Agua de produccion

Preámbulo Características Muestreo Tratamiento del Agua de Producción

Análisis del Agua de Producción

Oscar Aressu Ebratth Salgado

Escuela de Ingeniería de Petróleos
Facultad de Ingenierías Físico-Químicas
Universidad Industrial de Santander

Seminario de Laboratorio de Fluidos
18 de enero de 2011

Universidad Industrial de Santander Laboratorio de Fluidos – Análisis del Agua de Producción


Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
2 Características del Agua de Producción
Principales Componentes del Agua de Producción
Propiedades de Interés
Métodos Analíticos Para el Agua de Producción
3 Muestreo
Generalidades
Métodos de Muestreo
4 Tratamiento del Agua de Producción
Separación de Sólidos en Suspención
Tratamiento del Contenido de Crudo



Objetivos

Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
3 Muestreo
Generalidades



Objetivos

Objetivos

Objetivo General
Describir las características del agua de producción y la
metodología a seguir para su análisis.



Objetivos

Objetivos

Objetivo General
Describir las características del agua de producción y la
metodología a seguir para su análisis.

Objetivos Especíﬁcos
Describir las características químicas y físicas del agua de producción.
Exponer diferentes técnicas de muestreo.
Identiﬁcar las propiedades que se deben analizar en un estudio de
agua de producción.
Determinar las normas y estándares necesarios para el estudio del
agua de producción.



Introducción

Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
3 Muestreo
Generalidades



Introducción

Agua: Común Denominador de Todos los Campos Petrolíferos

Deﬁnición
Agua de Producción Agua obtenida en superﬁcie, a través de pozos de
petróleo y/o gas, desde una formación de interés (agua connata), un
acuífero activo (agua intrusiva) o un proyecto de inyección de agua (agua
inyectada)



Introducción

Agua: Común Denominador de Todos los Campos Petrolíferos

Deﬁnición
Agua de Producción Agua obtenida en superﬁcie, a través de pozos de
petróleo y/o gas, desde una formación de interés (agua connata), un
acuífero activo (agua intrusiva) o un proyecto de inyección de agua (agua
inyectada)

Globalmente, por cada barril de pe-
tróleo se producen como mínimo 3
barriles de agua.
Solo en 1.999 se produjeron:
210 MMBPD de agua.
Figura. Relación Petróleo/Agua



Introducción

El Ciclo del Agua de Producción

Agua Buena
El agua desplaza al petróleo
generando su ﬂujo.
El petróleo es separado del agua.
El agua es sometida a tratamiento
antes de re-inyectarla o eliminarla.
Una parte del agua producida es
re-inyectada para mantener o
incrementar la producción de
hidrocarburos.
El campo se mantiene rentable.

Figura. Ciclo del Agua de Producción.



Introducción

El Ciclo del Agua de Producción

Agua Mala
El agua afecta negativamente el flujo de
petróleo.
Disminuye la producción de petróleo y el
agua se convierte en problema.
Los sistemas de tratamiento del agua en
superficie se sobrecargan.
Se genera en superficie más agua que la
necesaria para el proceso de re-inyección.
El tratamiento y/o la eliminación del exce-
so de agua se suma a los costos de pro-
ducción.
El campo pierde rentabilidad lo que pue-
de provocar el abandono de importantes
reservas.
Figura. Ciclo del Agua de Producción.



Introducción

Agua Buena y Agua Mala

Agua Buena Agua Mala
Ocurre cuando el ﬂujo de agua y pe- Ocurre cuando el ﬂujo de agua no
tróleo esta mezclado a través de la contribuye a la producción de petró-
matriz de la formación. leo.

Figura. Agua Buena y Agua Mala



Introducción


Deﬁnición
Limite Económico de WOR Es la relación agua/petróleo a la cual el costo
de tratar y/o eliminar el agua producida es igual a las ganancias obtenidas
del petróleo.



Introducción


Deﬁnición
Limite Económico de WOR Es la relación agua/petróleo a la cual el costo
de tratar y/o eliminar el agua producida es igual a las ganancias obtenidas
del petróleo.

Agua Buena Agua Mala
Es el agua producida por debajo Es el agua producida por encima
del límite económico de WOR. del límite económico de WOR.




Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
3 Muestreo
Generalidades





Cationes

Calcio. Hierro.
Magnesio. Bario.
Sodio. Estroncio.





Cationes

Problemas Asociados
Calcio. Formación severa de escamas.
Magnesio. Formación de sólidos suspendidos.
Sodio.
Hierro. Determinación
Bario. AAS. ASTM D 511-92.

Estroncio. ICP. SM 3500-Ca C.
Titulación. ASTM D 511-92.





Cationes

Problemas Asociados
Calcio. Formación de escamas.
Magnesio. Taponamiento de la Formación.
Sodio.

Estroncio. ICP. SM 3500-Mg C.





Cationes

Calcio. Problemas Asociados
Magnesio. Problemas Medio-Ambientales.
Sodio. Fatal para la vida vegetal.
Hierro.
Bario. Determinación
Estroncio. AAS. ASTM D 3561-77.





Cationes

Indicador de Corrosión.
Magnesio.
Insoluble.
Sodio.
Bario. ICP. SM 3500-Fe C.
Estroncio. AAS. SM 3500-Fe B.





Cationes

Formación de escamas.
Magnesio.
Sodio.
Determinación
Hierro.
AAS. ASTM D 3651-92.
Bario. ICP. SM 3500-Ba C.
Estroncio. Turbidimetría.





Cationes

Magnesio. Formación de escamas.
Sodio.
ICP. SM 3500-Sr C.
Estroncio.





Aniones
Cloro. Problemas Asociados
Carbonatos y Se presenta como sal.
Bicarbonatos. Corrosión.
Sulfatos.
Determinación
Mohr/Colorimétrico. ASTM D4458.
Mohr/Electrométrico. SM 4500-Cl D.
Cromatografía de Iones.
ASTM D 4327-91.





Aniones
Carbonatos y Formación de escamas.
Bicarbonatos.
Sulfatos. Determinación
Método Electrométrico.
ASTM D 1067-92.
Indicador. SM 2320-B.





Aniones
Carbonatos y Formación de escamas.
Bicarbonatos.
Sulfatos. Determinación
Cromatografía de Iones.
ASTM D 4327-91.
Turbidimetria. ASTM D4130-82
Gravimetría. SM 4500-SO4 C




Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
3 Muestreo
Generalidades




Propiedades más Relevantes del Agua de Producción

pH. Oxígeno Disuelto
Turbidez. Demanda Química de
Temperatura. Oxígeno (COD)
Conductividad. Demanda Bioquímica de
Oxígeno
Gravedad Especíﬁca.
Contenido de Sólidos
Población Bacteriana.
Suspendidos (TSS)
Dióxido de Carbono
Composición Química
Disuelto.
de Sólidos Suspendidos
Sulfuro de Hidrógeno
Contenido de Aceite y
Disuelto.
Grasas





pH. Deﬁnición
Turbidez. Medida de la acidez o alcalinidad
de una sustancia.
Temperatura. Mayor pH mas escamas.
Conductividad. Menor pH menos escamas.
Gravedad Especíﬁca. Menor pH Mas corrosión.
H2 O de Producción 4<pH<8
Dióxido de Carbono Determinación
Disuelto. pH-metro
Sulfuro de Hidrógeno ASTM D 1293-84
Disuelto.





pH. Deﬁnición
Turbidez. Alteración de las propiedades
ópticas del agua.
Temperatura. Material en suspensión.
Conductividad. Arcilla, materia orgánica o
inorgánica, microorganismos.
Aceite y Burbujas de Gas.
Población Bacteriana. Indica posibilidad de
taponamiento
Dióxido de Carbono
Disuelto.
Determinación
Nefelometría.
Disuelto. ASTM D 1889-88





pH. Definición
Turbidez. Mide la actividad molecular de un
sistema.
Temperatura. Influye en la formación de
Conductividad. escamas.
Influye en la solubilidad de gases
Gravedad Específica. en el agua.
Población Bacteriana. Influye en la precipitación de
compuestos.
Dióxido de Carbono
Disuelto. Determinación
Sulfuro de Hidrógeno Termómetro.
Disuelto.





pH. Deﬁnición
Turbidez. Mide la habilidad de los iones
para transmitir una corriente
Temperatura. eléctrica.
Conductividad. Función de la velocidad a la cual
se mueven los iones.
Gravedad Especíﬁca. Se ve afectada por la
Población Bacteriana. temperatura.
Es el inverso de la resistividad.
Dióxido de Carbono
Sulfuro de Hidrógeno Método Instrumental
Disuelto. ASTM D1125-91





pH. Deﬁnición
Turbidez. Razón entre la densidad de una
sustancia respecto a otra tomada
Temperatura. como referencia, a una
temperatura estándar.
Conductividad.
El agua es el estándar usual para
Gravedad Especíﬁca. sólidos y líquidos.
Población Bacteriana. Se mide a condiciones
ambientales y se corrige a la
Dióxido de Carbono temperatura estándar.
Disuelto.
Determinación
Hidrómetro ASTM D 1429-86.
Disuelto.
Balance ASTM D 1429-86.
Picnómetro ASTM D 1429-86.





pH. Deﬁnición
Turbidez. Presencia de microorganismos
en el agua de producción.
Temperatura. Muy pequeñas y se reproducen
Conductividad. muy rápido.
Se desarrollan principalmente en
Gravedad Especíﬁca. ambientes con 5<pH<9.
Población Bacteriana. Producen Corrosión y
Taponamiento.
Dióxido de Carbono
Sulfuro de Hidrógeno Cultivo en condiciones favorables
Disuelto. para su desarrollo.
NACE TM0194-94





pH. Deﬁnición
Turbidez. Generalmente disuelto en el agua
presente en los yacimientos.
Temperatura. Aumenta la acidez del agua.
Conductividad. Incrementan la corrosión.
Determinación
Titulación
Dióxido de Carbono SM 4500-CO2 C
Disuelto.
Disuelto.





pH. Deﬁnición
Turbidez. Generalmente disuelto en el agua
presente en los yacimientos.
Temperatura. Aumenta la acidez del agua.
Conductividad. Incrementan la corrosión.
Gravedad Especíﬁca. Se detecta por su olor.

Determinación
Dióxido de Carbono Titulación. SM 4500-S= E
Disuelto. Ion electrón. ASTM D 4658-92
Sulfuro de Hidrógeno Azul de Metileno. SM 4500-S2˘ D
Disuelto. Tren de gas de Garret.
API RP 13B-1





Deﬁnición Oxígeno Disuelto
Contribuye a la corrosión. Demanda Química de
Formación de Óxidos no solubles. Oxígeno (COD)
Puede causar taponamiento.
Demanda Bioquímica de
Oxígeno
Determinación
DO-metro. ASTM D 888-92. Suspendidos (TSS)
Colorimetría. ASTM D 888-92. Composición Química
Grasas





Oxigeno necesario para oxidar la Demanda Química de
materia orgánica, mediante
permanganato o dicromato de
Oxígeno (COD)
potasio. Demanda Bioquímica de
Mide el grado de contaminación. Oxígeno
Mide el contenido de materia
orgánica. Contenido de Sólidos
Suspendidos (TSS)
Determinación Composición Química
Reﬂujo Abierto. de Sólidos Suspendidos
SM 5220-B.
Grasas





Oxigeno necesario para Demanda Química de
descomponer la materia orgánica
mediante acción de los
Oxígeno (COD)
microorganismos aerobios Demanda Bioquímica de
presentes en el agua.
Oxígeno
Determinación Contenido de Sólidos
Método Biológico.
Suspendidos (TSS)
SM 5210-B. Composición Química
Grasas





Peso de los sólidos dividido en el Demanda Química de
volumen de agua.
Oxígeno (COD)
Se mide con ﬁltros de membrana.
Indica la tendencia al
taponamiento. Oxígeno
Determinación Suspendidos (TSS)
Filtración. SM 2540-D.
Grasas





Permite conocer el origen de los Demanda Química de
sólidos en suspensión.
Oxígeno (COD)
Indicador de corrosión.
Indica incrustaciones de
partículas. Oxígeno
Señal de formaciones rocosas.
Vital en el diseño de limpieza de
taponamientos.
Suspendidos (TSS)
Determinación de Sólidos Suspendidos
Titulación. Contenido de Aceite y
Análisis Químico. Grasas





El aceite tiende a formar Demanda Química de
emulsiones.
Oxígeno (COD)
Atrae sólidos que pueden
provocar taponamiento. Demanda Bioquímica de
Evaluación del impacto Oxígeno
ambiental.
Determinación Suspendidos (TSS)
Infrarrojos. ASTM D 3921-85. Composición Química
Colorimetría. de Sólidos Suspendidos
Gravimetría. SM 5520-B. Contenido de Aceite y
Grasas




Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
3 Muestreo
Generalidades




Titulación

Definición
Método de análisis químico cuantitativo.
Determina la concentración desconocida de un reactivo conocido.
Un titulador de concentración conocida, reacciona con un analito.
El punto final se determina mediante el uso de un indicador.

Procedimiento
A un volumen preciso de analito se agrega una
cantidad de indicador.
Se añade el titulador, controlando su cantidad.
Se determina el punto punto final.
Se calcula el numero de moles del titulador.
Se calcula el número de moles de analito y su
volumen.

Figura. Titulación



AAS: Flame Atomic Absorption Spectrometry

Resumen del Método

Se basa en la espectrometría de Absorción.
La cantidad de energia para excitar un analito es única para cada elemento.
Permite conocer la concentración de analito en una muestra.
Emite una luz que atraviesa una nube de átomos libres.
Se mide la cantidad de luz absorbida por la nube de atomos libres.
Se halla la relación entre la luz absorbida con y sin el analito.
Se halla la concentración de analito a partir de la ecuación de Beer-Lambert.




Cromatografía de Intercambio Iónico

Resumen del Método
1 Un eluente ayuda a transportar la muestra a través del sistema





Resumen del Método
2 Una columna guardian se usa para proteger al separador de contaminantes.





Resumen del Método
3 Una {alertcolumna analítica interactua con los iones de la fase móvil.





Resumen del Método
4 Un supresor neutraliza el eluente.





Resumen del Método
5 Un detector mide la conductividad de la fase móvil.





Resumen del Método
6 Un procesador interpreta los datos y elabora un cromatograma



Generalidades

Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
3 Muestreo
Generalidades



Generalidades

Objetivos del Muestreo

Muestras Representativas
Recoger una pequeña
porción de sustancia de tal
manera que la muestra sea
representativa del todo.



Generalidades


Muestras Representativas
Recoger una pequeña
porción de sustancia de tal
manera que la muestra sea
representativa del todo.

Tener en Cuenta:
Selección cuidadosa de los
puntos de muestreo.



Generalidades


Muestras Útiles
Procurar reducir al mínimo los
cambios composicionales
antes de los análisis
requeridos.



Generalidades


Muestras Útiles
Procurar reducir al mínimo los
cambios composicionales
antes de los análisis
requeridos.

Tener en Cuenta:
Enfatizar la atención sobre las
técnicas de muestreo.
La manipulación correcta de
la muestra, incluyendo el uso
de técnicas de preservación
cuando sea requerido.



Generalidades

Contenedores, Cantidades y Tipos de Muestras

Contenedores
Usar contenedores nuevos o muy limpios.
Determinar si los análisis a realizar requieren contenedor de vidrio, de
plástico u otro.

Cantidad de Muestra
En general de 500 a 1000 ml son suficientes para la mayoría de las
pruebas.

Tipos de muestras
Muestras filtradas o sin filtrar.
Muestras para análisis de gas disuelto.
Muestras para análisis de isótopos estables.
Muestras para determinar propiedades o especies inestables.



Generalidades

Contenedores, Cantidades y Tipos de Muestras

Figura. Resumen de Requerimientos de Manipulación de Muestras




Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
3 Muestreo
Generalidades




Muestreo en Cabeza de Pozo

Procedimiento

Figura. Muestreo en Cabeza de Pozo.

Conectar un tubo de plástico o caucho a la válvula de muestreo.
Se deja ﬂuir un poco antes de tomar la muestra.
Se introduce el tubo hasta el fondo del contenedor.
Se deja desplazar varios volúmenes de ﬂuido.
Se retira lentamente el tubo.
Se tapa y se etiqueta el contenedor.




Muestreo en Linea de Flujo

Procedimiento
Se hace el montaje sobre una
linea de ﬂujo.
Se abren todas las válvulas.
Se cierra la válvula posterior al
contenedor.
Se cierra la válvula anterior al
contenedor.
Se retira el contenedor.
Se etiqueta el contenedor.

Figura. Muestreo en Linea de Flujo




Muestreo con Sistema de Filtración

Montaje
Jeringa desechable de 50 mL.
Dos válvulas Cheque.
Un soporte para papel filtro.
Papel filtro de 47mm de diámetro y
0.45µm de tamaño de poro.

Figura. Muestreo Filtrado.

Procedimiento
Se lleva la manguera a la jeringa.
La jeringa actúa como una bomba para forzar el liquido a pasar por el filtro.
Se repite el paso anterior hasta que se llene el contenedor.
Se retira, se tapa y se etiqueta el contenedor.
Usualmente se toman dos muestras, una se acidifica hasta ph=3.




Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
3 Muestreo
Generalidades




Asentamiento Gravitacional

Figura. Asentamiento Gravitacional
Descripción
Las partículas sólidas son mas densas que el agua.
Las partículas sólidas se asientan en el fondo del equipo.
Las dimensiones de los tanques de separacion se pueden determinar a partir de
la ecuación de stokes.




Asentamiento Gravitacional

65qw µw 1,78 × 10−6 ∆γ(dp )2 qw
b= va = vw = 6,5 × 10−5
∆γ(dp )2 Le µw hf b

Figura. Asentamiento Gravitacional




Desarenadores de Ciclón

Descripción
Aparatos cónicos que usan la fuerza centrifuga para separar las
partículas mas pesadas del liquido.





Descripción
1 Un ﬂuido presurizado entra a un manifold que distribuye la corriente a ciclones
individuales.

Figura. Desarenador




Descripción
2 El ﬂuido entra tangencialmente directo a las paredes de una sección cilindrica
sobre un cono truncado.

Figura. Desarenador




Descripción
3 Se genera un ﬂujo en espiral que fuerza a las particulas mas pesadas a salir por
la parte inferior del cono.

Figura. Desarenador




Descripción
4 El agua se mueve hacia el vacio creado en el centro del cono y sale por el tubo
de sobre ﬂujo

Figura. Desarenador



Contenido

1 Preámbulo
Objetivos
Introducción
3 Muestreo
Generalidades




Derivaciones de la ley de Stokes

65qw µw 1,78 × 10−6 ∆γ(dp )2 vw = 6,5 × 10−5
qw
b= va =
∆γ(dp )2 Le µw hf b

Mientras mas grandes sean la gotas de crudo, mas facil es tratar el
agua.
Mientras mas grande sea la diferencia entre las densidades del agua y
del crudo mas facil es tratar el agua.
Mientras mas alta sea la temperatura mas fácil es tratar el crudo.


Apéndice

Conclusiones

Conclusiones

Desde su origen hasta su disposición ﬁnal, el agua producida ejerce una fuerte
inﬂuencia en muchos aspectos técnicos y económicos de la indsutria petrolera,
representando una increible oportunidad para incrementar la producción de
hidrocarburos y a la vez una posible causa del abandono de importantes
reservas.

El primer paso para encontrar soluciones es el pleno conocimiento del
problema. El estudio de las propiedades del agua producida ofrece bases para
tomar desiciones técnicamente acertadas y economicamente favorables.

La importancia de las buenas prácticas de muestreo radica en que no existe
trabajo analítico en el laboratorio que pueda compensar la falta de una muestra
representativa del problema a estudiar.

La industria de los hidrocarburos, debe seguir trabajando en la optimización de
los métodos de tratamiento, de manera que se logre alcanzar la mínima
contaminación posible sin afectar la rentabilidad del proyecto.


Apéndice

Bibliograﬁa

Bibliografía I

C.E. Thomas, Carroll F. Mahoney, George W. Winter. et.al
The Petroleum Engineer Handbook, Capitulos 14 y 44.
SPE, 1999.
American Petroleum Institute.
Recommended Practice for Analysis of Oilﬁeld Waters API
RP 45.
API, 1998.
American Society of Test Methods
Volumen 11 Water. Capítulos 1 y 2..
ASTM, 2004.


Apéndice

Bibliograﬁa

Bibliografía II

ARNOLD. Richard. et.al
Manejo de la Producción: de Residuo a Recurso..
Oilﬁel Rewiew Schlumberger, 2004.


Apéndice

Bibliograﬁa

Gracias

GRACIAS POR SU ATENCIÓN


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