y esfericos:
Separador vertical. El control de nivel no es crftico.
Puede rnanejar sin mucho problema cantidades apreciables
de arena
Mas facil de limpiar
Mayor capacidad de surgencia de Ifquido
Menos tendencia a la revaporizacion de Ifquido
Separador horizontal. Usado con exito para manejar
crudos espumosos
Mas barato que el separador vertical
Mas facil de transportar en conjuntos enterizos
Mas eficiente y economico para procesar cantidades gran
des de gas
Diametro mas pequeno para manejar una cantidad dada de
gas
Separador esferico. Mas barato que los verticales y
horizontales
Mas compacto que los otros tipos
Mas facil de drenar y limpiar
42
4. EMULSIONES
Casi siempre el fluido producido por un pozo es una mezcla
de gas, petroleo y agua. Normalmente el agua y el aceite
son dos fases inmiscibles y al estar en contacto se separan
por gralJedad (segregacion). En el caso de un pozo el agua
y el aceite producidos pueden estar efectilJamente como dos
fases inmiscibles y en este caso separarlas es bastante
sencillo pues se puede hacer muchas lJeces de una manera di
recta en el separador trifasico 0 si se tienen separadores
bifasicos, la fase liquida que sale de este se pueda llelJar
aun tanque donde se deja en reposo durante un tiempo, re
latilJamente corte, para permitir que se presente la segre
gacion; pero otras lJeces el agua y el petroleoproducidos
por el pozo pueden estar mezclados rntimamente haciendo
muchas lJeces imposible la separacion por gralJedad, en este
caso se dice que se presentan emulsiones bien sea de agua
en aceite 0, 10 contrario, de aceite en agua. La presen
cia de emulsiones es un problema bastante comun en campos
43
---
de petroleo y romperlas, 0 sea separar las fases compo
nentes, es a veces tan costoso que puede representar un
porcentaje alto del costo de produccion de un barril de
crudo.
Una emulsion es una mezcla intima de dos fases inmiscibles
en la cual una fase esta dispersa, e~ ! orma de pequenas
gotitas, en la otra fase que permanece continua: la fa-
se dispersa se conoce como fase interna y la continua como
fase externa. Pueden existir muchas clases de emulsiones,
dependiendo del tipo de fases que las forman, pero en este
caso nos interesan las emulsiones entre aceite y agua y
de elIas se seguira hablando de aquf en adelante.
4.1 CLASIFICACION DE LAS EMULSIONES
Las emulsiones se pueden clasificar de diferentes maneras
dependiendo del aspecto que se tenga en cuenta para hacer
10:
De acuerdo a la estabilidad
Estables
Inestables
Una emulsion es estable cuando luego de formada, la unica
forma. de conseguir que las fases se separen es aplicando
44
un tratamiento especiali una emulsion es inestable · cuan
do luego de forrnada si se deja en reposo durante un tiempo
las fases se separan por gravedad, de todas maneras el
tiemporequerido para que se presente segregacion es bas
tante mayor que cuando las fases no estan emulsionadas.
Un ejemplo de emulsion inestable es la que se tiene cuan
do se toma una muestra de crudo liviano, paraflnico, y
agua purai despues de una agitacion fuerte se puede obser
var el agua dispersa en el petroleo, pero si se deja un
tiempo en reposo el agua se vuelve a segregar y se va al
fondo. Cuando se toma una muestra de crudo naftenico, pe
sado, y agua salada tambien se forma una emulsion luego
de agitar fuertemente arnbas fases en contactoi pero una
vez obtenida la emulsion si esta se deja en reposo se ob
serva que al pasar el tiempo las fases no se separan. A
pesar de que en ambos casos las fases son de la misma natu
raleza, son inmiscibles y hubo agitacion, en el primer ca
so se obtuvo una emulsion inestable y en el segundo caso
una emulsion estable: posiblemente en el crudo pesado 0 en
el agua salada haya algun elemento que ayude a que la
emulsion no se rompa.
De acuerdo a la facilidad para romperlas
Flojas
Duras 45
Una emulsion estable es floja cuando se puede romper con
un tratamiento sencillo y es dura cuando requiere de un
proceso mas cornplicado para romperla.
De acuerdo a su naturaleza
Normales
Inversas
Una emulsion normal es aquella en la cual la fase conti
nua es el aceite y la dispersa es el agua; la fraccion de
agua en la emulsion puede estar entre 10 y 35%. Se Ie
llama emulsion normal porque es la de mayor ocurrencia:
aproximadamente el 99"10 de las emulsiones presentes en los
campos de petroleo son normales. Una emulsion es inversa
cuando la fase dispersa es el petroleo y la continua es
el agua: se Ie llama inversa 0 invert ida porque son raras.
4.2 TEORIAS SOBRE LA FORMACION DE EMULSIONES
Con varias teorfas diferentes se ha tratado de explicar la
formacion de emulsiones estables, es decir, el hecho de
que dos lfquidos inmiscibles y de diferente gravedad es
pecffica se dispersen 0 formen una mezcla fntima estable.
Sinembargo algunas de elIas no permiten explicar por sf
solas la gran estabilidad de ciertas emulsiones.
46
4.2.1 Teorfa coloidal. Explica el proceso de emulsifi
cacion relacionandolo con la qufmica coloidal. Los co
loides son sustancias que permanecen en suspension en los
1fquidos siguiendo aparentemehte leyes ffsicas peculiares
que ledan caracterfsticas muy diferentes a las sustan
cias no coloidales. P~r ejemplo, ciertas arci11as, sus
tancias coloida1es, permanecen suspendidas en e1 agua por
mucho tiempo despues de un perfodo de agitacion que ase
gure suficiente dispersion de las partfcu1as de arcil1a.
Se cree que las pequenas gotas de agua suspendidas en una
emulsion agua en aceite estan inf1uenciadas por las mis
mas 1eyes ffsicas que contro1an las suspension de arci11a
en agua.
4.2.2 Teorfa de 1a tension interfacial. Explica las pro
piedades pecu1iares de las emu1siones por su re1acion con
los fenomenos de la tension interfacial. Las re1aciones
de tension interfacial permiten explicar 1a oclusion de un
globu10 de 1fquido dentro de otro, debido a que e1 1fquido
de tension superficial mayor (agua) asume una forma con
vexa, originando globu10s esfericos 0 esferoidales, y tien
de a presentar 1a menor superficie a1 segundo lfquido
(aceite). Sin embargo, si la tension interfacial es alta,
por ejemp10 entre aceite y agua pura, 1a emu1sificacion se
47
dificulta porque el aceite tiende a extenderse sobre la
superficie del agua formando una capa delgada. En este
caso la tension interfacial se puede reducir 10 suficiente
para facilitar la formacion de emulsiones agregando al
agua ciertas sales solubles (carbonato de sodio~ sulfato
de aluminio etc); por el contrario, si la tension inter
facial se aumenta agregando al agua cloruros solubles, la
emulsificacion se dificulta mucho mas.
4.2.3 Teorfa del agente emulsificante. Las teorfas ante
riores permiten explicar la formacion de emulsiones pero
" no explican porque las gotas dispersas no se unen al po
nerse en contacto, ni la persistencia de algunas emulsio
nes. La teorfa del agente emulsificante es la mas acepta
da universalmente, y explica la repulsion de las gotas dis
persas a unirse debido a que estan recubiertas por una
sustancia denominada agente emulsificante, concentrado y
retenido en la interfase por el proceso ffsico denominado
adsorcion. El tipo de emulsion que se forme, normal 0 in
vertida, depende de las caracterfsticas del agente emulsi
ficante y su relacion con los dos liquidos de acuerdo con
las siguientes normas sencillas:
El Ifquido que humecta preferencialmente al agente emul
sificante sera la fase continua de la emulsion, y
48
Para agentes emulsificantes solubles, el lfquido en
el cual es soluble el emulsificante sera lafuse con
tinua.
4.2.3.1 Accion del agente emulsificante. La accion del
emulsificante, se ha encontrado experimentalmente, puede
ser de tres maneras:
Creando cargas repulsivas sobre la superficie de las
gotas de la fase dispersa.
Formando una pelfcula delgada que rodea las gotas de
la fase dispersa y evita que las gotas se unan.
Depositandose como polvo fino sobre las gotas de la
fase dispersa.
4.3 FORMACION DE EMULSIONES EN CAMPOS DE PETROLEO
De acuerdo con la teorfa del agente emulsificante, la mas
aceptada para explicar la teorfa de la formacion de emul
siones, para que se presente una emulsion estable se re
quiere 10 siguiente:
Presencia de dos fases inmiscibles
Agitacion fuerte
Presencia de un agente surfactante (emulsificante) el
49
cual es el principal responsable de la estabilizacion
de la emulsion.
En el caso de un yacimiento cuando la saturacion de agua
es mayor que la crftica, se presenta flujo simultaneo de
agua y aceite, 0 sea que se tiene la presencia de las dos
fases inmiscibles: la agitacion tambien se tiene debido al
flujo a traves de la formacion pero principalmente al sa
lir al fondo del pozo donde se presenta una zona de alta
turbulencia y al flufr a traves del pozo y la Ifnea de su
perficie donde va a encontrar una serie de restricciones;
la presencia del agente emulsificante se puede explicar
por la presencia de algunos contaminantes en el petroleo
o en el agua que pueden actuar como surfactantes. Parece
, , que es mas comun encontrar surfactantes en los crudos naf
tenicos y pesados que en los paraflnicos, y esto podrfa
explicar porque la emulsion que se forma al agitar una mez
cIa de agua y crudo paraffnico no es estable mientras que
si 10 es la de salmuera y crudo naftenico.
La interaccion entre el agente emulsificante y las fases
llquidas componentes de la emulsion determina, en alto gra
do el tipo de emulsion que se va a formar, especialmente
en si la emulsion es normal 0 invertida: de acuerdo a la
teorfa del agente emulsificante si este es soluble en el
50
petroleo la emulsion sera normal y si es soluble en el
aqua, sera invertida. Emulsificantes solubles en aceite
son sustancias asfalticas, sustancias resinosas,acidos
orqanicos solubles en aceite, arcilla saturada de aceite
y otros: emulsificantes solubles en agua son arcilla, S1
lice, jabones de sodio y sales metalicas (sulfatos de
hierro, aluminio y Zn, sulfuro de Zinc).
4.4 FACTORES QUE AFECTAN LA FORMACION DE EMULSIONES
Existe una serie de factores que pueden aumentar 0 dismi
nuir la posibilidad de que se formen emulsiones y/o afec
tar las caracter1sticas de la emulsion formada. Entre es
tos factores se pueden mencionar:
4.4.1 Porcentaje y salinidad del agua. El agua y el
aceite pueden emulsionarse en proporciones muy variables,
pero para cada petroleo crudo existe un porcentaje espec1
fico, de agua que ocasiona maxima emulsificacion. La sa
linidad afecta la tension interfacial entre las fases y
entre el emulsificante y las fases: se ha encontrado que
los cloruros solubles aumentan la tension interfacial di
ficultando la emulsificacion.
4.4.2 Caracter1sticas del crudo. El tipo de crudo, la
viscosidad, densidad y tension superficial son las
51
caracterfsticas del crudo que mayor influencia tienen 50
bre la tendencia a formar emulsiones. Los crudos nafte
nicos muestran mayor tendencia a formar emulsiones que
los paraffnicos. Al aumentar la viscosidad y la densidad
de los crudos aumenta la tendencia a formar emulsiones.
En cuanto a la tension superficial, parece que es un fac
tor importante, ya que al aumentar su valor la facilidad
de emulsificacion tarnbien aumenta.
4.4.3 Presencia de gas 0 aire. Las emulsiones se forman
mas facil y mas rapidamente, y de una estabilidad mayor,
cuando el gas natural 0 el aire se mezclan fntimamente
con el aceite y el agua. Esto se explica por la mayor ve
locidad de flujo, al igual que mayor turbulencia y agita
cion 10 cual propicia una mezcla mas fntima de los flufdos.
~demas el oxfgeno del aire puede ocasionar en el crudo la
formacion de asfaltos que son sustancias emulsificantes.
4.4.4 Tipo y cantidad de emulsificante. Hay unos emulsi
ficantes que pueden ser mas efectivos que otros y ademas
el grado de emulsificacion puede depender de la cantidad
de emulsificante. Ademas el tipo de emulsificante puede
defin,r que la emulsion sea normal 0 invertida.
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