Mining,  Industrial & Commercial

TRATAMIENTO DEL AGUA POZO PETROLERO

Una solución Eficaz y Económica

Introducción

 

Cada ciertos años, las compañías petroleras revalorizan las nuevas tecnologías en el mercado del tratamiento de aguas residuales aceitosas. Las mejoras tecnológicas han sido especialmente significativas en el área de la filtración por membrana. New Logic Research ha desarrollado un sistema de filtración por membranas propio, que es singularmente apropiada para el tratamiento de AGUA PRODUCIDA, barcaza, agua amarga y lodo.

 

El uso MEMBRANAS VIBRATORIAS, para evitar el ensuciamiento de la membrana es nuevo, y es precisamente la clase de mejoras realizadas, la misma que permite usar la filtración por membranas como una efectiva y económica solución de tratamiento para operaciones de extracción petrolera.

 

New Logic ha completado varias instalaciones que utilizan este sistema de membranas vibratorias para tratar todo tipo de aguas residuales petroquímica. Los resultados han demostrado muchas ventajas de esta nueva tecnología de membrana en comparación con las técnicas convencionales de filtración de flujo cruzado y otros métodos de tratamiento. Este nuevo sistema de membrana se conoce como el Proceso Realzado de Cizalla Vibratorio (VSEP por sus siglas en inglés), y es fabricado por New Logic Research en su fábrica en Emeryville, California, cerca de San Francisco.

¿Qué es agua producida?

 

Las operaciones petroleras de perforación pueden crear grandes cantidades de agua contaminada, conocido como “agua producida”, o el agua que se produce en el pozo. La mayoría de los yacimientos subterráneos de petróleo tienen una capa de agua cruda, llamada “agua de formación”, que yace debajo de los hidrocarburos. Mientras un pozo envejece y el petróleo llega a ser difícil de eliminar, agua o vapor se inyecta en los embalses para ayudar a impulsar el aceite a la superficie. Tanta agua de formación 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 petróleo/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 extracción, la cantidad de agua inyectada aumenta para llenar el vacío. En los Estados Unidos, el agua producida procedente de los pozos petroleros llega a 8 veces más que el volumen del petróleo producido.

 

Estos volúmenes representan enormes cantidades de agua contaminada, que requieren métodos de tratamiento económico y ecológicamente amigable para que pueda ser reutilizados

o eliminarse de forma segura.

 

Regulación de agua producida

 

Los convenios internacionales han establecido el objetivo provisional de 40 ppm de hidrocarburos en la eliminación de agua producida en la perforación en mar. Esta cifra de 40 ppm sigue siendo un objetivo voluntario en casi todas las zonas.

 

En campos petrolíferos submarinos, cualquier cosa por encima de 100 ppm es considerado un derrame de aceite. En instalaciones en tierra, las compañías petroleras tienen más espacio para el gran equipo pesado, filtros de arena, los estanques de solución, y un tiempo largo de proceso para reducir el aceite en la concentración de agua de desfonde y otros efluentes tan bajo como a 4ppm. En las aguas costeras de EE.UU., la EPA determina límites en 1993, un promedio mensual de 29 ppm de contenido de “aceite y grasa” por agua producida, con un máximo diario de 42 ppm.

 

Costa afuera, las descargas de agua producida conteniendo aceite no puede compararse con grandes derrames de petróleo, porque las pequeñas cantidades de petróleo están dispersas en el mar y no forman una superficie resbalosa. Pero, casi todos los campos petrolíferos submarinos suelen tener tenues pero visibles depósitos de extenso viso por cientos de metros al alrededor a causa del viento, aun con buenas plantas depuradoras. En aguas tranquilas un visible viso pueden formar en 25ppm.

 

Volúmenes de agua producida suelen aumentar notablemente mientras mayores yacimientos

petrolíferos transcurren su máxima producción. Es importante señalar que los informes y sistema de vigilancia para los vertidos de agua producida están basados casi totalmente en auto‐informes.

 

Visitas sin previo aviso por los inspectores del gobierno a plataformas son casi desconocidos y,

porque el acceso de helicóptero a las instalaciones es controlada por la industria del petróleo, casi imposible de planificar. Los Inspectores pueden estar estacionados en plataformas individuales por períodos de tiempo, pero la inspección permanente en un lugar no ocurre.

 

Agua producida reutilizada y descargada

 

Para mitigar el problema del agua producida, se pueden utilizar cuatro enfoques:

 

1] Evitar la producción 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 eliminación.

 

Durante las primeras etapas de producción de petróleo de un pozo, agua de inyección no es

necesaria. En este caso, el agua producida presenta un problema de eliminación. Para explicar esto, perforar pozos en otros existen vacíos para la inyección y la eliminación de esta agua. Este método de eliminación puede ser muy costoso, especialmente en alta mar. También el pozo de eliminación debe estar situado a una considerable distancia de los productores de petróleo y así deberá ser bombeada o transportada al punto de inyección. Muy a menudo el vacío puede ser una zona porosa, y así el agua reinyectada debe ser conducida de una manera que el agua inyectada no tapone los poros de la formación.

En las etapas posteriores del ciclo de vida de un pozo, se inyecta el agua debajo de la capa de petróleo, muy a menudo a través de una formación porosa. La inyección de agua produce la

presión necesaria para empujar el aceite a la superficie. Porque esta agua necesitará filtrarse a través de terrenos y estructura rocosa, debe ser tratada para que el taponamiento de la

formación 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 mínimo requerido para evitar depósitos con metales de la tierra en la zona de inyección, que limitaría la eficacia de la inyección de agua.

Los pozos de eliminación son especialmente caros y problemáticos en el mar. También, la cantidad de agua producida es, a menudo, superior a la cantidad de agua de inyección. No importa cómo de aceptable el tratamiento, el agua producida todavía contiene rastros de petróleo y, por ello, la descarga es estrictamente controlada. En las zonas áridas esta agua tratada puede ser percibida como un recurso natural.

 

Con el fin de utilizarse de manera segura, un método de tratamiento adecuado debe ser diseñado sobre la base de la calidad del agua que se necesita.

 

Tratamiento en tierra vs. de alta mar

 

En alta mar, no ha existido tiempo ni espacio para desarrollar los mejores métodos de tratamiento, mientras que en las instalaciones en tierra, el tratamiento de agua aceitosa puede ser intermitente, permitiendo el tratamiento en lote y la recirculación. En alta mar, el tratamiento del agua debe depender de los equipos, tales como los precipitadores electrostáticos, separadores de placas, unidades de flote de gas, centrifugadoras, hidrociclones, filtros de membranas, y examinar rápidamente los montones para obtener tanto petróleo como sea posible fuera del agua.

 

En alta mar, las plataformas también están limitadas a una capacidad máxima de peso, de aproximadamente 250 libras por pie cuadrado. Las plataformas del Mar del Norte son generalmente más grandes y tienen más espacio, pero las restricciones son todavía reales. En plataformas mar adentro, no existe ni espacio ni tiempo para permitir que el agua tratada se encuentre por días en estanques, donde el petróleo puede ser examinado rápidamente por completo y purificado utilizando agentes biológicos. El agua producida descargada en alta mar puede ser, por tanto, de hasta 10 veces más aceitosa que las descargas desde las instalaciones en tierra. Algunas instalaciones en alta mar dependen del tratamiento del agua flotante por los buques, conocido como los buques de almacenamiento y descarga (FSOs o FPSOs). El movimiento del buque anclado en una oleada puede perturbar los procesos de tratamiento del agua y dirigir las descargas considerablemente por encima del nivel medio.

Niveles de STD  en agua producida doméstica USA
Niveles de STD en agua producida doméstica USA

Este problema es particularmente grave cuando las tormentas generan grandes olas, que sucederá en un promedio de al menos 60 días al año en el norte del Mar del Norte.

 

Problemas con la descarga

 

En el agua producida, también hay altas concentraciones de metales pesados, incluidos bario, berilio, cadmio, cromo, cobre, hierro, plomo, níquel, plata y zinc. También hay pequeñas cantidades de radio nucleicos natural, radio226 y radio228 y hasta varios cientos ppm de material orgánico volátil disuelto. Cuando diluido y mezclado con agua de mar, el agua producida tratada no plantea un peligro ambiental. Sin embargo, en aguas turbias poco profundas cerca de la costa o para descargas en tierra que desembocan en las corrientes de agua asentadas, elevadas concentraciones de hidrocarburos y metales en agua producida pueden ser tóxicas.

 

Mientras que se investiga sobre los efectos ambientales posibles a largo plazo de arrojar grandes cantidades de agua contaminada, incluso levemente, en las vías navegables cada día, la industria ha continuado la búsqueda de soluciones. Estas incluyen formas de reducir el volumen de agua producida, de re‐inyectarla a las rocas debajo de la tierra, y de elaborarla lo más limpia posible cuando no hay alternativa para la descarga. La industria del petróleo pudo lograr un promedio para 1998 de 22ppm.

 

Un método de tratamiento para reducir la cantidad de aceite en el agua ha sido de aumentar el uso de floculantes polímeros y productos químicos. Esto trae consigo otros temas ambientales, como resultado de la creación y la eliminación de los materiales químicos. Además de la amenaza ambiental, estos productos químicos deben ser almacenados y manipulados como parte del proceso de tratamiento continúo, añadiendo los gastos de la deuda y los gastos de funcionamiento. El uso de estos productos químicos añade millones de toneladas de residuos adicionales para el ecosistema.

 

El mapa muestra las concentraciones relativas al total de sólidos disueltos en aguas producidas a lo largo de Estados Unidos. Con el fin de ser descargados con total seguridad, estos sólidos disueltos primero deben ser retirados del agua. Por eso, la producción normal del proceso de

tratamiento de agua es compleja.

Cristales de Sulfato de Calcio
Cristales de Sulfato de Calcio

Entre las dificultades para tratar agua producida están los ingredientes tóxicos, frecuentemente

asociada con hidrocarburos. Los metales pesados, partículas radiactivas, y carbono orgánico volátil representan las amenazas más importantes. Además, el agua producida contiene muchos otros productos químicos no deseados, que deben ser eliminados antes de la descarga, o incluso antes de re‐utilizarlos en las operaciones de perforación. Altos niveles de sólidos disueltos son difíciles para los dispositivos convencionales que se encargan de la separación de la gravedad. DAF, centrifugadora, clarificadores, hidrociclones y otro similar equipo de resolución y separación es ineficaz para eliminlos sólidos disueltos.

Métodos de tratamiento de agua producida

 

En 1995, el Instituto Estadounidense del Petróleo (API), hizo su recomendación sobre la mejor

tecnología disponible para la gestión del agua producida sobre las instalaciones petrolíferas y de gas en alta mar. El informe identificó los siguientes factores que contribuyen a la toxicidad del agua producida: muy pequeñas partículas, salinidad (9% o superior), compuestos volátiles, materiales orgánicos extraíbles (ácido, básico, neutral), amoníaco y sulfuro de hidrógeno. Seis de las tecnologías de tratamiento de agua, ya probadas en tierra, fueron evaluados y calculados