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Trabajos gy albercopcreztito ACKa5pR 02, 2010 5 pagcs REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2. 1. EMULSIONES DE AGUA EN PETROLEO CRUD02 El agua y el aceite son esencialmente inmiscibles, por lo tanto, estos dos líquidos coexisten como dos distintos. La frase «aceite y agua no se mezclan» expresa la mutua insolubilidad de muchos hidrocarburos líquidos y el agua. Las solubilidades de hidrocarburos son bajas pero varían dramáticamente, desde 0,0022 ppm para el tetradecano hasta 1760 ppm del benceno en el agua.
La presencia de dobles enlace carbono-carbono (por ejemplo alkenos, dialkenos y aromaticos) ncrementan la solubilidad del agua. El agua está lejos de ser soluble en hidrocarburos saturados (por ejemplo: parafinas o alcanos)y la solubilidad del a ua decrece con el incremento del peso molecular d ors una suspensión cuasi sta dispersos en otro líq o. co líquido presente com interna, mientras qu st emulsión es e un líquido n la figura 1. El ase dispersa o es la fase continua o externa.
Las emulsiones algunas veces son clasificadas de acuerdo al tamaño de las gotas dispersas; considerándose como macroemulsión cuando el rango de las gotas es de 10 a 150 icras y como microemulsión o micela cuando el tamaño de gotas varia de 0. 5 a 50 micras. Figura 1 Microfotografía de una emulsión agua en aceite (PETEX, 1990,p. 7) 2. Schramm, Laurier (1992) «Petroleum Emulsions». Página 9 de 64 Existen tres requisitos para formar una emulsión emulsión. • • • Dos líquidos inmiscibles. Suficiente agitación para dispersar un liquidos en pequeñas gotas.
Un emulsificador para estabilizar las gotas dispersas. Las emulsiones son causadas por turbulencia o agitación ya que el golpeteo dispersa una de las fases en muchas gotas pequeñas. La tensión interfacial o superficial tiende a la coalescencia de las gotas. Muchas gotas dispersas en una fase continua tienen una gran área colectiva interfacial, sin embargo, como las partículas coalescen, el área total interfacial disminuye. La tensión superficial representa energ(a potencial disponible para producir un área interfacial más pequeña.
Luego, la tendencia natural es que la coalescencia ocurra. Una tension interfacial baja, dismnuye la coalescencia de las gotas de la emulsión. Dos líquidos puros inmiscibles no pueden formar una emulsión estable, sin la resencia de fuerzas estabilizadoras de la emulsión, pequeñas gotas se unirán nuevamente y decrecerá el área interfacial, la energía total de superficie y la energ[a libre de Gibbs del sistema. Una tercera sustancia o agente emulsificante debe estar presente para estabilizar la emulsión. El típico emulsificador es un agente activo de superficie o surfactante.
Las moléculas del surfactante son amfipáticas, es declr, una parte de su molécula es hidrofilica o soluble en agua y la otra es lipofílica o soluble en aceite. Los surfactantes estabilizan las emulsiones por migración a la nterfase aceite-agua y forman una película interfacial alrededor de las gotas. Las moléculas de surfactantes se alínean ellas mismas RI_IFS interfacial alrededor de las gotas. Las moléculas de surfactantes se alinean ellas mismas en la interfase polar hidrofilica en la fase acuosa y en la no polar hidrofóbica en la fase aceite.
Esta película estabiliza la emulsión debido a las siguientes causas: Reduce las fuerzas de tensión superficial que se requiere para la coalescencia de las gotas. Este decremento en la tensión superficial puede ser dramático. Añadiendo menos de 1 % de un surfactante uede reducir la tensión superficial de las gotas de aceite en agua de 30-35 mN/m. Forman una barrera viscosa que inhibe la coalescencia de las gotas. Este tipo de película ha sido comparada como una envoltura plástica.
Página 10 de 64 Si el surfactante es polar, alineado en la superficie de las gotas de agua, su carga eléctrica provoca que se repelan unas gotas con otras. Un segundo mecanismo de estabilización ocurre cuando los emulsificadores son part[culas sólidas muy finas. Para ser agentes emulsificantes, las partículas sólidas deben ser más pequeñas que las gotas suspendidas y deben ser humedecidos or el aceite y el agua. Luego estas finas partículas sólidas o coloides (usualmente con surfactantes adheridos a su superficie) se colectan en la superficie de la gota y forman una barrera física.
Ejemplos comunes de este tipo de emulsificadores son el sulfuro de fierro y la arcilla Los dos tipos de emulsiones agua-aceite son conocidas como aceite-en- agua (o/w) y agua-en-aceite (w/o). Las emulsiones o/w se refieren a aceite disperso en el agua y las emulsiones w/o se refieren a agua dispersa en el aceite. E 31_1fS disperso en el agua y las emulsiones w/o se refieren a agua dispersa en el aceite. El tipo de emulsión formada depende fundamentalmente del tipo de agentes emulsificantes.
Una regla empírica predice que surfactantes predominantemente solubles en aceite forman emulsiones w/o y surfactantes solubles en agua producen emulsiones o/w. En los campos petroleros las emulsiones agua-en aceite (w/o) son llamadas emulsiones regulares, mientras que las emulsiones aceite en el agua (o/w) son llamadas emulsiones inversas. Esta clasificación simple no siempre es adecuada, ya que emulsiones múltiples o complejas (o/w/o ó w/o/w) pueden también ocurrir. Emulsiones del tipo o/ /o se refieren a emulsiones consistentes en gotas de aceite dentro de gotas de agua que están dispersas en fase continua de aceite.
Las emulsiones w/o/w tienen gotas de agua dispersas en gotas de aceite que a su vez están dispersas en fase continua de agua. El presente trabajo se centra en emulsiones agua-en aceite, porque éstas son las más comunes en el manejo de crudo. En las emulsiones regulares, la fase acuosa dispersa es usualmente llamada agua y sedimento (A&S) y la fase continua es aceite crudo. El A&S es principalmente agua salina; sin embargo, sólidos tales como arena, lodos, carbonatos, productos de corrosión sólldos precipitados o disueltos se encuentran también presentes, por lo que A&S también es llamado agua y sedimento básico (A&SB).
Página 11 de 64 Los agentes emulsificadores son numerosos y pueden ser clasificados de la siguiente manera: Compuestos naturales de superficie activa tales como 406 S pueden ser clasificados de la siguiente manera: Compuestos naturales de superficie activa tales como asfaltenos y resinas conteniendo ácidos orgánicos y bases, ácidos nafténicos, ácidos carboxílicos, compuestos de su furo, fenoles, cresoles y otros surfactantes naturales de alto peso molecular.
Sólidos finamente divididos, tales como arena, arcilla, finos de formación, esquistos, lodos de perforación, fluidos para estimulación, incrustaciones minerales, compuestos de corrosión (por ejemplo sulfuro de fierro, óxidos), parafinas, asfaltenos precipitados. Los fluidos para estimulación de pozos son notablemente efectivos para formar emulsiones muy estables.
Químicos añadidos tales como inhibidores de corrosión, blocldas, limpiadores, surfactantes y agentes humectantes. Las emulsiones regulares producidas pueden ser clasificadas como duras y suaves. por definición una mulsión dura es muy estable y d fícil de romper, principalmente porque las gotas dispersas son muy pequeñas. Por otro lado, una emulsión suave o dispersión es inestable y fácil de romper.
En otras palabras, cuando un gran número de gotas de agua de gran diámetro están presentes, ellas a menudo se separan fácilmente por la fuerza gravitacional. El agua que se separa en menos de cinco minutos es llamada agua libre. La cantidad de agua remanente emulsificada varía de 60 % volumen. En los crudos ligeros (>20 OAPI) las emulsiones contienen típicamente de 5 a 20 % volumen de agua, mientras que en los crudos pesados ( SÜFS
