Estudio de la coalescencia y sedimentación de emulsiones de agua en aceite bajo efecto de campo eléctrico DC

Abstract

En las operaciones de producción de petróleo se genera una gran cantidad de residuos sólidos y líquidos (agua y crudo) que son depositados en las llamadas fosas de producción, éstos con el paso de los años han producido una emulsión (del tipo W/O) muy estable, viscosa, envejecida, oxidada y difícil de tratar. Estos residuos representan un fuerte impacto sobre el ambiente, ya que su exposición a la atmósfera genera la contaminación del aire, mientras que por otro lado también se genera la contaminación de los suelos al existir la posibilidad de infiltración hacia cursos de aguas subterráneas. Por tal motivo, en este trabajo se formula una emulsión sintética estable de agua en parafina (W/O), con un contenido de agua de 50% similar al de la fosa de producción Acema-100 proveniente del Distrito San Tomé (Estado Anzoátegui), para estudiar su mecanismo de ruptura y desestabilización empleando campo eléctrico DC, como fuerza impulsora para promover la separación de fases, en diferentes magnitudes de voltaje y en distintas modalidades de aplicación. Adicionalmente, se propone una metodología de visualización para el estudio de los fenómenos y mecanismos involucrados en la ruptura de la emulsión sintética empleando la técnica de aumento de imagen. Esto con el fin de comprender el proceso de separación de las emulsiones del tipo W/O y, poder así, enfocar los resultados hacia la desestabilización de las emulsiones provenientes de las fosas de producción para lograr la recuperación del crudo y la eliminación de estos pasivos. Los resultados obtenidos en este trabajo indican que la gravedad, como fuerza impulsora natural, no contribuye a la desestabilización de la emulsión formulada, mientras que la aplicación de campo eléctrico de corriente directa permite la desestabilización y separación de sus fases componentes de manera acelerada. Al observar la desestabilización de esta emulsión en el tiempo por simple acción de la gravedad, se identificaron dos zonas: la zona de emulsión con alto contenido de fase interna en el fondo y la zona de fase oleica, libre de fase acuosa, en el tope. Mientras que con la aplicación de campo eléctrico DC, se observaron tres zonas: la zona superior igual al caso anterior (fase oleica), una zona media conformada por emulsión y otra zona inferior donde se concentra la fase acuosa. En la desestabilización de la emulsión con la aplicación de campo eléctrico en distintas magnitudes de voltajes fijos y continuos (0,50; 0,75; 1,00; 1,25; 1,50; 1,75 y 2,00kV) se observa que existe un voltaje óptimo (en este caso 1,00kV) que puede ser definido como la magnitud por medio de la cual cambia radicalmente la velocidad de separación. De igual manera, se observa que mientras aumenta la magnitud de voltaje aplicado, aumenta la frecuencia a la coalescencia y la velocidad de sedimentación de las gotas de agua contenidas en la emulsión. Para la desestabilización de la emulsión bajo la aplicación de diversas modalidades de campo eléctrico DC, se realiza la aplicación de voltaje fijo continuo, la intermitencia de voltaje (voltaje en pulso) a diferentes frecuencias (15, 30, 60 y 120s), y el cambio de la polaridad de los electrodos a la magnitud óptima de voltaje; y finalmente, la aplicación de voltaje variable en el tiempo. Los resultados indican que la modalidad de voltaje variable propicia una velocidad de sedimentación inicialmente menor pero con mayor separación en el tiempo que las modalidades fija continua, con cambio de polaridad o en pulso, obteniendo mayor similitud entre estas dos primeras. Las propiedades de la fosa de producción petrolera “Acema-100”, tales como viscosidad, densidad de las fases que la conforman, edad, salinidad, entre otras; dificultan el proceso de deshidratación electrostática al compararlo con el proceso de separación aplicado a la emulsión sintética formulada.