DESHIDRATACIÓN DE LODOS (DEWATERING)
ARCADIO ALFONSO FANDIÑO
CORPORACIÓN INSTITUCIONAL PARA LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO – COINSPETROLTÉCNICO EN CONTROL DE SÓLIDOS VILLAVICENCIO 2010
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DESHIDRATACIÓN DE LODOS (DEWATERING)
ARCADIO ALFONSO FANDIÑO
Proyecto de grado como requisito para obtener el titulo de Técnico en Control de Sólidos.
CORPORACIÓN INSTITUCIONAL PARA LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO – COINSPETROLTÉCNICO EN CONTROL DE SÓLIDOS VILLAVICENCIO 2010
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AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos ante todo a Dios Todopoderoso, mi Señor, mi Guía, mi Proveedor; que sabe lo esencial que ha sido en mi posición firme de alcanzar esta meta con alegría y través de esta, alcanzar otras que espero sean para la Gloria de nuestro Dios. A mi asesor del proyecto quien con su guía, hizo posible el desarrollo y finalización de este trabajo.
A los miembros de mi familia, por estar siempre presente incentivándome para el logro de mis nuevas metas y por el constante aporte en el desarrollo y finalización de este trabajo.
ARCADIO ALFONSO FANDIÑO
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DEDICATORIA
Dedico este triunfo a mi familia, que siempre ha sido mi apoyo, a mis profesores y a la Corporación Institucional para la Industria del Petróleo – COINSPETROL.
ARCADIO ALFONSO FANDIÑO
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Nota de aceptaci贸n
______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________
______________________________ Firma del presidente del jurado
______________________________ Firma del jurado
______________________________ Firma del jurado
Villavicencio, 10 de Abril de 2010
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CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 8 2. OBJETIVOS ................................................................................................ 9 2.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 9 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ..................................................................... 9 3. JUSTIFICACION ....................................................................................... 10 4. DEWATERING.......................................................................................... 11 5. CENTRIFUGACIÓN .................................................................................. 14 5.1 COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN ........................................................ 15 5.2 PARA AUMENTAR EL PH DEL AGUA. .................................................. 21 5.3 PARA REDUCIR EL PH DEL AGUA ...................................................... 22 5.4 INYECCIÓN DE RIPIOS ......................................................................... 23 Inyección de Ripios ............................................................................. 23 5.6 AGUA ESCORRENTÍA ........................................................................... 24 6. TRATAMIENTO Y ALMACENAMIENTO DE LAS AGUAS TRATADAS EN EL PROCESO DE DEWATERING ............................................................... 26 CONCLUSIONES ......................................................................................... 26
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LISTA DE FIGURAS
Pรกg. Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7
12 13 15 21 24 25 26
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INTRODUCCIÓN
Con el auge del petróleo en Colombia, la empresa petrolera ha tomado un impulso cada vez más grande, pero en un principio no se tomo en cuenta muchos problemas ambientales que este causaba de todo lo que se extraía de la perforación, el cual iba al ambiente y contaminaba el entorno, tenemos ejemplos como lo que paso con Texaco, que dejo muchas piscinas con contaminantes que hasta estos días se las están tratando. En los últimos quince años, en dicha explotación se incorporan, cada vez con más amplitud y precisión, criterios de sustentabilidad, entre ellos, el de la protección al medio ambiente.
Una vez confirmadas las reservas de hidrocarburos, la exploración y la explotación se realiza a través de la perforación de pozos; para ello, es necesario contar, con la maquinaria, fluidos de perforación adecuados los cuales tienen, entre otras funciones, la de acarrear los recortes de perforación hacia la superficie. Estos fluidos pueden ser base agua o base aceite. Los fluidos base aceite (emulsión inversa), revolucionaron la perforación de pozos y han hecho posible la realización de muchos proyectos, que sin este material no se hubiesen podido llevar a cabo. Los recortes de perforación generados durante la perforación, al estar en contacto con el fluido de perforación, quedan impregnados con estos productos.
El crecimiento de la industria petrolera ha generado grandes volúmenes de recortes de perforación impregnados con fluidos y aceite, cuyo manejo es motivo de interés, tanto en la empresa petrolera estatal como en la sociedad, por las posibles afectaciones que pudieran presentarse al ambiente. Para resolver esta situación, se recurre al dewatering por su eficiencia ambiental
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2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Este trabajo se realiza con el fin de adiestrarnos en el campo industrial y en uno tan importante y complejo como lo es el Petrolero, Fundamentando el conocimiento adquirido en la materia de tratamiento y la completa eliminación de los sólidos en suspensión de todos aquellos fluidos no reutilizables.
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Identificar como realizar el tratamiento de dewatering con productos compatibles con el lodo de perforación.
Revisar los métodos utilizados para reciclar al máximo el agua industrial
Describir el proceso de dewatering para disponer las aguas cumpliendo con todos los parámetros exigidos.
Adquirir bases de Ingeniería práctica.
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3. JUSTIFICACION
En la carrera de Técnico en Control de Sólidos es importante conocer de primera mano el proceso del tratamiento y la completa eliminación de los sólidos en suspensión de todos aquellos fluidos no reutilizables.
Esa es la razón de la realización de este trabajo de grado, ya que la Tecnología de dewatering es hoy en día el sistema de tratamiento más utilizado en el mundo debido a su buena relación costo/calidad.
En este trabajo de se estudió
el proceso completo, a fin de conocerlo y
practicarlo.
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4. DEWATERING
Consiste
en el tratamiento y la completa eliminación de los sólidos en
suspensión de todos aquellos fluidos no reutilizables; como el agua utilizada para limpieza de piletas, colchones de cementación, lodos contaminados, volumen retirado con chupa de las trampas decantadoras, o el lodo del último pozo de una campaña. Cuando el lodo de perforación ya no se utilice mas, se le hace este tratamiento, el lodo de perforación se bombea para el área de (dewatering) haciéndose pasar por una decantadora centrifuga la cual hace la separación de la parte sólida de la liquida por medio de la fuerza centrifuga cuando esto ocurre los sólidos son llevados para ser tratados en las piscinas de tratamiento de ripios.
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Figura 1.
Fuente: bridgat.com. 2010 Esto se logra mediante la SEPARACIÓN MECÁNICA ASISTIDA, donde se utilizan Polímeros Biodegradables para coagular y/o Flocular los sólidos finos, los que son separados luego más fácilmente por
Decantadoras
Centrífugas. Este es un proceso lento ya que el tiempo de exposición de los sólidos a los polímeros es un factor determinante para el buen resultado final. La adición de polímeros se realiza en la línea de alimentación de lodo a la decanter, logrando de esta manera la aglomeración de los sólidos con la turbulencia producida en la línea, consiguiendo aumentar el tamaño de estas partículas y por ende una separación más eficiente de la fase líquida.- Es una herramienta del control de sólidos y de manejo ambiental
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Figura 2.
Fuente: co.ottawa.mi.us. 2010
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5. CENTRIFUGACIÓN
Las centrífugas de operación continua tienen aplicación en el deshidratado de lodos. La mayoría son del tipo de carcaza sólida en el cual se alimenta lodo acondicionado al centro de una carcaza que gira rápidamente. Los sólidos son lanzados a la orilla exterior de donde son removidos por un raspador-transportador. Las centrífugas son relativamente compactas pero no pueden lograr concentraciones de sólidos mayores del 20% y en muchos casos es difícil separar en forma económica sólidos mayores a un 12 ó 15% de los lodos del agua natural o residual.
Es importante observar que en todas las operaciones de deshidratado de lodos, el líquido que se separa requiere arreglos adecuados para poder eliminarlo.
El líquido de los lodos del agua residual, es altamente contaminante y se debe regresar a la planta principal de tratamiento para su estabilización.
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Figura 3.
Fuente: windsorcarbon.com. 2010 La parte liquida se lleva a un primer tanque donde se hace floculación y coagulación
5.1 COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN
Si el agua contiene sólidos en suspensión, la coagulación y la floculación pueden utilizarse para eliminar gran parte del material. En la coagulación, se agrega una substancia al agua para cambiar el comportamiento de las partículas en suspensión. Hace que las partículas, que anteriormente tendían a repelerse unas de otras, sean atraídas las unas a las otras o hacia el
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material agregado. La coagulación ocurre durante una mezcla rápida o el proceso de agitación que inmediatamente sigue a la adición del coagulante.
El proceso de floculación que sigue a la coagulación, consiste de ordinario en una agitación suave y lenta. Durante la floculación, las partículas entran más en contacto recíproco, se unen unas a otras para formar partículas mayores que pueden separarse por sedimentación o filtración. El alumbre (sulfato de aluminio) es un coagulante que se utiliza tanto al nivel de familia como en las plantas de tratamiento del agua.31, 32 Los coagulantes naturales incluyen semillas en polvo del árbol Moringa olifeira y tipos de arcilla tales como la bentonita.
Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de la velocidad, el tiempo y al ph. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otro parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.
El tipo más común de equipo para este propósito en una paletas o agitadores accionados por un motor, diseñado de manera que al girar las paletas produzcan una agitación apreciable, pero no indebida. Se puede regular la velocidad de rotación y se puede operar el equipo de manera que proporcione el grado óptimo de agitación, independientemente de las características del agua en tratamiento, de su cantidad y del tipo de coagulante que se use. Las paletas pueden girar sobre un eje vertical u horizontal, longitudinal o transversalmente a dirección del flujo. A veces se coloca varias paletas en serie, caso en el cual se hace girar la primera paleta a mayor velocidad que las demás. La práctica moderna aconseja que se
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agite repentina y violentamente el agregarse el coagulante, disminuyéndose gradualmente la turbulencia en cada etapa sucesiva a través del proceso de "mezclado, coagulación, floculación y sedimentación".
Aunque el alumbre es el coagulante que más se utiliza, hay alguno otros coagulantes que también se utiliza, entre los cuales son de mencionarse:
1.- El alumbre activado, que contiene sílice. 2.- El alumbre negro que contiene carbón activado 3.- El aluminato de Sodio 4.- La caparrosa verde, vitriolo verde, o sulfato ferroso 5.- El cloruro férrico 6.- El sulfato férrico
Las complejas reacciones mediante las cuales se deciden cual de estos coagulantes debe emplearse. Debe señalarse, sin embargo, que la reacción fundamental que se verifica usando cualquiera de los coagulantes mencionado, depende de la presencia de la alcalinidad en forma que sea, y que el flóculo que se produce es de hidróxido de aluminio o de hidróxido de hierro.
El control de los tanques de coagulación-floculación consiste, esencialmente, en regular la cantidad de coagulante que se agregara, así con el grado de agitación, si esto último es posible, para asegurarse de que se logren los mejores fóculos con la mínima dosificación de coagulante. A veces es deseable emplear "ayuda de coagulación", para producir un flóculo que se deposite fácilmente. La ayuda de coagulación que se emplea más comúnmente la sílice activada, la de esta sustancia se basa, por lo general en la experiencia y/o en los resultados de estudios sobre coagulación. Es una buena práctica instalar luces sumergidas en el extremo de salida de los
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tanques, para que se pueda observar las características del flóculo que se forma. El agua en la que se a hecho una coagulación correcta, debe flóculos visibles en un agua clara, como se ven los copos de nieve en al aire limpio, en contraste con el aire brumoso o nublado.
La sedimentación sigue a la coagulación y floculación, primeramente para disminuir la carga en los filtros de arena. La filtración es la etapa final para la remoción física de las impurezas del agua. Es seguro que se puede producir un efluente satisfactorio del filtro, mediante una coagulación eficaz, sin emplear la sedimentación, pero los filtros se taponarían muy rápidamente, y los costos de operación serían tan altos que el proceso no sería práctico.
Por lo general un tanque de sedimentación es una estructura a través del cual fluye el agua a tan baja velocidad que el material suspendido caerá depositándose en el fondo del tanque, saliendo de éste un agua clara. Es obvio que, para una cierta capacidad de una planta de tratamiento, la proporción suspendido que se elimine será mayor mientras más grande sea el tanque de sedimentación.
La determinación de las dimensiones que debe tener un tanque para lograr que se obtenga una buena sedimentación es un problema muy complejo, e incluye, entre otras cosas, el hacer un balance económico entre un balance de costo debido a los tanques de sedimentación más grandes y la reducción del costo de operación del filtro. Para complicar aún más el asunto, podría discutirse que un tanque de sedimentación que elimine mejor el material suspendido, no es necesariamente el más adecuado, porque debe depositarse algo del flóculo en la superficie del filtro para que éste opere satisfactoriamente. Sin embargo, se tiende generalmente a obtener una coagulación y clarificación completa, hasta donde sea posible, ya sea que se logre el diseño o por detalles de operación. Generalmente, se especifican
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períodos de retención de 3 a 6 horas y velocidades horizontales menores de 0.90 m. Por minuto. Probablemente los factores de operación de un tanque de sedimentación son:
1._ Que el agua al entrar en el tanque provoque la mínima turbulencia. 2._ El impedir corrientes de corto circuito o directas entre la entrada y salida. 3._ Que el efluente salga sin provocar disturbios para que no arrastre hacia fuera del tanque el material sedimentado.
Con mucha frecuencia puede modificarse aproximadamente un tanque que no funcione correctamente, haciendo cambios en los dispositivos de entrada y salida, o instalando tabiques desviadores, para mejor cualquiera de las funciones antes mencionadas.
Si no es muy grande la cantidad de material suspendido, los tanques de sedimentación pueden limpiarse vaciándolos primero y removiendo después el material del fondo y los lodos por medio de rastrillos y mangueras a presión. Muchos tanques modernos son limpiados a través de raspadores mecánicos que llevan hacia un extremo el material depositado, o al centro de los tanques circulares, el cual es eliminado después con solo abrir una válvula de drenaje. El método mecánico tiene la ventaja de que el tanque no necesita dejar de operar, no se desperdicia agua porque no se necesita vaciar el tanque y además es posible la eliminación más frecuente del material depositado, logrando así el mínimo de acción bacteriana sobre el material sedimentado, lo cual podría causar problemas de olor y sabor.
Cuando se culmina con el proceso de desfloculacion o limpieza de partículas sólidas que se encuentran dentro del agua se tiene encuenta el ph. de el agua, la acides, la cantidad de sales disueltas, la demanda química de
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oxigeno, la demanda Bioquím. de oxigeno, los color,etc.
PARAMETROS
VALOR
Sólidos en suspensión
750.00 mg/l
DQO
1.500.00 mg/l
Aceites y grasas
150.00 mg/l
Cloruros
2.000.00 mg/l
Sólidos en suspensión
750.00 mg/l
Aceites y grasas
150.00 mg/l
Cloruros
2.000.00 mg/l
Cianuros libres
1.00 mg/l
Cianuros totales
5.00 mg/l
Dióxido de azufre
15.00 mg/l
Fenoles totales
0.20 mg/l
Fluoruros
12.00 mg/l
Sulfatos
1.000.00 mg/l
Sulfuros totales
2.00 mg/l
Sulfuros libres
0.30 mg/l
Aluminio
20.00 mg/l
Boro
3.00 mg/l
Cromo total
3.00 mg/l
Zinc
10.00 mg/l
Estaño
5.00 mg/l
Fósforo total
50.00 mg/l
Hierro
5.00 mg/l
Manganeso
2.00 mg/l
Detergentes
10.00 mg/l
Pesticidas
0.10 Mg/l
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turbidez, conductividad,
Figura 4.
Fuente: durexproducts.com
5.2 PARA AUMENTAR EL PH DEL AGUA.
Para modificar el pH de un agua muy ácida, una solución de emergencia es agregar bicarbonato de sodio. Esta modificación es bastante inestable pero resulta el método más rápido para casos de emergencia.
Obviamente no puede modificarse bruscamente el pH por lo que el agregado será en pequeñas dosis, previamente disueltas en agua tibia
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5.3 PARA REDUCIR EL PH DEL AGUA
El procedimiento que con más frecuencia se debe realizar es el de bajar el pH del agua.
Este procedimiento sólo es posible cuando el agua no es muy dura ya que los carbonatos y bicarbonatos de calcio se oponen al cambio de pH estableciendo un "buffer".
Qué
significa
esto?
Lo
explicaré
en
términos
prácticos.
Si el agua es dura y aplicamos una dosis de ácido y luego medimos el pH, nos
encontraremos
con
la
sorpresa
de
que
nada
ha
cambiado.
Entonces agregamos más ácido. Repetimos la medición y todo sigue igual. Luego agregamos más y más ácido hasta que, de pronto, se produce el gran cambio y el pH baja abruptamente de 8 a 4 ó 5.
Para evitar esto lo primero que se debe hacer es ablandar el agua hasta llegar a niveles de dureza bajos (sin llegar a niveles de dureza tan bajos que el agua se transforme en inestable hacia el lado ácido). Una vez ablandada el agua se podrá agregar ácido fosfórico, clorhídrico o bifosfato ácido de sodio en solución al 10%, agregados gota a gota, con intervalos de varias horas entre ellas y agitando bien el agua.
El pH deberá medirse una hora después de cada agrega
Esto se logra mediante la SEPARACIÓN MECÁNICA ASISTIDA, donde se utilizan Polímeros Biodegradables para coagular y/o Flocular los sólidos finos, los que son separados luego más fácilmente por
Decantadoras
Centrífugas. Este es un proceso lento ya que el tiempo de exposición de los sólidos a los polímeros es un factor determinante para el buen resultado final.
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La adición de polímeros se realiza en la línea de alimentación de lodo a la decanter, logrando de esta manera la aglomeración de los sólidos con la turbulencia producida en la línea, consiguiendo aumentar el tamaño de estas partículas y por ende una separación más eficiente de la fase líquida.- Es una herramienta del control de sólidos y de manejo ambiental.
5.4 INYECCIÓN DE RIPIOS
Los ripios de perforación también pueden ser inyectados al fondo de pozos abandonados esto con el fin de minimizar el impacto ambiental que puede causar en la superficie
Inyección de Ripios Tecnología adoptada por la legislación Venezolana. Solución económica para proyectos costa afuera. Reduce pasivos ambientales futuros. Utilización de pozos abandonados. Utilización de pozos de baja producción. Utilización de locaciones ya construidas. Cero desechos en superficie. No acarrea problemas con disposición de metales pesados. Utilización de fluidos de desecho para preparación de lechada. Reducción en la utilización de recursos naturales.
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Figura 5.
Fuente: process-controls.com
5.6 AGUA ESCORRENTÍA
Se recogen en canales se recolectan y se llevaran a una trampa de grasas estas provenientes de las áreas de trabajo en las cuales haya riesgo de derrames, lavado de tuberías y equipos, generalmente contiene sólidos, lodo y aceites, estas son recogidas por un canal perimetral conectado a la red general de aguas aceitosas de la instalación para luego hacerles tratamiento de deshidratación
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Figura 6 .
Fuente: srk.co.uk
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6. TRATAMIENTO Y ALMACENAMIENTO DE LAS AGUAS TRATADAS EN EL PROCESO DE DEWATERING
Se dispone con vehículos con altos estándares de calidad y seguridad para el transporte de estas aguas la cual puede ser utilizada para riego, para reinyección a pozos con baja producción de crudo,
y haciéndole un
tratamiento con los estándares de calidad se puede verter a cual quier afluente natural
Figura 7.
Fuente: excavservices.com
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CONCLUSIONES
Para la realizaci贸n del proceso de dewatering se debe recordar que lo m谩s importante es una correcta planificaci贸n.
Analizar y determinar los par谩metros. Si hemos seguido escrupulosamente los pasos indicados, podemos conseguir un ahorro muy importante.
En infraestructuras. Adecuando los medios a las necesidades.
En personal. No disponiendo de horas innecesarias.
En funcionalidad. Optimizando los recursos disponibles en base a las necesidades reales.
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“AYUDENOS
A
CONSERVAR
EL
MEDIO
GENERACIONES FUTURAS SE LO AGRADECERAN”
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AMBIENTE
LAS