Desarrollo de un sistema de ensayos de bombeo electrosumergible con emulsiones de agua en crudo

Abstract

El bombeo electrosumergible (BES) es un medio efectivo y económico para levantar grandes volúmenes de fluido desde grandes profundidades bajo una variedad de condiciones de pozo. La formación de emulsiones de agua en crudo (W/O) como consecuencia de la composición química del crudo y de las altas proporciones de agua puede traer como consecuencia detrimentos en el desempeño de los equipos de BES. Para encarar estos Problemas PDVSA-Intevep desea desarrollar una línea de investigación en la que se pueda estudiar a profundidad el fenómeno de las emulsiones W/O en el desempeño del bombeo electrosumergible así como evaluar los efectos que produce la bomba sobre la emulsión en sí. El objetivo general de este trabajo especial de grado fue desarrollar un sistema de ensayos de laboratorio en las instalaciones del laboratorio de Levantamiento Artificial de PDVSA-Intevep que permita la evaluación del sistema de BES cuando se manejan emulsiones W/O, haciendo énfasis en el diseño de equipos para la preparación de emulsiones y en el establecimiento de las condiciones de los fluidos de trabajo para la formulación y preparación de las mismas. Para lograr tal objetivo la investigación se realizó en dos etapas. La primera de ellas se realizó en el laboratorio de Fisicoquímica de Producción de PDVSA-Intevep, en donde se prepararon distintas emulsiones W/O utilizando como fase contínua crudo Cerro Negro diluido con tres porcentajes distintos de Diesel (7,5, 30 y 50% m/m) para simular viscosidades de crudos pesados, medianos y livianos. Para cada una de estas diluciones se dispersaron 5, 10, 20 y 30% de agua. Se les determinó la viscosidad aparente, la distribución de diámetro de gota y el tamaño promedio de gotas a cada una de las emulsiones. Igualmente se hicieron pruebas de estabilidad estática por 7 días a cada emulsión y pruebas de estabilidad dinámica a varias de las emulsiones preparadas. Las experiencias realizadas en el citado laboratorio permitieron recolectar los datos necesarios para establecer las bases de diseño de los equipos que permitirán la reproducción de dichas emulsiones en el laboratorio de levantamiento Artificial. Las dispersiones obtenidas tuvieron diámetros entre 2,3 y 6,7 μm lo que les da características de emulsiones. Igualmente presentaron una alta polidispersidad y varias de ellas se realizaron en un estado de no equilibrio dinámico. Es importante destacar que para las emulsiones realizadas utilizando como fase continua crudo Cerro Negro diluido con 50% de diesel se adicionó TOFA (Tall oil fatty Acids) para suplir el déficit de surfactantes naturales causados por la dilución, y MEA (mono etanol amina) para promover la formación de carboxilatos que poseen mayor actividad interfacial con lo que se pueden obtener emulsiones más estable. Sin embargo, no se pudo obtener la estabilidad deseada en las emulsiones cuando se dispersó 20 y 30% de agua. La segunda etapa de la investigación fue realizada en el laboratorio de Levantamiento Artificial, primeramente se realizó una revisión de las actuales facilidades experimentales con lo que se concluyó que es necesario desarrollar nuevas facilidades que permitan la formación de emulsiones por lo que se procedió al desarrollo del esquema que lo permitirá. Igualmente se diseñó un mezclador dinámico con base en el escalamiento del equipo usado en el laboratorio de Fisicoquímica de Producción que va ser el equipo más importante de las nuevas facilidades ya que permitirá dimensionar el tamaño de gota de las emulsiones W/O formadas. Para el escalamiento de este equipo se conservó la similitud geométrica y se tomó el caso más crítico que fue aquél en el que se consumió la mayor cantidad de potencia específica e igualmente se conservó este parámetro. Para la reproducción de las emulsiones realizadas en el laboratorio de Fisicoquímica de Producción en régimen laminar o en régimen de transición cercano al límite con el régimen laminar, se debe mantener la misma tasa de corte. Para la reproducción de las emulsiones realizadas en el laboratorio de Fisicoquímica de Producción en régimen turbulento o en régimen de transición cercano al límite con el régimen turbulento, se debe mantener la misma energía específica. Es necesario de igual manera realizar tres modificaciones en las facilidades existentes: la entrada directa al reservorio, el bypass para saltar ciertos equipos que no son necesarios en las pruebas con emulsiones W/O y un equipo que permita separar las fases contínua y discontinua de las emulsiones. Se recomienda ampliar las diluciones hechas con diesel al crudo Cerro Negro así como las proporciones de agua a dispersar para así ampliar la gama de emulsiones a producir en el laboratorio de Levantamiento Artificial. Igualmente se recomienda hacer las modificaciones necesarias para evaluar el escenario en que el agua y el crudo entran sin formar una emulsión.