El tratamiento del agua en el sector del Petróleo y el Gas es un proceso sistemático de operaciones unitarias que implican equipos y tecnologías específicos que integran la flexibilidad operativa para aplicar estrategias directas de manejo de los distintos tipos de fluidos, como el agua de producción, el flow back y los fluidos específicos para el trabajo de fracturación (agua dulce), que se manejan actualmente en toda la producción de hidrocarburos convencionales y no convencionales.
Cada etapa de extracción y producción de hidrocarburos genera subproductos que contienen una serie de características fisicoquímicas que los hacen únicos y, por tanto, su tratamiento es diferente. Empecemos por comprender que el agua de producción es una mezcla de hidrocarburos, sales disueltas, sólidos en suspensión, gases disueltos y otros contaminantes que deben tratarse antes de su eliminación. Por otro lado, el flujo de retorno es el agua que vuelve a la superficie tras la fracturación hidráulica, que está cargada de altas concentraciones de sólidos en suspensión, sólidos disueltos, metales, contaminantes naturales de la formación y aditivos químicos utilizados en el proceso de fracturación. Sin embargo, hay fluidos que son necesarios para diversas operaciones dentro de los procesos de fracturación, procesos auxiliares (preparación de productos químicos, etc.) y otras actividades inherentes al proceso de extracción y producción de hidrocarburos, como el agua dulce.
Es crucial determinar el uso específico de los subproductos (agua de producción, flujo de retorno y agua dulce) después del tratamiento. Los usos que se le pueden dar incluyen inyectarlo de nuevo en los pozos para mantener la presión, reciclar el agua para mezclarla con agua dulce y reducir así el consumo total y gestionar el fluido para su reposición y usos agroindustriales. Estas prácticas no sólo optimizan el uso del agua, sino que también contribuyen a la sostenibilidad y la eficacia operativa, garantizando siempre el cumplimiento de las normas y reglamentos medioambientales.
Transformar el agua: Soluciones tecnológicas y simulaciones de diseño
La simulación y el uso de programas informáticos son herramientas importantes para optimizar el diseño y el funcionamiento de los equipos de tratamiento. Estas simulaciones permiten predecir el comportamiento de los sistemas en distintas condiciones de funcionamiento, ayudando a identificar mejoras y a mitigar posibles riesgos operativos.
El uso de software especializado facilita la integración de datos y la realización de análisis complejos, mejorando la precisión y eficacia de los diseños, considerando criterios de proceso y variables como temperatura, presión, flujo, vorticidad, turbulencia, velocidad, etc.
Además, la integración de simulaciones de procesos en el laboratorio integra la teoría con fenómenos reales que no pueden predecirse con un alto grado de exactitud. Esta práctica permite realizar pruebas controladas y obtener datos reales y fiables que pueden utilizarse para aterrizar las simulaciones y mejorar la incertidumbre del funcionamiento del equipo.
La combinación de simulaciones y experimentación del fluido en el laboratorio proporciona una base sólida para el desarrollo de soluciones innovadoras y eficientes en el tratamiento del agua, por lo tanto, la adopción de tecnologías y procesos basados en simulaciones mecánicas, hidráulicas, químicas y físicas en el laboratorio permitirá de forma efectiva la integración del software con el desarrollo del fluido en condiciones reales, lo que permitirá la selección de tecnologías y diseños personalizados según la necesidad.
Entre las tecnologías y procesos utilizados frecuentemente en el tratamiento de aguas se encuentran las tecnologías de separación de hidrocarburos, mientras que en los equipos primarios se pueden encontrar separadores bifásicos o trifásicos (Free Water Knockout, FWKOS) en los que la fase de crudo y gas se dirige a un sistema de separación primario y la fase acuosa se dirige a sistemas de flotación por aire disuelto (DAF), que por el efecto de las microburbujas son esenciales para la eliminación de hidrocarburos libres y emulsionados y también para aumentar la velocidad de ascenso de partículas coloidales, metales desestabilizados como el hierro flotante para su posterior eliminación del proceso.
En otra fase del proceso, el uso de lechos filtrantes selectivos para la eliminación y retención de metales a baja presión son tecnologías que proporcionan flexibilidad operativa y garantizan los tratamientos de contaminantes como SST, tamaño de partícula y turbidez, siendo altamente eficaces en la eliminación de metales pesados del agua, utilizando materiales adsorbentes que capturan y retienen los contaminantes, permitiendo así un tratamiento eficaz y de bajo coste.
Las tecnologías aplicadas pueden variar según el grado de exigencia y requerimiento al final del sistema, por lo que tecnologías como la nanofiltración son útiles para eliminar los sulfatos y la dureza del agua, mitigando así la formación de incrustaciones y controlando la acidez del agua, lo que es crucial para proteger los equipos y mejorar la eficacia de las operaciones.
Por otro lado, la ósmosis inversa se utiliza para reducir las concentraciones de iones, cationes y sólidos disueltos en el agua, permitiendo la reutilización del agua generada en el proceso de extracción y generando diversas aplicaciones dentro del proceso.
En cuanto a la desinfección avanzada, son procesos capaces de descomponer compuestos orgánicos persistentes y microorganismos resistentes a los tratamientos convencionales, llevándolos a un grado de inactividad bacteriana (c ATPc < 10 pg/ml) respectivamente. Algunos de los precursores que consiguen este grado de tratamiento son el dióxido de cloro y el ozono, que son gases altamente oxidantes que se generan in situ para obtener un mayor rendimiento.
Retos en el tratamiento del agua
El tratamiento del agua plantea varios retos a la industria, entre los que se identifica que los distintos tipos de agua presentan variaciones significativas en su composición, lo que requiere tecnologías flexibles y adaptables. Esta variabilidad puede afectar a la eficacia de los procesos de tratamiento y requiere una vigilancia constante y ajustes en tiempo real, además de esto un punto importante es que estos sistemas sean transportables, modulares y fiables para garantizar dicha variabilidad del proceso.
Otros aspectos a tener en cuenta son la gestión de residuos, la reducción y eliminación segura de los subproductos generados durante el tratamiento, como lodos y salmueras, es un aspecto importante a considerar desde el principio de los tratamientos y sistemas contemplados.
Por lo tanto, debe buscarse el uso de tecnologías que tengan como finalidad la recirculación y reutilización de estos fluidos previamente tratados, promoviendo la recuperación del agua y de los residuos líquidos del proceso.
Por otro lado, el consumo de energía es un punto crítico, ya que muchas tecnologías de tratamiento, especialmente las basadas en membranas, requieren más potencia eléctrica para su funcionamiento. La implementación de sistemas de recuperación de energía y el uso de fuentes de energía renovables son estrategias clave que deben estar inmersas en la conceptualización del diseño y el tratamiento respectivo, la optimización del consumo de energía es crucial para reducir la huella de carbono.
La sostenibilidad, la reutilización y el reciclaje del agua tratada son esenciales para conservar los recursos hídricos y reducir la dependencia de las fuentes de agua dulce, especialmente en los procesos de fracturación hidráulica (fracking). Evaluar alternativas de mezcla de fluidos, como agua de producción con agua dulce, o eventualmente sustituir totalmente el uso de agua dulce por agua de producción, no sólo ahorra, sino que reduce el impacto medioambiental.
Cumplir la normativa medioambiental y de calidad del agua, que varía de un estado a otro, requiere soluciones personalizadas y un enfoque innovador y directo. Esto significa conocer las leyes locales y nacionales e implantar tecnologías y prácticas que garanticen el cumplimiento de las normas más estrictas exigidas por las entidades locales y gubernamentales.
Hacia una gestión más sostenible del agua
La sostenibilidad es un aspecto clave del tratamiento del agua en el sector del petróleo y el gas. Las prácticas actuales se centran en aplicar tecnologías avanzadas y estrategias sostenibles para mejorar la eficacia y reducir el impacto medioambiental. La innovación tecnológica para afrontar los retos actuales y futuros en el tratamiento del agua se convertirá en un aliado estratégico para cumplir los requisitos actuales de una gestión positiva del agua.
En conclusión, podemos ver que el tratamiento del agua en el sector del petróleo y el gas se enfrenta a numerosos retos, pero también ofrece importantes oportunidades para mejorar la sostenibilidad y reducir la huella de carbono. La adopción de tecnologías avanzadas, la optimización de los procesos, la aplicación de prácticas sostenibles, la reingeniería de los equipos existentes y el diseño de sistemas flexibles son pilares fundamentales para alcanzar altos niveles de eficiencia, cumplir objetivos técnicos y medioambientales y avanzar hacia una economía circular.
En 1888 IS, nos hemos preparado para afrontar estos retos y apoyar a las empresas del sector en su camino hacia una gestión del agua más eficiente y sostenible. Nuestro enfoque combina la innovación tecnológica, la experiencia en el diseño de sistemas de tratamiento y un firme compromiso con la sostenibilidad. Con soluciones adaptadas a cada reto, trabajamos para garantizar procesos más limpios, reducir el impacto medioambiental y contribuir a la consecución de los objetivos globales de reducción de la huella de carbono.
