Costumed of scale inhibitors in oilfield water plant

Rev. Téc. Jng. Unív . Zulia . Vol. 25, Nº 1, 26-32, 2 002
Costumed of scale inhibitors
in oilfield water plant
Orietta León, Cannen Cárdenas y Jenny Carruyo
Centro de Investigación del Ag ua (CIA)-INPELUZ, FacuLtad de Ingeniería, Universidad del ZuLLa. M aracaíbo 4011. Venezuela. Abstraet
Th e purpose of lhís work wa s lo condítion the chemical trea/ment, scale inhibí/ors , of a plant o[ de­
hyd ration o[ oilfield waler. Th is water must fulfilllhe coneliUon tha t the lolal h ardness at the e ntry win be
equallo tile lotal h ard ness a t th cxi t of the plant. to avoid the sca le formation to ca u e: defcrred Produc­
Uon . p roblems wiLh the wa ter injection. d e crease in the hea t tra n s~ r n e. res triction In t h e Oow (losses of
p ressur l. COITOSion by concenlr tion cells, works ofre- onditioning ofwells due to prod uction reducUon.
r pairin g and maintenance of the s urface equipmenl, ch emical a d di tives cons umplion for c1canlining in ­
crusted equipm ent. The ana lysis perfomed d emonstrated tha t the waler was s cale forming . At the la bora­
lory , s everal s cale inhibitors was evalua ted. The scale inhibitors were divided for its s tudy a ccor ding t o íls
acUve matter in : polyacrila lcs. fosfonates , polyfosfonates and a mixture of fosfon ates and polyac rllale s
The scale inhibitors b ased on polyaCrila Le . polyfosfonaLe and a mixt u re of polya crilate-fosfonate. obtained
a 100% of e[f¡ciency in Lh laboratory for diff rent concentrations.
Adecuación del inhibidor de incrustación
en una planta de tratamiento de aguas
de deshidratación del petróleo
Resumen
El objetivo de este trabajo fue acondicionar el tra tamiento q uímico de ínhibídores d e incrus tación de
u n a planta de aguas de des hid rata ción del p tróleo. En esta a gu a d ebe cu mplir se qu e la du reza tolal a la
e ntrada s ea igual a la d ureza lo tal de la s alida de la planta, para evi ta r que el d epósito de incrustaciones
ocasion en: d iferi mien to de la Pr od ucción. problemas con la inyección de agu , d is minución de la transfe­
renc ia de calor. restricción en el flujo (pérdidas de preSión ), corrosión por celd as de concentra c ión, traba ­
j os de reacondicionamienLo de p ozos d ebido a r edu cción n la p rod ucción, reparación y m anten imient o d e
los equipos de s uperficie. consu mo d e aditivos químicos para la limpieza de los equ ipos incrusta dos . Se
cara cterizó el a gua de d es hid ra lación del p tróleo que en tra a la Planta d e Tratam iento resultando incrus­
tante; por lo qu c se evaluaron diferen tes inhibidores de incrustacion es en el laboratorio . Los inhibidores
de incrustación fueron d ivid idos par a su m ejor estudio según su materia a ctiva en: poliacrilatos . fosfona­
tos , polifosfonatos y m ezclas de fosfona tos-poliacrilatos Los inh¡bidores de incru stación a base de polia­
cril a to. de polifosfonatos y de m ezcla de poliaC rila tos y fosfonato . obtuvieron un 10 0% de eficiencia n el
laboratorio.
Palabras clave: I nhibidor de incrusta ciones, p lanta de trala miento. aguas de deshidratación del
pe lról o.
Rev. Téc . ln g. Univ. Zulia. Vol. 25, No. l. 2002
Adecu ación del inhibidor de incrusta ción en una planta de tratamiento
Introducción
Las incru taciones d e pozos en prod u cción
yen los qui pos de su perficie con stituyen uno de
los principales problemas para las operaciones
p etroleras. Los res u ltados de depósitos de in­
crusta cion es son : diferinlien lo de la produ 'ción.
p rob lemas con la inyección de agu a . dismin u ción
de la trans fe rencia d ca lor . restricción en el Dujo
(p érdidas de presión). corr osión por celdas de
con centración , trabaj os de reacondicionamiento
de pozos debido a reducción en la producción. re ­
p aración y m antenimien to de los equipos d e su­
perficie . consumo de aditivos qu ímicos para la
lim pieza de los equ ipos in ru sl.ados [1, 2J.
Por ello. d urante el tratamiento de las
aguas de forma ción para inyección a pozos (me­
canis mo de re uperación s ecundarlo. para man­
tener la presión y el nivel de prod ucción de los po­
zos). é tas dcben ser acon dicionadas para preve­
n ir el depósito de incrustaciones . es d ecir. que la
dureza total del agua a la entr ada de la p lanta sea
igual a la d u reza total d el a¡;ua a la salida de la
misma [3 . 4] .
Existen diver os métodos para eliminar y/o
prevenir el depo ito de incru s taciones, algunos de
ellos son : Acidificación [5]. a plicación de agentes
quelantes [6] e inhibidores de incrus tación [7]. De
estos métodos , los inhibidores d incrustación
son los más u sados para las agua s dc forma ción
producto de la deshidratación del petról o y con­
siste en retardar, reducir o prevenir la formación
de incrus taciones. cuand o se adicionan en peque­
ñas cantidades a las a guas que n rmalmen te son
incrustantes [7J . Este método ha s ido estu diado
ampliamente en las agua s de formación producto
de la deshid ratación del petróleo [8 . 9].
E n este trabajo se rea1i7.aron análisis osi­
co-químicos para caracterizar el agua q ue entra a
27
la planta de tra tamiento. además se evaluaron
diversos productos químicos como inh ibid or es
de incnlslación. para establecer desde el pu n t o
de vista técn ico-e conómico la dosis de estos pro ­
du ctos y luego l producto seleccionado fu e eva­
lua d o en campo.
Procedimiento Experimental
Caracterización del agua
Se efect u ó una caracterización del agua de
m ezcla de deshidra tación del petróleo que entra a
la planta de tratamiento . con el [in de esta blecer
la calidad del agu a a t ratar. Las mu estras fueron
tomadas durante 10 días cons ecutivos. s in varia­
ciones apreciab les del clima durante las maña­
nas. Todos los parámetros delenninados se re­
gis tra ron . calculando el valor prom edio con los
resultados ob ten id os d urante los periodos res­
p cUvos de muestr os.
Los panimet ros evalua dos fue ron: pH. gra­
vedad especifica. turbidez. conductividad. s óli­
dos disu eltos totales . dur za total y parcial. c1 o­
nl ros. alcalinidad parCial y tota!. oxígeno d is uel­
to en el a gua y sulfu ro de h idrogeno. hi erro lotal y
sulfatos d e acuerd o al método estándar [10- 12].
El índice de estabilidad del carbonato de
calcio fue calculado a través d e las cuaciones de
SUff & Da vis para el agua de desh idratación q ue
entra a la planta de tr tamiento a la temperatura
ambi n te. 6 0, 80 Y 100°, para simular las condi ­
ci~n s de tem peratura de los pozos de inyección.
los resu ltados s e esUmaron de la Tabla 1 [ 131 .
Inhibidores de incrustación
Fu eron evaluados 17 inhlbidor s de incru s ­
tación en el la boratorio con la m ezcla d el agu a de
deshid ra tación del p e tróleo q ue entra a la planta
Tabla 1
Interpretación d el índice de satu r ación (IS) de Stiff & Davis
--------------------------
Conclu sión
Caso
IS es n egativo
El agu a no se ncu en tra saturada con Ca C0 3 . La fo rmación de incrustacio­
nes es poco probable .
IS es posiüvo
El agua está sohres a turada con CaC0 3 . Esto indica la formación de in crus­
taciones .
IS es igua l a cero
El agua está en equ ilibrio con C
03
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 2 5, No. 1, 2002
28
León. Cárd enas y Ca rruyo
de tratamiento (antes de la inyección del inhibi­
dor) y con el a gu a que s ale de la p lanta (desp ués
de la inyección del inhib idor). s igu iendo la l10nna
NACE Standard TM- 0 3 -74-90 [14J.
Estudio económico
A fin de eval uar cual de los produ ctos qu e
obtuvieron una eficiencia del 100% en las prue­
bas de laboralorio res ul taba m ás convenien t al
aplicar la dosis ópt ima. se les calculó el costo del
tratam iento químico.
Evaluación en el campo
Una vez establecido el inhibidor de incrus­
ta ciones m ás convenienle a su dosis óptima. a n i­
vel d e laboratorio. se probó en ampo. d onde se
monitoreó continuamen te por 3 0 días . a través
del balance de dureza total en la entrada y s alid a
g en eral de la planta.
Resultados y Discusión
Caracterización del agua
En la Tabla 2 , se pr esentan los res ultados
ele la caracteri7.ación d el a gu a de m ezcla de d eshi­
dratación d el petróleo que entra a la plan ta de
tra tamien to . E n términos generales se p u ede ob­
servar que ésta agua liene menor carga jónica
que el agua del Lago de Maracaibo. lo cu a l indica
que es menos corrosiva [15J.
Esto fu e confi nnado con el cálculo del índi­
ce de estab ilida d donde se detenninó que la m ez­
da liene ten d en cia incrusta nte (Tabla 2 , Figu ­
ra 1) [15 J. Un a ver¡; que la temper a tura aumenta.
el agua au m nta su ten dencia incrustante. Pero
de ser consistente el con tenid o d e H 2 S d isuelto en
el agua de m ezcla (> 5 ppm). podría mod ificar la
tend n cia incnls tan te de esta a ¡;1;ua a corrosiva
dependiendo del equ ilibrio bicarbonático.
Inhibidores de incrustación
En la Tabla 3 . se presentan los r esulta d os
de los inhib id ore evaluad os para la planta de
tratamiento. s egün s u m a teria activa : poliacrila­
tos (PA). fosfonatos (Fl. polifosfon a tos (PF) y mez­
cla de poliac rila tos -fosfonatos (M) a dos is de 15 a
40 ppm. El criterio para la s elec ción para la selec­
ción del p roducto es 100% de efic iencia, a la me­
nor dosis (dosis óptima).
El inhibidor PA- l a u m enta su eficiencia a
m did a q u e a ume n ta la c oncentr ación del inhibi­
doro pero a la concentración d e 3 5 p pm disminu­
ye s u e ficien c ia a 2 2% y a la concen lración de 40
ppm llega a s u m áxima eficiencia (1 0 0 %).
Los inhibido res PA-3 y PA-7 . muestran la
m isma tendencia al aumen tar p r ogresiva m enle
la d osis del inhibid or. Tien e n u na eficiencia d el
100% a 20 p p m. dismin uyendo la eficien cia a la
concen tración de 2 5 ppm ; el producto PA-3 dis­
m inuye su eficiencia h asta u n 28% mien tras que
el inhibidor PA- 7 dismin u ye s u e ficien cia h asta
un 9 50/0. Los inhibid or es PA-2, PA- 5 Y PA-6 mues­
lran eficiencias por d bajo de 96%. El ef c to inhi­
bidor s e ve afectado desfavorablemente por la s o­
bresaturación, la cu a l favorece la n ucleación y
Tab la 2 Caracterización d el agua de deshidratación del petróleo que en tra a la planta de tratamiento Análisis
Mezcla Análisis
Mezcla
T mperatura (oC) 3 5 ,0 Cloru ros (ppm) 1.370
pH
7.60 Sulfat os (p pm) 8
G r a edad Específica 1.00 4 Carb onatos (pp m ) O
Turbidez (N11J) 4 7 .0 Bicarbona t os (ppm) 2 .233
5 .2 40
Cond u ctividad (p mho/cm) 7 .7 00 STD (ppm) Sodio (ppm) 1.569 Dureza lolal (ppm) 163
Calcio (ppm) 51 SST (ppm) 53,4
Ma gneSiO (pp m ) 9
H2 S d is u elto (ppm) >5,0
IIi erro (ppm) 0 .3
Oxígeno disu elto (ppm ) Rev . Téc. rng. Un iv. Zu lia. Vol. 25 . No. 1.2002
0,1
29
Ad cuación del inhibidor d incrustación en una planla de tratamien to
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F igura 1, índice d s alu raciÓn de Stiff & D avis del agu a de deshidralación que entra a la p lanta
d e lralamie n lo.
Tabla 3 Comportamiento de los inhibidores de incnlstación en la planta de t r a tamiento d aguas d e formación
Inhibidores de
incru stación
-­
Dosi~~_
-
20
15
25
30
35
40
E fi ciencia (%)
PA- l
53
58
64
84
22
100
PA-2
44
50
47
25
64
50
PA-3
91
100
29
28
28
31
PA-4
7
13
21
3
5
7
PA-5
4
54
43
11
4
17
PA-6
15
93
92
95
96
94
PA-7
96
100
98
95
95
95
F- !
45
36
44
42
88
75
F -2
89
81
79
89
87
87
PF-l
36
41
37
31
34
38
PF-2
33
53
61
55
72
73
PF-3
79
52
61
81
93
100
PF-4
86
87
87
88
88
88
PF-5
98
98
99
99
100
100
M-l
51
82
88
96
96
100
M2
34
60
82
54
59
73
79
48
73
41
55
M-3
PA [polia crtlalos).
40
F(fosfonalos ) ,
PF[polifosfonatos) ,
M(mezcla d e fosfon a tos- poliacrilatos).
Rev. Tée . Ing. Univ. Zulia. Vol. 2 5, No . 1, 2002
30
León , Cárd enas y Carruy o
por lo tanto. la precipitación de las incru tacio­
nes d e carbonato d e calcio.
tado, el in hibidor PA-3 el más económico a la d o­
sis óptima.
Los inhibidores F- l y F-2 mostraron efi­
cien cias por debajo del 89%. Los inh ibidores a
base de fosfona to tienen la caractens tica d e r eac­
cionar con el ca lcio pres ente en el a gua para fo r­
mar ortofo sfato cuand o a u menta la temperatura
del s is tema. de a llí su baja eficiencia y el cuidado
que h ay qu e tener con estos inhibidores cuando
Pruebas de campo
En la Figura 2. se observa el b alance d e d u­
reza total para el sistema. En esta planta se apli­
có el inhibidor PA-3 a una d os is p rom d io d 20
ppm la eficiencia promedio general, en toda la
plan ta , fue de 9 7%.
se aplican a un sistema.
La diferencia promedio de dureza total en­
Los inhibidores PF-3 y PF-5 m ostraron efi­
ciencias del 100% a la dosis de 40 ppm. Adicio­
nalmente, el inhibidor PF-5 también mostró una
eficien cia del 100% a la doSis de 35 ppm. Tod os
los dem ás inhibidores de la misma materia activa
(PF - l . PF-2. PF-4) mostraron efi ciencias por de­
bajo d el 88%. La sobresaturación afecta desfavo­
rablemente el efecto inhibidor al igual qu e ocurre
con los inhibidore s a base de poliacrilatos.
tre la ntrada a la p lan ta y la en trada a l sis tema
de filtración es de 0,52 ppm. esta d iferencia a ún
cuando es muy pequeña, revela quc se e n c uen­
tran incrustaciones d e carb onato de calcio en
esta sección de la p lanta. Es importante contro­
lar esta pequeña diferencia y evitar qu e a umente,
porque au nque u na capa de incrustación en las
líneas del sistema lo protej a n contra la corrosión
[16. 17], existen otros equipos involu crados q ue
disminuyen su efici en cia y sufren daños en s us
partes internas.
El inhibidor M-l , alcanzó su máxima efi­
ciencia (100%) a la concentración de 40 ppm .
Mientras qu e los inhib idores M -2 y M-3 mostra­
ron eficiencias por debajo del 82%. la a dición de
fosfonato a estos inhibidores fue desfavorable ,
notándose en la d isminución de su efi ciencia a l
au mentar progresivamente la concentración del
inhibidor.
El m onitoreo a la enlrada y salida de los fil­
tros indicó una diferencia promedio de du r eza d e
3 p p m de carbonato de calcio, lo cua l d emuestra
qu e el inhibidor de incrustación dism inuía s u efi­
ciencia con cambios operacionales del lstema,
ocasion ando caída de presión en los fil tros.
La diferen cia entre la s a lida de los filtros y la
salida de la planta es de - 0 .85 ppm, este valor ne­
ga tivo ind ica disolución d e in crus taciones de car­
bon ato de calcio , en esta s ección d e la plan ta. En­
tonces , las líneas stán s u c ias, tienen adheridas
a 'us paredes depósitos de carbonato de calcio,
que están siend o arra strados por el fluj o de agu a.
Estudio económico
En la Tabla 4, se presentan los r esulta d os
del estudio con ómico para los inhibidores que
presentaron una efi ciencia del 100% , en la planta
de tra tam iento, e stos lnhibidores fu eron el PA- l .
PA-3 , PA-7 , PF-3, Pf-5 Y M-l. Dand o como resul­
Tabla 4 Costo del tratamien to quírrúco de los inhib idores de incrustación qu e obtu vieron u na eficiencia de 100% DOSis óptima de Laboratorio
Costo d el tratamien to
Inhibidores de incrusta ción
_ _ _ __ _ ---l( =Ic:..:
nL
) _ _ _ _ _ _ _->.::Bs. / día)/( U§~día ) _ _
PA-l
40
PA-3
20
5 1.491 - 738
PA-7
20
536.073 - 745
PF-3
40
1 .030.909 ­ 1.4 32
PF-5
35
781.772 ­ 1.0 86
M- l
40
916. 363 - 1,273
evoTéc. Jng. Univ . Zulia. Vol. 25 , No. l . 2002
1.06 7. 56
- 1.483
Adecu ación d el in hibidor de inc rustación en una planta d e tra tamien to 31
1211
11111
so
;,
60
"
~
·C
!.:
~II
20
IJ
2
3
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5
(,
7
8
9
10
11
12
13
1~
15
16
J 7 J8
19 20 21
22
23
2~
25
26 27
28 2'1 30
Tir",po (dios)
o Fill ro ,
Figura 2 . Eficiencia d el produc to PA-3 en la planta de tratamien to de aguas de d esh idrLación
del petróleo.
Se recomienda , r ealizar la limpieza de las líneas y
equ ipo d e esta p lanta a un corto tiempo o cuando
los equipos presenten frec u en tes paros, y au ­
m entar la dosificac ión del producto hasta obte­
ne r u n a eficien cia d el 10 0% , siempre qu e sea ren­
table .
Conclusiones
El agua que entra a la planta de tra lamiento
es incrustante.
Los inhibidores d e incrustación q ue pre­
s entaron una eficien cia del 100% en cl laboralo­
rio para el agua de la plan ta de tralamien to fu e­
ron los inhibldores: PA- l. PA-3, PA-7, PF -3. Pr-5
y M- I
Del estudio económico , 1 inhibidor de in­
cruslación PA-3 a base de poliaCIi!alos a la dosis
de 20 p pm, res u ltó ser el más conveniente.
La dosifi cación del in hibidor de in crus ta­
ción PA-3 a 20 ppm en la planta de tratam iento,
cu mple en u n 9 7% . con el requ e rimiento eJ\.igido
de dureza tolal del agua a la en lra da de la p lan ta
igual a la du reza lolal d el agu a a la s alida de la
plan ta.
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