API PUBL 4717-2002
Predictores de compuestos orgánicos solubles en agua (WS0) en el agua producida: una revisión de la literatura

Estándar No.

API PUBL 4717-2002

Fecha de publicación

2002

Organización

API - American Petroleum Institute

Ultima versión

API PUBL 4717-2002

Alcance

La descarga de agua producida tratada a aguas costeras de los Estados Unidos está regulada por permisos NPDES. Los permisos generales vigentes para la descarga de agua producida a aguas costeras federales del Golfo de México tienen límites totales de aceite y grasa de 42 mg/L (ppm) máximo diario y 29 mg/L promedio mensual. La EPA exige que las concentraciones de aceite y grasa en el agua producida se controlen mediante el método 413.1 o 1664 de la EPA. Ambos métodos son gravimétricos. Los métodos tienden a sobrestimar la concentración de hidrocarburos de petróleo en el agua producida debido a la interferencia de productos químicos disueltos distintos de los hidrocarburos. El objetivo de este informe es evaluar la composición química del agua producida en pozos de petróleo y gas e identificar los químicos orgánicos solubles en agua (WSO) en el agua producida que interfieren con la determinación gravimétrica de aceite y grasa. Se realiza una evaluación inicial de las propiedades físicas y químicas del agua producida y del depósito de combustible fósil asociado en un esfuerzo por predecir qué aguas producidas contendrán altas concentraciones de WSO. El agua producida puede contener hasta 1@000 mg/L de carbono orgánico total (TOC)@ la mayor parte en solución. La mayor parte del carbono orgánico disuelto en el agua producida está formado por aniones de ácidos orgánicos C2 a C5, como el acetato, propionato y butirato. El ácido acético suele ser el ácido orgánico más abundante en el agua producida. Estos ácidos orgánicos son idénticos a los ácidos orgánicos volátiles producidos por organismos marinos y no son tóxicos ni persistentes en el medio marino. Una pequeña fracción (generalmente menos del 20%) de la materia orgánica disuelta en el agua producida está compuesta por alcanos de bajo peso molecular e hidrocarburos aromáticos. Los hidrocarburos disueltos más abundantes en la mayoría de las aguas producidas son los hidrocarburos aromáticos benceno@ tolueno@ etilbenceno@ y xilenos (BTEX). Las concentraciones de BTEX suelen estar en el rango de 0,07 a 500 mg/L. El benceno suele ser el más abundante. En el agua producida también pueden estar presentes bajas concentraciones de alcanos de bajo peso molecular (C5 a C20) y trazas de algunos hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). La concentración de HAP totales suele ser inferior a aproximadamente 2 mg/l. Los naftalenos y los alquilnaftalenos suelen ser los más abundantes. Los fenoles suelen estar presentes en el agua producida en concentraciones inferiores a 20 mg/L. Fenol@ Los fenoles C1-@ y C2- suelen ser los más abundantes. Otras sustancias químicas disueltas similares a los hidrocarburos que contienen oxígeno@azufre@o nitrógeno generalmente están presentes en concentraciones traza. El agua producida contiene en solución la mayoría de los iones metálicos e inorgánicos no metálicos que se encuentran en el agua de mar. Muchas aguas producidas, incluida la mayoría de las del Golfo de México de EE. UU., tienen una salinidad (concentración total de sólidos disueltos) mayor que la del agua de mar (? 35 g/kg). Sin embargo, las proporciones iónicas en el agua producida pueden ser diferentes a las del agua de mar. Algunos metales pueden estar presentes en el agua producida de diferentes fuentes en concentraciones sustancialmente más altas (1.000 veces o más) que sus concentraciones en el agua de mar natural limpia. Los metales presentes con mayor frecuencia en el agua producida en concentraciones elevadas incluyen bario@ cadmio@ cromo@ cobre@ hierro@ plomo@ níquel@ y zinc. Por lo general, sólo unos pocos de estos metales están presentes en concentraciones elevadas en una muestra de agua producida en particular. El agua producida, particularmente la del Golfo de México, contiene isótopos de radio (226Ra más 228Ra) en concentraciones de hasta aproximadamente 2@800 pCi/L. Los ácidos orgánicos son los WSO cuantitativamente más importantes en el agua producida y interfieren con los métodos gravimétricos para la determinación del aceite y la grasa total. Aunque no se extraen eficientemente con el solvente orgánico usado en los métodos gravimétricos (freón? o hexano), sus concentraciones en la mayoría de las aguas producidas son lo suficientemente altas como para contribuir sustancialmente a la masa de materia orgánica extraída del agua producida. El tratamiento del extracto con gel de sílice (una opción en el Método 1664) disminuye la cantidad de WSO que no son hidrocarburos que interfieren en el extracto. Se cree que los ácidos orgánicos en el petróleo o en el agua producida se forman por degradación térmica de la materia orgánica oxigenada en las rocas madre o por pirólisis hidratada de hidrocarburos. Los aniones de ácidos orgánicos son más solubles en agua que en petróleo y, por lo tanto, se dividen en el agua producida a partir del petróleo en el yacimiento. La temperatura óptima para estos procesos parece estar en el rango de 80° a 120°C. A temperaturas más bajas del yacimiento, la degradación microbiana de los ácidos orgánicos disminuye sus concentraciones en el agua producida. A temperaturas más altas del yacimiento, los ácidos orgánicos son inestables y sufren descarboxilación térmica, formando CO2 e hidrocarburos de bajo peso molecular (gas natural). Debido a estos procesos térmicos, las concentraciones de ácidos orgánicos volátiles totales en el agua producida tienden a aumentar al aumentar la temperatura por debajo de aproximadamente 80°C. alcanza los niveles más altos en embalses con temperaturas entre aproximadamente 80 ?? y 120 ?? y disminución de embalses con temperaturas más altas. Sin embargo, muchos factores secundarios influyen en la concentración de ácidos orgánicos en cualquier agua producida. Por tanto, la relación entre la temperatura y la concentración de ácidos orgánicos en el agua producida es sólo aproximada. No es posible utilizar únicamente la temperatura del yacimiento para predecir la concentración de ácidos orgánicos en el agua producida. Los principales factores secundarios que afectan las concentraciones de ácido orgánico en el agua producida incluyen la naturaleza y cantidad de materia orgánica en las rocas generadoras, la edad del yacimiento, la geología y la distancia de migración entre las rocas generadoras y el yacimiento, y las fuentes de agua connata en el yacimiento. . Las siguientes recomendaciones se basan en los resultados de esta revisión: ? El paso opcional de limpieza con gel de sílice del Método 1664 debe usarse para eliminar la mayoría de los químicos orgánicos polares que interfieren con la medición de aceites y grasas; y@ ? Se necesitan correlaciones consistentes entre las concentraciones de ácidos orgánicos en el agua producida y las propiedades físicas/químicas de la formación que contiene hidrocarburos (el petróleo o gas crudo) y/o el agua producida misma (aunque los datos necesarios sobre composición y propiedades rara vez están disponibles). Si dicha información puede obtenerse de los operadores@, será posible modelar la aparición de ácidos orgánicos y OSM totales en el agua producida.

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• 2002 API PUBL 4717-2002 Predictores de compuestos orgánicos solubles en agua (WS0) en el agua producida: una revisión de la literatura