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PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA CADENA DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO Andres Ardila, Jadier Aristizabal, David Bayter, Gregorio Otero. FOAMY CRUDE

CAUSAS

Los crudos espumosos añaden un problema adicional durante la producción, manejo y transporte de los hidrocarburos, dificultando su tratamiento.

En general las características que debe cumplir el crudo y las condiciones del sistema de operación para que exista la formación de espumas son las siguientes:

En un esquema de producción convencional, la tendencia del crudo a formar espumas se dará en los perforados y en la entrada de los separadores. Sin embargo, durante todo sistema de producción se encontrarán diferentes accesorios que generarán agitación y caída de presión en el fluido. La presencia y formación de espumas en superficie trae consigo una serie de problemas en los diferentes equipos e instrumentos que son requeridos para el tratamiento, acondicionamiento y bombeo de este tipo de hidrocarburos.

DEFINICIÓN Las espumas son sistemas coloidales de una fase continua liquida con alto contenido de gas que permanece disuelto durante condiciones en las que un gas asociado a un líquido convencional fluiría como fase independiente. Para que exista requiere de tres factores:   

Fluidos inmiscibles Energía (agitación) Agente estabilizador

Las espumas se generan en cualquier lugar desde la boca del pozo hasta la refinería en puntos donde la liberación de gas y las caídas de presión relacionadas ocurren en los equipos de procesamiento, tuberías, estranguladores, válvulas de control y en los dispositivos de entrada del separador donde el diseño deficiente causa una separación ineficiente.

    

Presentar contaminación Altas viscosidades Alto GOR Altas gravedad API Problemas mecánicos

PROBLEMAS GENERADOS Problema Reducir la capacidad de la unidad limitando el rendimiento a volúmenes inferiores a la capacidad de diseño Operaciones interrumpidas en la unidad, afectan el costo Contaminación de los gases y líquidos resulta en la perdida de los productos deseados Contaminantes arrastrados causan problemas aguas abajo Peligros en la seguridad (fuego, contaminación, derrames) Vida útil de los equipos

Área afectada en el proceso Deareadores, Scrubbers, Separadores, compresores de gas

Compresores de gas

Separadores, Scrubbers

Sistemas efluentes, refinería

Compresores de gas, regeneradores de glicol Scrubbers, compresores de gas

PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA CADENA DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO Andres Ardila, Jadier Aristizabal, David Bayter, Gregorio Otero. ALTERNATIVAS PARA EL CONTROL Los principales factores que ayudan a "romper" el aceite espumoso son:     

Asentamiento Agitación (desconcertante) Calor Productos químicos Fuerza centrífuga

Tratamientos químicos Los productos químicos que se adicionan con el objetivo de controlar o mitigar la espuma son:  Antiespumantes: previenen o retarda la formación de las espumas  Desespumantes: dispersan y eliminan la espuma existente. La característica general de estos aditivos químicos es que deben activos en la superficie, pero insolubles en agua. Existen, en general dos clases de aditivos químicos usados frecuentemente en la industria:  Siliconados  No siliconados (Poliglicoles) La selección de uno u otro tipo de aditivo dependerá de las características del sistema y de la naturaleza y cantidad de espuma presente. PRODUCCIÓN DE SÓLIDOS La producción de arena cuando un yacimiento está en la etapa de producción es unos de los grandes problemas que existen en la industria. Esta puede causar cortes u obstrucciones en los estranguladores y líneas de flujo, fallas en los equipos de superficie y mal funcionamiento de los equipos en fondo

de pozo. Los métodos utilizados para el control de sólidos pueden incluir la introducción de revestidores ranurados, empaques con grava o consolidados de arena con resina plástica. La intensidad y gravedad de la producción de arena varían con el grado de cementación de los granos de la arena productora y la forma en como están completados los pozos. CLASIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA  Producción transitoria: se refiere a una producción de arena que declina con respecto al tiempo. Encontrada comúnmente en limpiezas de pozos, acidificaciones o fracturamiento hidráulico.  Producción continua: Se presenta cuando se produce de formaciones no consolidadas que no cuentan con equipo de control de sólidos.  Producción catastrófica: Ocurre de forma anormal cuando los fluidos del yacimiento se producen excesivamente.

MECANISMOS DE PRODUCCIÓN DE ARENA  Movimiento de granos (zonas alejadas de la formación)  Movimiento de masas (zonas cercanas a la cara de la formación)  Fluidización masiva (movimientos masivos de arena que generan erosión). CAUSAS DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA       

Baja cementación. Disminución de la presión. Irrupción de acuíferos. Producción superior al caudal crítico. Flujo multifásico. Efectos térmicos. Factores geológicos.

PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA CADENA DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO Andres Ardila, Jadier Aristizabal, David Bayter, Gregorio Otero.  Resistencia de la roca. INICIO DE LA PRODUCCIÓN DE ARENA La producción de arena puede empezar en cualquiera de las tres etapas siguientes:  Perforación y completamiento: altos pesos del lodo pueden causar esfuerzos de cizalla sobre la roca.  Producción: cuando se produce con una tasa superior a la del caudal crítico.  Procesos de estimulación: cuando se realiza una acidificación, se puede disolver el cemento de la roca causando que esta se debilite. PROBLEMAS ASOCIADOS A LA PRODUCCIÓN DE ARENA    

Reducción en los niveles de producción. Erosión de los equipos. Acumulación en los equipos. Colapso de la formación.

DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS E INSUMOS 1) Liner ranurado Tubería manufacturada con pequeñas ranuras e impiden el paso de las partículas de arena a través de estas. Es uno de los métodos de control de arena más antiguos, debido a la simplicidad que representa. Las ranuras pueden ser rectas o trapezoidales, siendo estas últimas las más usadas debido a su menor taponamiento. 2) Empaques con grava consiste en la saturación con grava de la formación productora con grava cuyo tamaño de grano es 5 a 6 veces mayor que el tamaño de grava de la formación. La aplicación de esta técnica se puede dar en pozos revestidos o sin revestir. 3) Consolidación con resinas químicas

Este método consiste en la inyección de resinas líquidas, mezcladas con un catalizador necesario para el endurecimiento, en la formación que se endurece y forma una masa consolidada que mantiene unidos los granos en contacto con la misma. Existen otras tecnologías que resultan de la variación o combinación de las técnicas anteriormente expuestas, estas son: grava recubierta con resina, completamiento selectivo, rejillas pre-empacadas, frac pack y sistema grava resina.

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN SUPERFICIE PARA EL CONTROL DE ARENA  Trampas de arena: Consiste en dos segmentos de tubería, una ubicada encima de la otra, en los que se encuentran válvulas de aislamiento. La sección superior se denomina zona de asentamiento y está conectada directamente con la corriente del fluido a tratar, siendo esta sección donde se producirá la separación solido-liquido, mediante un cambio en la velocidad del fluido.  Separadores verticales: Son bien conocidos por tener un manejo de sólidos superior al que presentan los separadores horizontales, gracias al mejor asentamiento de los mismos. Nuevas tecnologías Conocida como disparos orientados, fue desarrollada por Schlumberger y tiene como propósito contrarrestar el efecto generado por el diferencial de esfuerzos que existe en el sub suelo, haciendo que los disparos se direcciones hacia el esfuerzo máximo horizontal.

PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA CADENA DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO Andres Ardila, Jadier Aristizabal, David Bayter, Gregorio Otero. PROBLEMAS ASOCIADOS A EMULSIONES De forma general, al ser producidos los fluidos presentes en yacimientos (agua, crudo, gas), ascienden por la tubería de producción en régimen turbulento debido a las altas velocidades y la energía o agitación que se genera al ser transportados. Posteriormente al llegar a la cabeza de pozo, esta mezcla pasa por la línea de flujo para luego entrar al separador de fluidos, allí se separan lo fluidos de la siguiente forma:

tratamientos, que ayudan a romper estas emulsiones, los cuales serán tratados más adelante. EMULSIÓN

Una emulsión es, en términos generales, una mezcla heterogénea de dos o más líquidos inmiscibles, en donde uno de ellos actúa como fase continua y otro como fase dispersa representada en forma de gotas con diámetro entre 0.1 y 100 micras. Termodinámicamente estos sistemas son inestables, esto debido a que la diferencia de densidades tiende a generar una separación de fases. AGENTE EMULSIFICANTE

Tal como se observa, después de un determinado tiempo, el agua tiende a ubicarse en la parte inferior del equipo, la cual es evacuada por línea de salida. A esta agua se le conoce como agua libre. Por otra parte cantidad de agua no logra separarse por efecto de la gravedad, debido a que se encuentra en la interface en forma de emulsión:

Son sustancias que se encargan de estabilizar las emulsiones, normalmente son los surfactantes los encargados de actuar como emulsificantes ya que estos poseen una estructura molecular tal que una parte polar tiene afinidad con el agua y una parte no polar que presenta afinidad con el crudo, y al ubicarse en la interface crudo-agua, estabilizan la mezcla:

Estas emulsiones pueden generar diferentes problemas tales como:     

Crudo fuera de especificadores Corrosión Altos costos de tratamiento Taponamiento Caídas de presión

Debido a la gran variedad de problemas que estos presentan, se han construido diferentes

Algunas sustancias presentes en el yacimiento actúan como surfactante: 

Compuestos naturales (Asfáltenos, parafinas)

PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA CADENA DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO Andres Ardila, Jadier Aristizabal, David Bayter, Gregorio Otero.  

Solidos finos Químicos

Adicionalmente, procedimientos como la inyección de polímero, surfactante polímero, álcali – surfactante – Polímero, permiten que se estabilicen las emulsiones. ADICION DE ENERGIA: Una vez se cuenten con los fluidos inmiscibles y el agente emulsificante es necesario adicionarle energía o agitación al fluido para formar la emulsión. Esta puede ser proporcionada en los siguientes sistemas o accesorios:     

Perforados SLA Choque Codos Válvulas

CLASIFICACION DE LA EMULSION

Los tratamientos comúnmente utilizados para desestabilizar las emulsiones son:    

Tratamiento térmico Tratamiento químico Tratamiento electrostático Tratamientos combinados

Por otra parte, existen nuevas tecnologías desarrollas con el fin de asegurar la separación de fases en una emulsión, una recopilación bibliográfica de estos métodos fue desarrollada por el Ing. Erick Montes en el 2010, de la cual se destacan los siguientes:    

Tratamiento ultrasónico Tratamiento magnético Tratamiento con microondas Tratamiento con microburbujas

A continuación se presenta una comparación de los diferentes tipos de tratamiento convencional con las nuevas tecnologías:

Según la fase continua, se puede encontrar emulsiones:   

Directas: agua en aceite Inversas: aceite en agua Múltiples: W/O/W

TRATAMIENTO DE EMULSIONES Lo que se busca para romper las emulsiones por medio de tratamientos es generar una floculación, coalescencia y posterior sedimentación de las gotas, afectando algunas de las variables que favorecen la estabilidad de las mismas, estas son:     

Viscosidad de la fase continua Tamaño de la gota Relación de volúmenes Temperatura Gravedad API del crudo

PROBLEMAS ASOCIADOS A ESCAMAS

La acumulación de sedimentos minerales es uno de los problemas de producción que más preocupan a los ingenieros de producción. Se trata de un conjunto de depósitos que se incrustan en los orificios de los cañoneos, los

PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA CADENA DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO Andres Ardila, Jadier Aristizabal, David Bayter, Gregorio Otero. revestidores, las tuberías de producción, las válvulas, las bombas y los equipos de completamiento del pozo, de manera tal que obstruyen el hueco e impiden el flujo normal de los fluidos. ORIGEN DE LAS INCRUSTACIONES En las incrustaciones minerales que se producen en los campos petroleros, el agua juega un papel fundamental, dado que el problema se presenta sólo cuando existe producción de agua. El agua es un buen solvente para muchos materiales y puede transportar grandes cantidades de minerales. El agua que se encuentra en los yacimientos de carbonatos y areniscas cementadas con calcita por lo general contiene una gran cantidad de cationes bivalentes de calcio [Ca+2] y magnesio [Mg+2]. Con frecuencia, los fluidos que se encuentran en una formación de areniscas contienen cationes de bario [Ba+2] y estroncio [Sr+2]. FORMACIÓN DE LAS INCRUSTACIONES El primer desarrollo dentro de un fluido saturado es una formación de grupos de átomos inestables, proceso denominado nucleación homogénea. los cristales crecen por adsorción de iones sobre las imperfecciones de las superficies de los cristales, con lo cual aumenta el tamaño del cristal. También pueden ocurrir sobre defectos preexistentes en las superficies, como puntos ásperos en la superficie de la tubería en contacto con el líquido, denominada nucleación heterogénea

CONTROL QUÍMICO Las incrustaciones pueden ser evitadas y/o minimizadas a través del uso de diferentes productos químicos siendo los más utilizados los inhibidores de incrustación. Los inhibidores empleados en operaciones de campo funcionan con uno o ambos de los siguientes mecanismos:  Previniendo la nucleación, lo que bloquea la formación de cristales. • Evitando el crecimiento de los cristales cuando los mismos comienzan a formarse. • Evitando que se adhieran de nuevo cristales a depósitos incrustantes ya formados. CONTROL NO QUÍMICO Mecanismo de Tratamiento Magnético. Un campo magnético (impuesto por un magneto permanente o por un electromagneto) es usado para causar alteraciones en la estructura del agua o para disolver iones, trayendo como consecuencia la prevención de la formación de incrustaciones. Mecanismo Electroestático. Estos contienen un aislador eléctrico, electrodos cargados electrostáticamente dando una neutralidad o alterando la carga iónica, de esta forma se previene la formación de incrustaciones PROBLEMAS ASOCIADOS A PARAFINAS

PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA CADENA DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO Andres Ardila, Jadier Aristizabal, David Bayter, Gregorio Otero. Las parafinas constituyen una familia de hidrocarburos también conocidos como alcanos o Parafínicos. Están caracterizadas por tener longitudes de C18 hasta C60.

Asimismo, se puede decir que la mayor causa de la disminución de la solubilidad de la parafina en el crudo, es el descenso de la temperatura, que puede provocarse por la disminución de presión que experimenta el crudo a medida que se acerca a la superficie o por la expansión que ocurre cuando el crudo sale de la formación hacia el pozo

disminuir la precipitación de sólidos en la sarta de producción. Método térmico

   

Método de tratamiento químico Los métodos continuos (consisten en una inducción continua del químico) y a baches (consiste en una inyección cíclica del fluido) son adoptados para inyectar el químico desde el anular hacia el pozo, es decir, circular el químico bajo el anular y retornarlo a través del tubing, para remover el sedimento de parafina que se encuentra adherido a la pared del tubing

La precipitación y depositación de parafinas se manifiesta en todas las etapas de la producción de petróleo: 

 

En el yacimiento: reduce el diámetro de la garganta del poro, lo cual causa una disminución en el aporte de fluido de la formación productor. Cerca del pozo: ocasiona daños a la formación y obstruye los orificios cañoneados. En los sistemas de producción reduce el radio efectivo por el cual se origina, esto conlleva a una disminución del nivel de fluido en los sistemas de almacenamiento. Control de Parafinas Método mecánico Es el más antiguo y comúnmente usado para el control de parafinas. Consiste en la remoción de ésta del tubing o tubería de producción mediante el uso de raspadores y cortadores de parafina Método Operacional Este método consiste en regular la velocidad y el caudal de producción con el objetivo de

Entre las técnicas más utilizadas para control de parafinas utilizando métodos térmicos se encuentran: Inyección de aceite caliente Inyección de agua caliente Calentadores en el fondo del pozo Calentadores eléctricos de la tubería

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Solventes Dispersantes Surfactantes Modificadores de cristal PROBLEMAS ASOCIADOS ASFÁLTENOS Los asfáltenos son una clase de componentes de los hidrocarburos; son aromáticos de alto peso molecular de aspecto negro y se desboronan fácilmente cuando estos precipitan.

PRINCIPALES PROBLEMAS EN LA CADENA DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO Andres Ardila, Jadier Aristizabal, David Bayter, Gregorio Otero. A continuación, se presentan los problemas típicos ocasionados por la precipitación de asfáltenos: • Taponamiento del yacimiento y en la vecindad del pozo. • Taponamiento de la tubería de producción. • Taponamiento de las líneas de flujo y demás equipos de superficie. • Deterioro de la calidad del crudo por la formación de emulsiones estables.

BIBLIOGRAFÍA •

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Agregación y depositación de Asfáltenos Se presume que los asfáltenos, considerados como la fracción pesada del crudo, se encuentran en suspensión coloidal en el petróleo, debido a que la superficie de las partículas asfalténicas, dispersas en una fase continua como es el aceite, se encuentra totalmente rodeada de resinas en forma micelar.

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Remoción de Asfáltenos Tratamientos Mecánicos Los siguientes tratamientos son usados para remover los depósitos de asfáltenos de las líneas de flujo y tuberías de producción. Estos métodos incluyen raspadores de barra, raspadores de guaya fina, raspadores de línea de flujo, pistón raspador de libre-flotación y tuberías de guaya fina

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Tratamientos Químicos Los métodos químicos son los más comunes para el tratamiento de asfáltenos ya que pueden usarse para tratar las deposiciones en el pozo y/o en las formaciones productoras. Numerosos solventes, aditivos y químicos comerciales están disponibles por muchas compañías para disolver los asfáltenos depositados.

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