UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS,
PETRÓLEOS Y AMBIENTAL
INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
FACILIDADES DE PRODUCCIÓN
ÍNDICE DE SATURACIÓN – MÉTODO DE LANGELIER
INTEGRANTES
Gallegos Stephano
Jami Bryan
Manobanda Daniel
Moreano Nicolás
DOCENTE
Ing. Atahualpa Mantilla
SEMESTRE
Sexto
2021-2022
ÍNDICE DE CONTENIDO
OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................... 1
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................... 1
MARCO TEÓRICO ......................................................................................................................... 1
Introducción .................................................................................................................................. 1
¿Qué es el índice de saturación? ................................................................................................... 2
Limitaciones .............................................................................................................................. 2
Restricciones ............................................................................................................................. 3
Índice de Saturación de Langelier ................................................................................................ 4
Factores del Índice de Saturación de Langelier ........................................................................ 5
Ecuaciones ................................................................................................................................ 5
CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 6
RECOMENDACIONES .................................................................................................................. 6
BIBLIOGRAFÍAS ........................................................................................................................... 7
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Interpretación del ISL ................................................................................................................... 4
OBJETIVO GENERAL
Analizar que es el índice de saturación y como se calcula utilizando el método de índice de
saturación de Langelier.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Investigar sobre el método de Langelier
Establecer las limitaciones, restricciones y ecuaciones del índice de saturación
Calcular en una hoja Excel el índice de saturación utilizando el método de Langelier
MARCO TEÓRICO
Introducción
A medida que la industria del petróleo produce más agua para recuperar hidrocarburos de
manera más eficiente de los campos existentes, la formación de incrustaciones y la corrosión se
convertirán en problemas cada vez más difíciles. Los problemas de incrustaciones de carbonato de
calcio y sulfato son incipientes en algunos campos, pero también ocurren cuando se introducen
aguas incompatibles en el esquema de producción durante inundaciones o reacondicionamientos.
Las incrustaciones de carbonato de calcio generalmente se predicen con índices de
saturación que comparan la cantidad de componentes incrustantes en solución con la solubilidad.
En las plantas de agua municipales, la medición del pH no es un problema; pero en pozos de gas y
petróleo, la medición realista del pH rara vez es factible. El índice de saturación de CaC03
publicado por los autores se podía calcular el pH debido a los cambios en la fugacidad de CO2, así
como los efectos de los ácidos débiles sobre la alcalinidad.
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¿Qué es el índice de saturación?
Un índice de saturación se define como la medición para determinar si el agua depositará
carbonato de calcio o lo mantendrá en solución. En resumen, proporciona la información si el agua
es corrosiva o forma incrustaciones. El SI incorpora los cinco factores de equilibrio: pH, alcalinidad
total, dureza de calcio, temperatura y sólidos disueltos totales.
El agua equilibrada está entre - 0,3 y + 0,3. El agua corrosiva es - 0.4 e inferior. El agua
incrustante es + 0.4 y superior. Tener agua fuera del rango equilibrado puede contribuir a causar
daños importantes en la superficie, el equipo y la estructura.
Limitaciones
Para evitar problemas en su manejo y tratamiento, lo ideal es que un agua sea equilibrada.
Un agua corrosiva, afecta a las tuberías y equipos de fierro.
Un agua incrustante, precipita en la mayor parte de las superficies. Algunas, como el
polietileno y el polipropileno sufren menor incrustación, porque las sales que precipitan no se
anclan en ellas con eficiencia.
Si un sistema no tiene partes de fierro, la corrosividad del agua deja de ser problema. Sin
embargo, si un agua es incrustante, es problema en todo el sistema. Si tratamos un agua incrustante
mediante los procesos típicos de potabilización, esta afecta a todos. Afecta a los filtros (de medios
granulares, de cartuchos, de discos, de bolsas u otros), aunque en menor grado. Un agua incrustante:
La tendencia de un agua a ser incrustante, corrosiva o equilibrada depende de tres
parámetros:

pH

Alcalinidad total

Dureza
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Mientras menor es el valor de cualquiera de los tres anteriores, el agua se torna menos
incrustante (o más corrosiva).
Los sólidos disueltos totales no influyen en la tendencia incrustante o corrosiva del agua,
pero sí potencializan dicha tendencia, porque aumentan la conductividad del agua.
Restricciones
No existe una manera exacta para calcular la tendencia incrustante o corrosiva de un agua,
pero sí existen correlaciones que permiten estimar esta tendencia.
El pH se disminuye, agregando un ácido protónico.
La alcalinidad se disminuye (a) agregando un ácido; o (b) intercambiándola por otro anión
(mediante resinas de intercambio iónico).
La dureza se disminuye, suavizando el agua mediante resinas de intercambio iónico ciclo
sodio.
Si agregar un ácido, disminuye la tendencia incrustante de un agua, ¿por qué no
simplemente hacerlo así? Hay dos razones:
Por la peligrosidad de los ácidos fuertes, que son los más baratos y eficaces para reaccionar
con la alcalinidad.
Por lo difícil que es controlar la cantidad de ácido a agregar, para llegar al pH deseado.
Es posible reducir la tendencia corrosiva de un agua:

Aumentando el pH

Aumentando la alcalinidad total

Aumentando la dureza total
El pH se aumenta, agregando un hidróxido (como sosa o potasa).
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La alcalinidad se aumenta, agregando al agua un carbonato (como Calcite, que es carbonato
de calcio), un bicarbonato o un hidróxido (como Corosex, que es óxido de magnesio, que al entrar
en contacto con el agua se hidroliza y se disuelve como ion Mg+2 y ion OH–).
La dureza se aumenta, agregándola al agua (como puede ser a través del Calcite o el
Corosex).
Índice de Saturación de Langelier
Esto fue diseñado para predecir si un agua fresca saturada con oxígeno disuelto formara
escala o será corrosiva, lo que se obtiene con este análisis es una definición de la agresividad del
agua con respecto al carbonato de calcio.
Esto se basa en el efecto del pH sobre el equilibrio de solubilidad del carbonato de calcio.
La desventaja de este índice es que nos indica si va a ocurrir una precipitación de carbonatos mas
no indica la cantidad que se precipitará o si la estructura tendrá cierta resistencia a la corrosión.
Tabla 1. Interpretación del ISL
Fuente: (Previo & Quezada, 2017)
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Factores del Índice de Saturación de Langelier
pH: Esta variable es la más propensa a elevar o disminuir sus valores. En el cálculo del
ISL, el pH no tiene factor de corrección, solo el valor mismo del pH (por ejemplo: 7.2). Entre más
bajo el pH, más ácido; y entre más alto sea el valor del pH, será más alcalino.
Temperatura: La temperatura afecta la velocidad de las reacciones químicas en el agua.
Entre más baja sea la temperatura, más agresiva será el agua. Entre más alta sea la temperatura, el
calcio será más propenso a suspenderse.
Alcalinidad: En la fórmula original del Índice de Saturación Langelier, el Dr. Langelier
utilizó la concentración alcalina. Debido a esto, la alcalinidad requiere de una corrección
matemática cuando el ACI está involucrado.
Sólidos Disueltos Totales: El nivel de SDT es la medida de todo lo que se encuentra
disuelto en el agua, flotando en suspensión. Se mide en partes-por-millón y puede incluir desde
calcio y metales hasta otros químicos.
Ecuaciones
A través de este índice se define la agresividad del agua con respecto al carbonato de calcio
𝐶𝑎𝐶𝑂3 . El índice de Langelier está basado en el efecto del pH sobre el equilibrio de solubilidad
del 𝐶𝑎𝐶𝑂3 . El pH, al cual el agua está saturada con 𝐶𝑎𝐶𝑂3 , es conocido como pH de saturación
(pHs). Langelier define un índice (LSI) igual a la diferencia entre el valor medido del pH del agua
y el del pH de saturación. El índice de saturación de Langelier puede ser calculado a partir de la
siguiente ecuación empírica:
𝐼𝑆𝐿 = 𝑝𝐻 − 𝑝𝐻𝑠
Donde,
𝐼𝑆𝐿: Índice de saturación de Langelier
𝑝𝐻: pH real del agua
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𝑝𝐻𝑠 : pH al cual el agua se saturaría de carbonato de calcio
El pHs se puede obtener de la siguiente ecuación:
𝑝𝐻𝑠 = 9.3 + 𝐴 + 𝐵 − 𝐶 − 𝐷
Donde,
𝐴=
log10(SDT−1)
10
𝐵 = −13.12 log10 [𝑇 °𝐶 + 273] + 34.354
𝑚𝑔
𝐶 = log10 [𝑐𝑎+2 ( 𝐿 ) 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝐶𝑎𝑂3 ]
𝑚𝑔
𝐷 = log10 [𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 ( 𝐿 ) 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝐶𝑎𝑂3 ]
𝑆𝑇𝐷 = 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠,
𝑚𝑔
𝐿
CONCLUSIONES
El índice de Langelier resulta útil para evaluar cualitativamente al agua, es decir, definir si
es agresiva, está en equilibrio o es incrustante.
El índice de Langelier ayuda a determinar la estabilidad y el pH óptimo del agua, en función
de esto se puede adicionar químicos para estabilizar el agua, ajustando el pH.
Con un pH = 7.15 y STD: 94 200 ppm, el agua tiene a disolver los carbonatos, es decir que
tiende a ser corrosiva
RECOMENDACIONES
Es recomendable determinar la composición del crudo y gas que se produce utilizando
simulaciones correspondientes con el agua de producción con la finalidad de obtener un resultado
certero de la tendencia incrustante.
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BIBLIOGRAFÍAS
Oddo, J. E., & Tomson, M. B. (1994). Why Scale Forms in the Oil Field and Methods to Predict
It. SPE Production & Facilities, 9(01), 47–54. doi:10.2118/21710-pa
Marin, J. (2015). Determinación de la tendencia incrustante en las aguas de producción de los
campos de ecopetrol de acuerdo con sus condiciones operacionales de temperatura, presión
y composición. Universidad Industrial de Santander.
Minda, V. (2016). Evaluación de los diferentes índices de saturación de carbonatos para determinar
la tendencia incrustante o corrosiva de los fluidos de producción en el bloque 16 de la
Amazonía Ecuatoriana. Universidad Tecnológica Equinoccial.
Previo, A., & Quezada, D. (2017). Determinación de la tendencia corrosiva e incrustante del agua
potable
distribuida
en
la
ciudad
de
azogues.
Obtenido
de
http://dspace.ucuenca.edu.ec/bitstream/123456789/26993/1/Tesis.pdf
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