TRATAMIENTOS Separación eficiente Térmico Químico Eléctrico Microondas XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Por qué desestabilizar emulsiones en fosas de producción?
CAMPO ELÉCTRICO XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Por qué desestabilizar emulsiones en fosas de producción?
Medio coalescedor
Coalescencia
•  Continuo
•  Disperso
Sedimentación
Separación de
fases
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Separación electrostática: campo eléctrico
¿Acelerador de la coalescencia, desestabilizador ó ambos?
Mojabilidad: superficie hidrofóbica, superficie hidrofílica
¿Que tipo de superficie favorece la coalescencia de las gotas de
agua en la emulsión W/O?
Procesos híbridos: separación electrostática/mojabilidad
¿Si se integran los efectos de estos procesos, se optimiza la
coalescencia?
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Objetivo general
Objetivo General
Diseño y puesta a punto de una celda continua de separación
electrostática que permita la inclusión de medios coalescedores
para evaluar el efecto de éstos en el tratamiento de emulsiones de
agua en crudo (W/O) provenientes de fosas de producción.
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Qué metodología se aplica?
Microscope Observation Cell Caracterización de
las fosas de
producción
Estudio a nivel
microscópico batch
Escalamiento batch
Escalamiento en
continuo
Tratamiento en
continuo con medio
coalescedor
Separación electrostática
Medio
coalescedor
Centrifugación
Acema-100
Merey-31
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Qué metodología se aplica?
Microscope Observation Cell Caracterización de
las fosas de
producción
Determinación de
distintas
propiedades
Resultados esperados en cada etapa
Estudio a nivel
microscópico
batch
Determinación del
voltaje
Observación de
fenómenos
Escalamiento
batch
Escalamiento
continuo
Tratamiento en
continuo con
medio
coalescedor
Desestabilización
con campo
eléctrico
La variable que
afecta en mayor
grado la
desestabilización
Tipo de medio
coalescedor que
favorece la
desestabilización
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Qué metodología se aplica?
Caracterización de las muestras: fosas de producción
Densidad
Viscosidad
Contenido de
agua
Análisis
S.A.R.A.
Contenido de
sal en la fase
acuosa
Distribución
acumulada de
tamaño de
gotas
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Qué metodología se aplica?
Identificación de los fenómenos electrostáticos a nivel microscópico
Acema-100
+ I M D -­‐
Celda de observación
Reproducibilidad a mayor escala
+ I1 M1 D1 I2 M2 D2 I3 M3 D3 -­‐ Celda de trabajo
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Qué metodología se aplica?
Efecto de las principales variables en la celda continua
Acema-100
Merey-31
Diseño Factorial 24
ê  A: Tipo de celda
ê  B: Voltaje
16
pruebas
ê  C: Tipo de corriente (AC, DC)
ê  D: Tiempo de residencia
Celda plana
Celda cilíndrica
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Microscope Observation Cell 7000
6000
Volumen
5000
V = 6300 mm3 4000
3000
2000
V = 4000 mm3
1000
0
V = 2.25
mm3
Observación
V = 150 mm3
Trabajo
Continua
Tipo de celda
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¿Qué metodología se aplica?
Incorporación del medio coalescedor en celda continua
Celda plana
Mojabilidad
Fracción de vacío (adim.)
A nillos de vidrio
Material coales cedor
Hidrofílico
0,84
Polietileno
Hidrofóbico
0,52
Es feras de vidrio
Hidrofílico
0,56
Rocas
Intermedio
0,62
Cás caras de maní
Aros de vidrio
Hidrofóbico
Material coales cedor
Campo eléctrico 0,72
Mojabilidad
Fracción de vacío (adim.)
A nillos de vidrio
Hidrofílico
0,84
Polietileno
Hidrofóbico
0,52
Es feras de vidrio
Hidrofílico
0,56
Rocas
Intermedio
0,62
Cás caras de maní
Esferas de vidrio
Hidrofóbico
0,72
Mojabilidad
Fracción de vacío (adim.)
A nillos de vidrio
Hidrofílico
0,84
Polietileno
Hidrofóbico
0,52
Es feras de vidrio
Hidrofílico
0,56
Intermedio
0,62
Material coales cedor
Rocas
Esferas de polietileno
Cás caras de maní
Medio coalescedor Hidrofóbico
Material coales cedor
Fracción de vacío (adim.)
A nillos de vidrio
Hidrofílico
0,84
Polietileno
Hidrofóbico
0,52
Es feras de vidrio
Hidrofílico
0,56
Rocas
Intermedio
0,62
Cás caras de maní
Rocas
Hidrofóbico
0,72
Mojabilidad
Fracción de vacío (adim.)
A nillos de vidrio
Hidrofílico
0,84
Polietileno
Hidrofóbico
0,52
Es feras de vidrio
Hidrofílico
0,56
Rocas
Intermedio
0,62
Material coales cedor
4000 mm3
0,72
Mojabilidad
Cascaras de maní
Cás caras de maní
Hidrofóbico
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 0,72
Resultados relevantes
Caracterización de las muestras: fosas de producción
Densidad (gr/
ml)
Viscosidad a
50º`C (cP)
Contenido de
agua (%v/v)
Concentración
de sal (%p/p)
Análsis SARA
(%p/p)
Distribución
acumulada D50
(µm)
S:42,3
A:18,5
R:27,9
A:11,3
25,5
Acema-100
0,953
2000
37
1,15
Merey-31
S:16,1
A:48,4
0,984
8200
16
0,46
R:25,5
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del GA:10,0
as -­‐ AVPG 2015 3,8
Resultados relevantes
Acema-100
Identificación de los fenómenos electrostáticos a nivel microscópico
DC 2KV/cm
AC 6KV/cm
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Resultados relevantes
Reproducibilidad de los fenómenos
Comparación del tipo de celda
1,0
Distribución acumulada, F2(XA) [-]
Distribución acumulada, F2(XA) [-]
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
1
10
100
Tamaño de Partícula, XA [µm]
1,0
Celda de trabajo AC
Original
Celda de observación AC
0,9
Acema-100
1000
6 KV/cm
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
Celda de trabajo DC
Original
Celda de observación DC
0,1
0,0
1
10
100
Tamaño de Partícula, XA [µm]
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 1000
2 KV/cm
Resultados relevantes
Reproducibilidad de los fenómenos
Factor de desestabilización
𝑭𝑫=​!↓𝑾 ​ ∗𝑹↓𝟐 (​𝑿↓𝑨 µμ𝐦)/​​ ϕ↓𝑾 ↑𝟎 Muestra tratada ∗𝑹↓𝟐 ↑𝟎 (​𝑿↓𝑨 µμ𝒎) Muestra original <1
Disminuye la cantidad de agua en
gotas grandes
1
No hay cambio
>1
Aumenta la cantidad de agua en
gotas grandes
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Resultados relevantes
Reproducibilidad de los fenómenos
Comparación del tipo de celda
1,0
Distribución acumulada, F2(XA) [-]
0,8
Distribución acumulada, F2(XA) [-]
Celda de trabajo AC
Original
Celda de observación AC
0,9
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
1
10de Partícula, XA [µm]
Tamaño
100
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
Celda de trabajo DC
Original
Celda de observación DC
1
1000
Acema-100
10 de Partícula, XA [µm]100
Tamaño
1000
2 KV/cm
6 KV/cm
FD
Celda de observación
Celda de trabajo
2KV/cm DC
3.1
1.3
6KV/cm AC
˃ 10
3.3
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Resultados relevantes
Número de prueba
Efecto de las principales variables en la celda continua
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0,0
0,5
1,0
1,5
Acema-100
2,0
2,5
3,0
0,0
0,5
Factor de desestabilización FD
1,0
1,5
2,0
Merey-31
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 2,5
3,0
Resultados relevantes
Material
de Fosa
Electrodo negativo (-)
Electrodo positivo (+)
Efecto de las principales variables en la celda continua
Fosa
Acema-100
Merey-31
Tipo de celda
plana
cilíndrica
Tipo de
corriente
AC/DC
DC
Voltaje
alto
bajo
Tiempo de
residencia
bajo
alto/bajo
Electrodo
negativo
(-)
Material
de Fosa
Electrodo positivo (+)
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Resultados relevantes
1,0
Muestra original
Celda plana
Celda cilíndrica
0,9
Acema-100
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
1
10
Tamaño de gotas, XA (µm)
100
Merey-31
Distribución acumulada de gotas F2(XA) (-)
Distribución acumulada de gotas F2(XA) (-)
Efecto de las principales variables en la celda continua
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
1
10
Tamaño de gotas, XA (µm)
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 100
Resultados relevantes
Incorporación del medio coalescedor en celda continua
Acema-100
100
80
60
40
20
Temperatura ambiente
Alto tiempo de residencia (t3)
0
Campo DC
Campo DC + Centrifugación
Material coalescedor
Geometría
Fracción de vacío
polietileno
esférica
0,52
vidrio
esférica
0,56
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Centrifugación: 5min a 2700rpm Resultados relevantes
Incorporación del medio coalescedor en celda continua
Merey-31
Factor de desestabilización FD (-)
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
Anillos de vidrio 20X
0,4
Esferas de polietileno 20X
0,2
0
5
10
15
20
25
Volumen de muestra recolectado (ml)
30
35
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 40
Resultados relevantes
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Conclusiones
Desestabilización electrostática de emulsiones en la fosas de producción
ê  Las fosas Acema-100 y Merey-31 presentan una emulsión W/O muy estable.
ê  A nivel microscópico se observa desestabilización (DC, AC), siendo esta menor a
mayor escala motivado a la viscosidad y a la mayor separación entre los
electrodos.
ê  El sistema en continuo, permitió la separación de fases durante el tratamiento
electrostático.
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Conclusiones
Desestabilización electrostática de emulsiones en la fosas de producción
ê  La centrifugación promueve la separación de fases solo si se ha tratado
previamente la muestra con campo eléctrico.
ê  El contenido de agua, la densidad y la conductividad de la fase acuosa son
importantes en la desestabilización, pero la viscosidad es determinante tanto en
la desestabilización como en la separación de fases.
ê  La microscopía óptica permitió comparar el efecto del tratamiento aplicado a
través del cálculo del Factor de Desestabilización cuando no se presentó
separación de fases.
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Desestabilización electrostática de emulsiones en la fosas de producción
Desestabilización
W/O
Medio hidrofílico
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Desestabilización electrostática de emulsiones en la fosas de producción
Coalescencia
Campo
eléctrico
Demulsificante
Coalescencia
Campo
eléctrico
Medio
coalescedor
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Desestabilización electrostática de emulsiones en la fosas de producción
ü  Logros
ü  Proyecciones a futuro
La desestabilización de emulsiones muy
1. Profundizar el estudio del campo
eléctrico con medio coalescedor, en
diferentes configuraciones de lecho.
estables con la aplicación de un proceso
híbrido de campo eléctrico y medio
coalescedor, sin la incorporación de
2. Empleo de materiales de desecho
como medio coalescedor.
demulsificantes.
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Desestabilización electrostática de emulsiones en la fosas de producción
AGRADECIMIENTOS
FONACIT
Fondo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación.
IDEA
Instituto de Estudios Avanzados.
LSM
Laboratorio de Separaciones Mecánicas. Universidad Central de Venezuela.
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Por su atención…
GRACIAS!!!
MSc. María Alejandra Rodríguez
[email protected]
0414-3006577
XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015