Informe 1-Determinacion de Bsw Por Centrifuga

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Determinación del contenido de agua y sedimento en el petróleo crudo por el método de la centrifuga.Página 1

INFORME DE LABORATORIO N° 1 “DETERMINACIÓN DEL BSW DEL CRUDO N-16 POR EL MÉTODO DE LA CENTRIFUGA”

(PROCEDIMIENTO DE CAMPO) NORMA ASTM (D 96-88)(1998)

PRESENTADO POR:

LUIS FERNANDO MARTINEZ MENESES COD: 20112105947 ANDRES AUGUSTO CARVAJAL ANDRADE COD: 20112105860

TRABAJO PRESENTADO EN LA ASIGNATURA CRUDOS Y DERIVADOS

DOCENTE: ING. HAYDEE MORALES MODRAGON

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA INGENIERÍA DE PETRÓLEOS NEIVA, MARZO

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Determinación del contenido de agua y sedimento en el petróleo crudo por el método de la centrifuga.Página 2 TABLA DE CONTENIDO Pág. 1. OBJETIVOS 4 2. MARCO TEORICO 5 3. RESULTADOS 7 4. MUESTRA DE CALCULO 8 5. ANALISIS DE RESULTADOS 9 6. CONCLUSIONES 10 7. RECOMENDACIONES 11 8. CUESTIONARIO 12 BIBLIOGRAFIA

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LISTA DE TABLAS

Pág.

TABLA 1. Cantidad de muestras para la centrifugación 7

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OBJETIVOS

Objetivo general

 Determinar el contenido de agua y sedimento en un crudo por centrifugación.

Objetivos específicos

 Reconocer la importancia de la determinación del contenido de agua en un crudo.

 Determinar el porcentaje de BSW del crudo DN-16 por el método de centrifuga tomando cuatro muestras en zanahorias.

 Identificar los factores que causan la inexactitud de la prueba y a la vez el por qué es la más utilizada en campo.

 Identificar los problemas que puede ocasionar un crudo con alto BSW en las tuberías de transporte, refinería y determinación del ºAPI para su comercialización.

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MARCO TEÓRICO

La determinación del contenido de sedimentos y agua se requiere, para establecer con precisión los volúmenes netos de petróleo crudo que se negocia en transacciones de venta, intercambio, interventoría, transferencia de custodia, liquidación de regalías e impuestos sobre petróleo crudo.

Una excesiva cantidad de agua y sedimentos en el petróleo crudo, también puede generar problemas operacionales, como corrosión de equipos y problemas en el procesamiento y transporte del mismo, generando costos de tratamiento y reparación. En la actualidad Ecopetrol es la empresa que ha fijado las normas para el porcentaje de BSW con el que puede llegar el crudo a la refinería. Estas implican que el crudo que se va a vender no tiene que tener un porcentaje de agua y sedimentos mayor al 1%. El hecho de que este porcentaje no se cumpla implicara sanciones económicas para la empresa comercializadora; de ahí que la determinación del BSW sea tan importante a la hora de establecer la calidad del crudo.

Cabe resaltar que la prueba de BSW por el método de la centrifuga es la mas utilizado en campo debido a su sencillez y rapidez, ya que no necesita mayores elementos para la determinación de agua y sedimentos. En realidad solo es necesario tener a la mano una muestra de la emulsión, desimulsificante, zanahorias graduadas y un equipo de centrifuga los cuales me permitirán hallar el porcentaje BSW del crudo. Los demás métodos son mas meticulosos pero dan mayor aproximación a este porcentaje, ya que la prueba de la centrifuga no está exenta del error humano.

Como se vera a continuación, se determinara el porcentaje de BSW del crudo N-16 por el método de la centrifuga donde se podrá apreciar la sencillez de la prueba, de la cual se obtendrá un valor muy aproximado de la cantidad de agua y sedimentos que existe en este crudo.

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Materiales

Zanahorias:

Las zanahorias graduadas utilizadas durante la práctica de laboratorio fueron de 6 in y 100 ml de volumen de una forma cónica. Solo fueron calentadas tres de las cuatro zanahorias, colocando la ultima para balancear la centrifuga.

Baño de María:

El utilizado en la práctica era un contenedor de metal con volumen suficiente para sumergir tres de las cuatro zanahorias con el contenido de crudo y solvente (100 ml) a una temperatura de 60± 3ºC (140 ± 5ºF), durante 15 minutos.

Centrifuga:

Aparato mecánico que utiliza la fuerza centrípeta para separar sustancias de diferentes densidades. Una centrifugadora común es un recipiente que gira a gran velocidad. El único límite para la fuerza centrípeta es la resistencia del metal con el que está fabricado el aparato. Las fuerzas centrípetas pueden ser miles de veces más intensas que la fuerza de la gravedad. Este mecanismo permite la separación rápida de sustancias de diferentes densidades. Para el presente laboratorio se utilizo una muestra de crudo N-16, donde se agregó 50 ml de crudo, 50 ml de solvente (varsol) y 0.02 ml de desimulsificante en tres zanahorias puestas a girar a una fuerza centrifuga relativa de 500 durante un tiempo de 10 minutos.

BSW

Se define como el porcentaje de agua y sedimentos presentes en el crudo, es de gran utilidad a la hora de definir las características y calidad del mismo. Además permite decidir a que clase de tratamientos debe ser sometido el crudo para llevarlo hasta las condiciones exigidas

La reducción del contenido de sal, agua y sedimentos en el aceite o petróleo crudos que se procesa en las refinerías es una preocupación a nivel mundial. Esto se debe a la corrosión y ensuciamiento que provocan en los procesos de refinación y a los elevados costos involucrados en la reparación y mantenimiento de los equipos de proceso.

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TABLA DE DATOS

Tabla 1.

Zanahoria 1 Zanahoria 2 Zanahoria 3

CRUDO N-16 50 ml 50 ml 50 ml SOLVENTE 50 ml 50 ml 50 ml DESEMULSIFICANTE 0.02 ml 0.02 ml 0.02 ml TEMPERATURA 60 ° C 60 ° C 60 ° C

TABLA DE RESULTADOS

Tabla 2.

LECTURAS Zanahoria 1 Zanahoria 2 Zanahoria 3

PRIMERA LECTURA 0.0 ml 0.0 ml 0.0 ml

SEGUNDA LECTURA 0.01 ml 0.02 ml 0.01 ml

TERCERA LECTURA 0.02 ml 0.02 ml 0.02 ml

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MUESTRA DE CÁLCULO

Para esta práctica fue necesario realizar tres pruebas en las que se observo que las lecturas consecutivas respectivas de los volúmenes de agua y sedimentos del crudo N-16 en los tubos de centrifuga luego de ser sometido al proceso establecido tuvieran el mismo resultado. Para la determinación de promedio del porcentaje de BSW del crudo se realizo un ponderado con el resultado de las 3 zanahorias. Cabe resaltar que el volumen de las zanahorias 1 y 4 es de 0.15 ml por lo que se valdrá este resultado como solo uno y se promediara solo tres lecturas.

̅̅̅̅̅̅̅ Porcentaje de BSW general: 100 dim   muestra de total Volumen zanahorias enla entos se y agua de Volumen BSW BSW = BSW = 0.04 %

La velocidad de rotación en revoluciones por minuto (rpm) colocadas en la centrifuga fue de:

√ √

| |

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ANÁLISIS DE RESULTADOS

 La determinación del porcentaje de BSW para la muestra de crudo N-16 durante nuestra práctica fue de 0.04%. Este valor esta en el rango que debe cumplir un crudo que está disponible para transporte y comercialización, el cual que no debe ser mayor al 1% del contenido de agua y sedimentos. Queda claro que este tipo de crudo está en condiciones óptimas para ser enviado a la refinería, por lo que no tendrá que ser puesto a tratamientos de deshidratación y demás para bajar su porcentaje de BSW.

 Como se menciono anteriormente la fiabilidad de esta prueba está expuesta a errores, ya sean de tipo técnico o humano. El tipo de desimulsificante, la cantidad de este, la variación de la temperatura, la velocidad de la centrifuga y la medición del volúmenes son algunos de los aspectos que podrían afectar el resultado del porcentaje de BSW del crudo.

 El porcentaje de error respecto a la velocidad de centrifuga es de 1% lo cual no es un valor significativo capaz de afectar la medición de los volúmenes de agua y sedimentos en el crudo N-16.

 Queda claro que el porcentaje de BSW (0.04%) leído en el crudo N-16 está en el rango aceptable respecto a lo que dicen las normas establecidas para transporte y comercialización de crudo pero este valor puede diferir un poco con otro tipo de prueba más exacta.

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CONCLUSIONES

 Se observo que durante la práctica la determinación del porcentaje de BSW del crudo N-16 por el método de la centrifuga es de 0.04%.

 Un crudo con tan altos porcentajes de agua y sedimentos, no es crudo que esté disponible inmediatamente para el transporte y venta, ya que este generara problemas tales como corrosión en las tuberías y afectara el verdadero valor de ºAPI. En este caso, el crudo N-16 es un crudo optimo para ser transportado y comercializado.

 Las normas nacionales indican que el mayor porcentaje que puede contener un crudo para ser transportado por oleoductos para su posterior refinación y venta es de 1%. El no cumplir con las indicaciones anteriormente mencionadas, puede generar sanciones económicas y legales para la empresa comercializadora. El porcentaje de 0.04% de BSW del N-16 es un valor apropiado si se piensa en la comercialización de este recién extraído, por lo que no se le deberán hacer procedimientos para disminuir la cantidad de agua y sedimentos antes de determinar su verdadero ºAPI.

 El hecho de que el crudo N-16 tenga un porcentaje bajo del contenido de agua y sedimentos es favorable para la empresa ya que no aumentara los costos de producción y tratamiento, permitiendo dejar mayor utilidades.

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RECOMENDACIONES

 Ejecutar cuidadosamente la práctica de laboratorio, esto determina el porcentaje de error encontrado, lo cual deriva el en grado de confiabilidad de los resultados obtenidos.

 Se debe realizar una limpieza completa en los instrumentos que se utilizan para el desarrollo de la práctica, de no hacerlo, puede generar que residuos diferentes partículas alteren el resultado final.

 Es importante resaltar el valor en la aplicabilidad de esta práctica, principalmente por las normas estipuladas en la industria del petróleo nacional referentes al transporte y la refinación del crudo.

 Teniendo en cuenta la cantidad de agua y sedimentos presentes en el crudo, se puede asegurar que cuanto mayor sea esta cantidad, el petróleo es más pesado y de menor calidad, por ende requiere de mayor tratamiento que lo hace más costoso y además necesita mayor proceso.

 Siempre se debe tener muy en cuenta, el optimo equilibrio de la centrifuga, para lograr garantizar un resultado óptimo y prevenir cualquier tipo de accidentes.

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CUESTIONARIO

1. ¿Qué efectos tiene el desemulsificante y el solvente sobre la emulsión?

Los principales efectos del desemulsificante sobre la emulsión son los siguientes:

- Fuerte atracción hacia la interface aceita-agua, ellos deben desplazar y/o neutralizar a los emulsificadores presentes en la película de interface

- Floculación; neutralizan las cargas repulsivas entre las gotas dispersas, permitiendo el contacto de las mismas

- Coalescencia: permiten que pequeñas gotas se unan a gotas más grandes que tengan suficiente peso para asentarse. Para esto se requiere que la película que rodea y estabiliza las gotas sea rota.

Los desemulsificantes logran que la película que rodea a la gota de agua se vuelva muy rígida o se contraiga para finalmente romperse, logrando de esa forma romper la emulsión presente, otra propiedad deseable en un desumulsificante es la capacidad para humectar los sólidos presentes en la emulsión , para que sean incorporadas en el agua separada.

Es decir, el desemulsificante actúa como un rompedor, debilitando las fuerzas interfaciales crudo-agua, permitiendo así la deformación de la fase dispersa de la mezcla. De igual manera permite disminuir la viscosidad de la mezcla, logrando que la precipitación de las gotas de agua sea mayor.

2. ¿Tiene alguna importancia la escogencia del desemulsificante apropiado? ¿Por qué?

La importancia depende de la eficiencia y efectividad que se requiera al momento de romper los enlaces de las emulsiones contenidas en el crudo para tener una mayor rapidez en el reacomodo de las moléculas. Se debe tener mucho cuidado al momento de escoger el desemulsificante a utilizar, ya que si este es poco eficiente se necesitara una cantidad muy alta del mismo para lograr la separación de los componentes de la

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emulsión; pero si se utiliza uno muy eficiente, será mucho más beneficioso porque reducirá el tiempo y costos de tratamiento.

La selección del agente químico desemulsificante es por ensayo y error, el procedimiento consiste de una serie de evaluaciones en el laboratorio conocidas como "pruebas de botella" con las cuales se obtiene la siguiente información.

- El tipo de agente desemulsificante. - La dosificación requerida del mismo.

- La temperatura a calentar el aceite, si esto es necesario. El tiempo de asentamiento del agua.

3. ¿Por qué se sumerge el tubo de centrifuga en el baño de temperatura hasta la marca de 100ml?

Las zanahorias se sumergen en el baño maría hasta sus marcas máximas, en este caso de 100 ml, con el fin de garantizar un calentamiento mas efectivo, reduciendo el tiempo de la prueba, y así generar rápidamente las reacciones esperadas de la mezcla de los tres componentes, emulsión agua-crudo, solvente y desemulsificante respectivos.

Al sumergir la zanahoria en el baño de temperatura es indispensable lograr una temperatura homogénea, debido a que el calor es un factor importante para romper las emulsiones porque permite un asentamiento más rápido de las partículas de agua, logrando de este modo reducir la viscosidad del aceite y por expansión del agua, la película que rodea a las gotas se rompe o en su defecto reduce su resistencia.

4. ¿Por qué la cantidad de agua detectada por el método de centrifugación es casi siempre menor que el contenido de agua real?

El método de centrifugación para hallar el BSW de un crudo, reporta resultados casi siempre menores a los reales, algunas de las razones pueden ser debido a:

- La fuerza de la centrifuga no es lo suficientemente grande como para superar la tensión superficial de la emulsión y lograr el desprendimiento de las moléculas de agua que están en el crudo para así lograr su reagrupación.

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- El uso del desemulsificante no resulta eficaz, debido a que la selección del agente químico desemulsificante es por ensayo y error, y las características de este no resultaban apropiadas para romper la emulsión del crudo.

- Si la emulsión es demasiado fuerte (muy estable), el desemulsificante puede que no haya tenido suficiente contacto con todas las gotas de agua, especialmente con aquéllas que son más pequeñas, y por ende no se produce una coalescencia completa, por lo que aún permanece una pequeña cantidad de agua en la muestra.

- Este es un procedimiento poco meticuloso, por lo que se hace susceptible a errores humanos en el procedimiento.

5. ¿Por qué no se debe adicionar mucha cantidad de desemulsificante a la muestra?

La cantidad de desemulsificante no tiene que ser significativa en el volumen de la mezcla, debido a que este agente reactivo desemulsificante es insoluble en agua y soluble en crudo, cuando se realice la centrifugación el desemulsificante puede ir precipitado con el agua, ya que este tiene un límite permisible en la cantidad de crudo que se ha añadido en la zanahoria.

6. ¿Cuál es la aplicabilidad industrial de esta práctica?

El conocimiento del contenido de agua en el crudo es de suma importancia ya que esta mezcla de sustancias que lo componen contiene a su vez sales que pueden causar serios problemas de corrosión y por ende el deterioro de las tuberías de transporte y en los tanques de almacenamiento. Extraer el contenido de agua es muy importante en las refinerías, de no hacerlo, los dispositivos y aparatos especializados para el tratamiento del crudo se podrían dañar (corrosión), lo que resultaría muy costoso para la industria.

Pero, la razón más importante por la cual se trata de prevenir el deterioro que se causa por la corrosión es que el contenido de agua afecta directamente la calidad del crudo y su precio, ya que si este contenido supera el 1% el crudo no se podrá transportar por los oleoductos o procesarlo en refinerías (>0.5%). Es por esto que es necesario determinar estos niveles y corregirlos para así mejorar la calidad del crudo y su precio comercial.

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7. ¿Qué sucede si la centrifuga se coloca desbalanceada?

Esta máquina trabaja a altas revoluciones logrando alcanzar altas presiones, además trabaja con fuerzas centrípetas que deben ser de iguales magnitudes y direcciones pero en sentidos opuestos para que exista un equilibrio en la rotación. Si no se cumplen las condiciones de balance en la centrifuga, se producirá un daño en el equipo y los instrumentos utilizados (zanahorias), debido a su funcionamiento rotatorio, con el movimiento desbalanceado, se van desgastando las piezas hasta el punto de su ruptura.

8. ¿Cuáles son los rangos de calibración de los tubos de centrifuga utilizados?

Calibración y tolerancia para un tubo de centrifuga de seis pulgadas

RANGO (mm) SUBDIVISIONES (mm) TOLERANCIA AL VOLUMEN (mm) 0.0 a 0.1 0.05 ±0.020 0.1 a 0.3 0.05 ±0.030 0.3 a 0.5 0.05 ±0.050 0.5 a 1.0 0.10 ±0.075 1.0 a 1.5 0.10 ±0.100 1.5 a 2.0 0.10 ±0.200 2.0 a 3.0 0.20 ±0.300 3.0 a 5.0 0.50 ±0.500 5.0 a 10 1.00 ±0.750 10 a 25 5.00 ±1.000 50 a 75 a 100 10.0 ±1.500

Calibración y tolerancia para un tubo de centrifuga de ocho pulgadas

RANGO (mm) SUBDIVISIONES (mm) TOLERANCIA AL VOLUMEN (mm) 0.0 a 1.0 0.05 ±0.02 0.1 a 0.3 0.05 ±0.03 0.3 a 0.5 0.05 ±0.05 0.5 a 1.0 0.10 ±0.05 1.0 a 2.0 0.10 ±0.10 2.0 a 3.0 0.20 ±0.10 3.0 a 5.0 0.50 ±0.20 5.0 a 10 1.00 ±0.50 10 a 25 5.00 ±1.00 25 a 100 25.0 ±1.00

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9. A una batería de recolección llegan 950 BPD del pozo 5 con un BSW de 28 % y una temperatura de 90° F y con él se mezclan 1530 BPD de otros pozos con un BSW de 49 % y una temperatura de 95° F.

a. ¿Cuál es el BSW de la mezcla?

b. Si tenemos en el pozo 5 (A) una gravedad específica a la temperatura de 90 f de 0.893 y en los otros pozos (B) una gravedad especifica de 0.873 a la temperatura de 95 F, determinar cuál es la gravedad API de la mezcla.

c. ¿Cuánta agua hay que retirar para dejar la mezcla de crudos a condiciones de refinería?

CAMPO %BSW T (°F) Get

A 28 90 0.893

B 49 95 O.873

Hallando la Get por interpolación partiendo de la siguiente tabla:

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Determinación del contenido de agua y sedimento en el petróleo crudo por el método de la centrifuga.Página 17 0.63 97 0.78 75 0.85 68 0.95 66 ( ) Para el crudo A: ( ) Ge90°F GeT α/°C x 10-5 0.839 0.85 68 0.893 0.904 0.939 0.95 66 Para el crudo B: ( ) Ge95°F GeT α/°C x 10-5 0.837 0.85 68 0.873 0.886 0.937 0.95 66 Hallando la °API:

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Determinación del contenido de agua y sedimento en el petróleo crudo por el método de la centrifuga.Página 18 Para el crudo A: Para el crudo B:

Hallando el volumen de agua por medio de:

Donde:

SW: agua y sedimentos Vol total: volumen total

Teniendo como base de cálculo 1 día.

Para el crudo A Para el crudo B

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Hallando el volumen de crudo seco a cada temperatura (Vcst):

( ) Para el crudo A ( ) Para el crudo B ( )

Hallando el volumen de crudo seco a 60°F (VcsT):

El factor de reducción volumétrico se halla con la utilización de la tabla 6 de las Tablas de medición de petróleo (ASTM-IP), utilizando las temperaturas del campo y la °API

Hallando el Fv por interpolación para el crudo A

°API Fv 25 0.9879 25.03 0.987897 26 0.9878

Hallando el Fv por interpolación para el crudo B

°API Fv

28 0.9855

28.21 0.985458

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Teniendo ya los volúmenes de crudo seco a 60°F se pueden sumar: ( )

Luego entonces, se suman los volúmenes de agua, a los cuales anteriormente se designaron como SW:

( )

Sabiendo que el agua no tiene la misma propiedad del petróleo de expandirse con la temperatura, se halla un volumen total, sumando el volumen total de crudo seco a 60°F y el volumen total de agua obtenido:

( )

Finalmente se halla el BSW de la mezcla aplicando:

Hallando la gravedad especifica de la mezcla (Gemz):

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Hallando la fracción volumétrica a 60°F (XT):

∑ ( ) ( ) Hallando la °APImz:

Conociendo que el BSW máximo con el que un crudo debe llegar a refinaría es de 0.5%, se halla el volumen de agua a retirar para que cumpla con esta condición aplicando:

CAMPO %BS W T °F Vt BPD Get GeT °API Vcst BPD VcsT BPD XT A 28 90 950 0.893 0.904 25.03 684 675 0.47 B 49 95 1530 O.87 3 0.886 28.21 780.3 769 0.53 1444 1.00

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Donde:

SW: agua y sedimentos Vol total: volumen total

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BIBLIOGRAFÍA

 FRANCO MUÑOZ, Julián Andrés. Guías de Laboratorio de propiedades del petróleo. Práctica de Laboratorio N°2. Determinación del contenido de agua y sedimentos en el petróleo crudo por el método de la centrífuga (procedimiento de campo).

 Norma ASTM D323-90.

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