DEWATERING Y TRATAMIENTO
DE AGUAS
Es la separación físico/química de las fases sólida y liquida de un fluido de desecho.
Su principal aplicación esta en el tratamiento de volúmenes de lodo en exceso.
Remueve la mayoría de los sólidos coloidales de los fluidos de perforación.
Que es el Dewatering?
DEWATERING
Que es una Solución? Mezcla de 2 o mas sustancias que no reaccionan entre si. El tamaño de las partículas es atómico. Las sustancias en solución no pueden ser separadas por los procesos de coagulación y/o floculación. Ejm: Soluciones salinas (NaCl, KCl, etc) Que es una Suspensión? Mezcla homogénea de partículas desde tamaño molecular hasta tamaños visibles. Generalmente una suspensión tiene aspecto turbio. Las suspensiones pueden ser separadas por los procesos de coagulación y/o floculación, Ejm: lodo
DEWATERING
DEWATERING
DIAMETRO TIEMPO PARA CAER EN UN METRO DE AGUA
ARENA 10 segundos
ARENA FINA 2 minutos
LIMO 2 horas
PARTICULAS COLOIDALES
0.001 mm 4 días
0.1 micrón 2 años
0.01 micrón 10 años
Tiempo de Sedimentación.
Coagulation
Destabilized
Coagulated Particles
+
++
++
++
++
+
++
+
+
+++
+
+
++
+ +
++
+
++
++
+
+
+
+
+ +
++
++
+ +
++
+
+
++
+
++
+
+
+
+
+
+
+
++
++
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
++
+
Negative
ChargeParticles
+
++
+ ++
+
+
Cationic
Coagulant
l
Coagulación
DEWATERING
Desestabilización de las partículas en suspensión debido a la reducción de las cargas electroestáticas, lo cual permite que estas se muevan más cerca y más juntas
Flocculation
Negative-Charge
Particles
---
- --- --
- --
---
- --
---
- --
---
- --
---
- --
- --- -
-- --
- --
---
- --
- --- -
-
---
- --
---
- --
+ +
++ ++++
+ +
+ +
+
++
l Multiple particles
HMW Cationic
Polymer
+
++
++++
++++
+++
+++
+++
+++++
+++ +
+
++
++++
++ +++++
+++ ++++ +
+++
++
++ ++++
++
l Physical in nature - “Bridging”
Destabilized
Flocculated
Particles
- --- -
-
+
+++++
+++ ++++ + ++
++++
+++ +++++
++
---
- --- --
- --
- --- -
-- --
- -
---
- -- - --- -
-
- --- -
-
++ +
+++++ +++
+ ++
+++ + +++++++ -
- --- -
-
---
- --
---
- ---
-
---
- --
+ +
++ ++++
+ +
+ +
++
+
l Strong flocs
formed
l Shear degrades floc - not
reversible
DEWATERING
Floculación
Puenteo físico de dos o mas partículas, la cual aglomera estas partículas, las aglomeraciones son fuertes y resistentes a fuerzas mecánicas, por lo general es irreversible.
Costo efectivo Vs transporte y opción de disposición.
Mejora la reología del lodo.
Reduce el volumen de desechos líquidos y costos de disposición.
Reduce el consumo de agua y el impacto ambiental.
Altamente efectivo en perforación con lodo bentonitico.
DEWATERING
Beneficios del Dewatering
DEWATERING
Fluido Base • Tipo de carga eléctrica y densidad de carga • Distribución del tamaño de particulas • Concentración de partículas • Fracción de partículas solubles / insolubles
Polímero • Tipo de carga y densidad • Peso Molecular • Distribución del Peso Molecular • Configuración estructural de la molécula • Estabilidad química • Capacidad de disolución
Mezclado • Intensidad • Efectividad de transporte • Velocidad
Flóculos • Integridad mecánica del flóculo • Densidad y porosidad • Potencial de desprendimiento de agua • Eficiencia de captura de partículas pequeñas
Solucion aquosa • pH • Contenido de Iones • Contenido de iones de alto potencial de carga • Contenido de compuestos organicos solubles Medio Filtrante
• Tipo de proceso (gravedad, presión, vacio o flotación • Eficiencia mecánica del equipo • Limpieza del medio filtrante Solidos Deshidratados
• Consistencia de los lodos • Claridad del efluente • Porcentage de sólidos
Lodo
Separación
Filtrado
Sólidos
Coagulante/Floculante
Variables del proceso de Dewatering
Coagulantes Floculantes
Sales Inorgánicas Polímeros Sintéticos
Sulfato Férrico Poliacrilamidas
Cloruro Férrico Polietileno
Cloruro de hierro Oxido de Polietileno
Sulfato de Calcio Polímeros Naturales
Sulfato de Aluminio Almidones
Cloruro de Calcio Gomas
Sales Inorgánicas
DEWATERING
Floculantes y Coagulantes Típicos
DEWATERING
Características de los Coagulantes Inorgánicos
Económicos
Trabajan a limitados rangos de pH
Requieren ajuste de pH antes de la coagulación.
Producen excesivos lodos residuales
Aumentan los sólidos disueltos al agua
Problemas de corrosión
Al3+
Fe3+
Fe2+
Ca2+
DEWATERING
Eficiencia de los Polímeros.-
La eficiencia depende de los siguientes factores:
Concentracion de la solución
Cantidad de agua de dilución posterior
Tiempo de mezclado
Intensidad de mezclado
Tiempo de añejamiento
Caracteristicas del agua de solución
DEWATERING
Eficiencia de los Polímeros.- E
ficie
nc
ia R
ela
tiva
Dosaje de Polímero
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Eficiencia de un Polímero
en función de dosis
DEWATERING
Tipos de Cargas de los Polimeros
Los Polímeros se fabrican de tres tipos de carga eléctrica:
Aniónicos - cargados negativamente
Catiónicos - cargados positivamente
No ionicos - neutros, sin carga
DEWATERING
Tipos de Cargas de los Polimeros
Productos Cytec para el tratamiento de lodos de perforacion:
Floculantes tipo en polvo aniónicos y no-ionicas:
lCyfloc 4000, 4010, 4020, 4500, Cyfloc 1143
Floculantes tipo emulsión aniónicas y no-ionicas:
lCyfloc 5200, 5300, 5500
Floculantes tipo en polvo catiónicos:
lCyfloc 1133, 1146, 1148, 1125
Floculantes tipo emulsión catiónicas:
lCyfloc 1154, 1156, 1136, 1151, 1137, 1230
Floculantes catiónicas tipo líquidas:
lCyfloc 7000
Coagulantes catiónicas tipo líquida:
lCyfloc 6100, 6120, 6620, 6200, 8100, 8200, SF C 7787
DEWATERING
Preparación de los soluciones de Polímeros.
• Sistema automático para polímeros en polvo
Dosificador de
Polímero
Mezclador
Tanque de
solución Bomba de
Desplazamiento
Positivo
Tanque de añejamiento
Bomba
Dosificadora
. Mezclador
estático
Agua
Agua de
humedactación
Agua de dilución
.
Medidor de Flujo
DEWATERING
Preparación de los soluciones de Polímeros.
Se debe prehidratar las particulas antes de
añadir al tanque mediante un eductor.
La concentracion recomendada es de 0.1 a 1%
peso.
Emplear baja intensidad de mezclado de 60 a 80
rpm en el agitador.
Deje añejar la solución por lo menos 30 minutos
Caracteristicas del agua de dilución
DEWATERING
Añejamiento de los Polímeros.
TIEMPO (30 Minutos)
+
Gota de Emulsión o Grano de Polímero
Polímero
+ Agua + +
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+ + +
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+ + + +
+ +
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+ +
+
+
+
+
+
+
+
Molécula de Polímero añejada Fuerza de repulsión
DEWATERING
Optimización en la adición de floculante a las centrifugas:
Puntos de adición:
Muchas centrifugas tienen un sólo punto de adición del floculante.
Multiples puntos de adición permite una mejor optimización de la eficiencia del proceso.
Posible puntos de adición:
En la succión de la bomba de lodo de la centrifuga.
En la descarga de la bomba de lodo de la centrifuga.
A la entrada a la centrifuga.
En uno o más puntos entre la bomba de lodo y la centrífuga.
Pruebe cada punto para determinar el que ofresca mejor resultados.
DEWATERING
Optimización en la adición de floculante a las centrifugas:
Dosificadora de Polímero
Bomba de Lodos
Válvula de mezclado,
mezclador estático
o mezclador dinámico de linea
Filtrado Lodo
Centrifuga
DEWATERING
Selección del floculante/coagulante:
El programa de tratamiento se determina por medio de
pruebas de laboratorio, llamado pruebas de jarras:
Preparar soluciones de coagulantes de 1% a 2%
(p/v) y de floculantes de 0.1% a 0.3% (p/v).
Ensayar el coagulante a distintas concentraciones el
fluido a tratar.
Ensayar el floculante a distintas concentraciones
sobre el fluido con el coagulante seleccionado.
DEWATERING
Ensayar el floculante a distintas concentraciones
sobre el fluido con el coagulante seleccionado pero
diluyendo el fluido.
Ensayar el floculante a distintas concentraciones
sobre el fluido con el coagulante seleccionado no
diluido con ajuste de pH 6-7
Ensayar el floculante a distintas concentraciones
sobre el fluido con el coagulante seleccionado y
ajuste de pH pero a distintas diluciones.
Repetir todo con diferente coagulantes y floculantes.
pH puede afectar los costos del dewatering
Los dispersantes hacen que el proceso sea difícil (generalmente es muy costoso)
Los coagulantes pueden ser usados para reforzar las reacciones químicas
Los polímeros líquidos generalmente tienen mayor costo que los secos. El tiempo de hidratación es critico en los polímeros secos.
DEWATERING
FACTORES QUE AFECTAN EL DEWATERING
Coagulants
Pump
Flocculants
Dewatering Unit
518 Centrifuge
1
Blending & Storage A
A
Drill Water B
B
Solids Discard C
C
Clean Liquid to Active System
or Storage
D
D
Mud from Active System E
E
2
3
4
5
1
2
3
4
5
DEWATERING
Diseño Básico de un Sistema de Lodo Liviano
SW 01098
Process Tank 1
Agitator
Coagulants
Pump
Flocculants
Dewatering Unit
518 Centrifuge
414 Centrifuge
Barite Hopper
Jet
1
Chemical Blending & Storage A
Drill Water B
Solids Discard C
Clean Liquid to Active System
or Storage
D
Polished Liquid to Active
System, Storage or Discharge
To Environment.
G
Mud from Active System E
Barite to Active System F
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Liquid Return Pump 11
Process Tank 2 12
Dual Cartridge Filter Unit 13
B
C
D
E
G
F
C
A
4
5
6
9 10
11
3
1
2
12
7
8
13
DEWATERING
Diseño de un Sistema de Lodo Pesado, con Filtro de
Cartucho
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Flow Line Rig Shaker Mud Cleaner Active Mud System Feed Pump Centrifuge Enviro Unit Living Area Mix Tank Store Tank Acid Tank Coagulant Tank Catch Tank: Clean
Water
Catch Tank:
Dirty Water Storage Tank:
Clean Water Storage Tank:
Dirty Water
2
1
2
3
4
4
5
6
4
7
8
9
10
11
12 13
14
15
16
Drilling Fluid Centrifuge Effluent Clean Water Dirty Water Acid Coagulant Solids
DEWATERING
Diseño Típico de un Sistema de Clima Frío
2
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Mix Tank
Store Tank
Acid Tank
Coagulant Tank
Catch Tank: Clear Water
Catch Tank: Dirty Water
Agitator
Flocculant Transfer Pump
Main Switchboard
Polymer Dosing Pump
Centrate Pump
Living Area
SW 00067 C
1
2
3
4 5
6
7
7
7
8
8
9
10
10
11
11
12
DE-WATERING
Diseño Típico de un Sistema de Invierno Fuerte
Medidores de
Coagulante y
Polímero
Medidor de Agua
y Lodo
Alimentado
Mezcladores de
Coagulante y
Polímero Bomba
Mezclador
Estático
Consola de Polímero Liquido
EQUIPO DE DE-WATERING
Unidad de Dewatering
EQUIPO DE DEWATERING
Sistema Automatizado
EQUIPO DE DE-WATERING
Sistema Automatizado
EQUIPO DE DE-WATERING
TRATAMIENTO DE
AGUAS
Es un tratamiento y pruebas finales que se le dan al agua industrial, de dewatering, lluvia o domestica para que cumpla con los estándares de disposición al medio ambiente o para re-uso en el equipo
Puede ser hecho en piscinas, tanques australianos, plantas de depuración, filtración o frac tanks
Que es un tratamiento de Aguas ?
TRATAMIENTO DE AGUAS
Turbiedad (Fenómeno óptico que se mide por la mayor o menor resistencia del agua al paso de la luz)
Color (verdadero es debida a sustancias en solución, 90% con tamaños <10 , aparente debida a sustancias en suspensión)
Sabor (se cuantifica por el numero de veces que se debe diluir con agua insalubre, hasta que el sabor deja de percibirse)
Olor (se cuantifica por el numero de umbral de olor)
Sólidos suspendidos
CARACTERISTICAS FISICAS DEL AGUA
TRATAMIENTO DE AGUAS
TRATAMIENTO DE AGUAS
pH Sólidos disueltos totales (Iones y Cationes) Alcalinidad (pf/mf o relación entre pH de fenolftaleina y pH
del metil naranja. Muestra la concentración de H+ y OH-) Dureza (contenido de calcio y/o Magnesio) Oxigeno disuelto Sulfatos Cloruros Conductividad (mide la cantidad de iones presentes) Demanda química de oxigeno DQO Demanda bioquímica de oxigeno DBO
CARACTERISTICAS QUIMICAS DEL AGUA
Manejo y Tratamiento de Aguas / Sistema Abierto
Sistema de Tanques Australianos Sistema de Piscinas
TRATAMIENTO DE AGUAS
Pit No. 2
10,000 - 12,000 bbls
Release to EnvironmentRecycle to Rig
Transfer
Pump
Pit No. 3 8,000 - 10,000 bbls
Transfer
Pump
Circulation
Pump
Circulation
Pump
Aeration
PumpRig Rain Run Off WaterOil Trap
Aeration or
Circulation
Pump
Mist
System
Mist
System
Chemical
Injection
Pump
Circulation
Pump
Coagulants
Flocculants
Chemical
Injection
Pump
Floculación / Sedimentación en un Sistema de Piscinas Doble
TRATAMIENTO DE AGUAS
SW 9190 C
Mud
Mist
SystemAeration
Pump
Settled
Flocculated
Solids
Clear
Water
AFTER
TREATMENT
Chemical
Injection
Pump
Circulation
Pump
Coagulants
Flocculants
Chemical
Injection
Pump
TREATMENT IN PROGRESS
TRATAMIENTO DE AGUAS
Tratamiento de Aguas en Tanques Australianos
Flocculation & Settling
Tank No.2 Final Adjustment Tank No.3
(Lab testing for quality control)
Chemical Tank
To final disposal
To Re-use
Water Supply
Centrifugal Pump
Rig Tank
Camp
Drilling Rig
Solids Control System
Dewatering Unit
Skimmer Contingency Storage
Tank
Initial Settling Tank No.1
Domestic Water
Treatment Unit
Fresh water supply Run-off water
Mud Dewatering effluent Treated water
Gray water & treated
Domestic water
1
2
3
4
6
7
8
10
11
13
14
16
15
5
12
9
1
2
3
4
5
2 2
2
2
2
6
7
8
15
16
11
10
13
14
12
12
12
9
TRATAMIENTO DE AGUAS
Drilling Rig
Skimmer
Centrifugal Pump
Chemical Dosage Tank
Static Mixer
Water Treatment Unit (480 bbls )
Flocculation Tank
Settling Tank
Final Adjustment Tank
Sludge Catchment Tank
Water for Treatment
Sludge Discharge
Treated Effluent
To Final Storage or Disposal
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
B
C
D
1
2 3
5
6
3
3
7
8
9
10
B
C
D
A
4
4
TRATAMIENTO DE AGUAS
Tratamiento de Aguas en Frac Tanks
1
2
6
2
3
5
7
8
9
10
11
12
13
4
4 4
4
Storage Pit
Water Treatment Module Mixing Flocculation Tank Chemical Dosage Tank Settling Tanic Tank Sludge Discharge
Sand Filter Activated Charcoal Filter Filtration Unit Return to Active System
Treated Water
Distribution
Treated Water
Storage Tank
RL3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
13
12
TRATAMIENTO DE AGUAS
Planta de Depuración de Agua
1
4
5
5
6
4
2
3
A
B
C
D
E
F
F
Flow Inlet
Disposal if Not Treatable
Seawater Inlet
Circulation Line
Discharge Below 40 ppm
Pit for 2.5 times Wash Train Volume
Back-up Pit
Circulation Pit 70 to 100 cbm
20 micron Solid Filter
Oil Adsorbent Filter
Hydrocarbon Online Monitor
(Option)
Return Line Above 40 ppm
A
1
2
3
4
5
6
B
C
D
E
F
TRATAMIENTO DE AGUAS
Filtración
TRATAMIENTO DE AGUAS
PROCESO GLOBAL
Lodo
Sólidos Filtrado
Coagulante
Floculante
Tanque de tratamiento Proceso Biológico Clarificador Final
•Sulfato Aluminio •Floculante •Cal Aire
Mezclado
Centrífuga
Dilución pH Otros quimicos
CALCULOS DE CAMPO
Los Coagulantes mas comunes usados al 1% (p/v) son:
Sulfato de Aluminio, Polímero 6100 y Polímero 7787.
Los Floculantes mas comunes usados al 0.1% (p/v) son.
Polímero OFXC 1143, OFXC 1146 y OFXC 1148
Los controladores de pH mas comunes al 1% (p/v) son:
Cal hidratada, Soda cáustica y Ácido cítrico.
Ej. Una solución de Sulfato de Aluminio al 1%, se deberá disolver una masa de 1 gr en 100 ml de agua.
CALCULOS DE CAMPO
Lodo Base Polimérico
Prueba de Jarras:
Tomar 500 ml de lodo.
Volumen agregado de sulfato de aluminio, 6 ml al 1% (p/v).
Volumen agregado de floculante OFXC, 1.5 ml al 0.1% (p/v).
Lodo a Tratar:
400 bbl de lodo polimérico.
Cuantos sacos de coagulante y floculante serán necesarios???
CALCULOS DE CAMPO
C1 * V1 = C2 * V2
C1 = Concentración del sulfato de aluminio en la solución de laboratorio
C1 = (1/100)*6 = 0.06 gr de SO4
V2 = Volumen de lodo utilizado en la prueba
V2 = 500 ml = 0.5 lt
V1 = Volumen de Lodo a tratar
V1 = 400 bbl = 63,694.2 lt
C2 = Concentración de sulfato de aluminio a utilizar en el lodo
C2 = 0.06* 63,694.2 / 0.5 = 7643.3 gr = 7.64 kg SO4
Aplicar el mismo paso para el floculante!!