Instituto
Tecnologico
Superior
De
Tantoyuca zzZ
Ingenieria Petrolera “SEPARADOR TRIFÁSICO”
PROYECTO 1
Materia: Conducción y Manejo De Hidrocarburos PRESENTAN •
Cruz Hernández Sandra Luz
•
De la Rosa Rivera Tania Berenice
•
Hernández Morales Rosario
•
Arguelles Arguelles Eleazar
•
Hernandez Reyes Martin
•
Reyes Valerio Cesar
•
Zuñiga Wiliams Alba Iris
•
Azuara Cristobal Abigail
•
Hernandez Vega Jason Raul
•
Tapia Hernandez Tomas Nahum
•
Damaso Hernandez Jorge Luis
•
Juan Luis
DOCENTE: ING: Luciano Flores Lopez
FECHA DE ENTREGA: 19/09/2016
Separador Trifásico Contenido 1.1
Introducción. ......................................................................................................................................... 4
1.2
Obetivos Principales. ............................................................................................................................. 5
1.3
Obetivos Secundarios. ........................................................................................................................... 5
1.4
Principio de funcionamiento. ................................................................................................................ 6
1.4.1 Equipo de Separación mecánica ................................................................................................................ 8 1.5
Componentes ........................................................................................................................................ 9
1.5.1
Deflector ........................................................................................................................................... 9
1.5.2
Coalescing Plates............................................................................................................................. 10
1.5.3
Cortador de espuma ....................................................................................................................... 10
1.5.4
Extractor de llovizna........................................................................................................................ 10
1.5.5
Weir Plate ....................................................................................................................................... 11
1.5.6
Cortador de “Vortex” ...................................................................................................................... 11
1.5.7
Controladores de nivel y de presión ............................................................................................... 11
1.5.8
Controlador de presión de gas ........................................................................................................ 12
1.5.9
Controlador de presión complejo ................................................................................................... 13
1.5.10
Válvula de banda proporcional ....................................................................................................... 14
1.5.11
Controlador de nivel de crudo ........................................................................................................ 17
1.5.12
Controlador de nivel simple ........................................................................................................... 17
1.5.13
Controlador de nivel de agua .......................................................................................................... 19
1.5.14
Válvulas de control automático ACV ............................................................................................... 19
1.5.15
Sight Glass ....................................................................................................................................... 20
1.5.16
Filtro de aire .................................................................................................................................... 21
1.5.17
Dispositivos de seguridad ............................................................................................................... 21
1.5.17.1
Safety Relief Valve ...................................................................................................................... 22
2
Separador Trifásico 1.5.17.2
Check Valve................................................................................................................................. 23
1.5.17.3
Needle Valve
1.5.17.4
Disco de Ruptura ........................................................................................................................ 24
1.5.18
FXC V. .............................................................................................................. 24
Dispositivos de medición ................................................................................................................ 25
1.5.18.1
Medidores de crudo ................................................................................................................... 26
1.5.18.2
Medidor de agua ........................................................................................................................ 28
1.5.18.3
Medidor de gas ........................................................................................................................... 28
1.5.19
Gas Scrubbers ................................................................................................................................. 29
1.5.20
Shrinkage Tester ............................................................................................................................. 29
1.6
Equipo superficial ................................................................................................................................ 31
1.6.1
Bombas superficiales ...................................................................................................................... 31
1.6.2
Cabezales de distribución. .............................................................................................................. 32
1.6.3
Cabeza de pozo ............................................................................................................................... 33
1.6.4
Tanque de fluido de potencia. ........................................................................................................ 35
1.7 1.7.1
Bombeo Hidráulico tipo Jet. ................................................................................................................ 37 Ventajas y desventajas .................................................................................................................... 39
1.7.2 Ficha Tecnica De La Tuberia .................................................................................................................... 41 1.7.3 Ficha Técnica De La Bomba .................................................................................................................... 43 1.8
Elaboracion de la Maqueta ................................................................................................................. 45
1.9
resultados ................................................................................................ ¡Error! Marcador no definido.
1.10
Conclusiones........................................................................................................................................ 47
1.11
Bibliografía .......................................................................................................................................... 48
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Separador Trifásico 1.1 Introducción. Generalmente, el flujo que se obtiene de un yacimiento es de naturaleza multifásica. La separación física de estas fases es una de las operaciones esenciales en la producción, tratamiento, transporte de crudos y gases. Los fluidos producidos son, en la mayoría de los casos, mezclas complejas de hidrocarburos, agua, partículas de arena y contaminantes. Durante el recorrido de los fluidos, desde el yacimiento hasta la superficie, su temperatura y su presión se reducen, lo cual trae como consecuencia el aumento del gas liberado de los hidrocarburos líquidos. Por lo tanto, los patrones de flujo pueden cambiar desde uno monofásico líquido, pasando por varios tipos de multifásico y en algunos casos, puede llegar a ser totalmente gaseoso. Estos diferentes estados de los fluidos y la influencia que pueden ejercer en las diversas fuerzas físicas deben ser tomados en
cuenta.
El objetivo fundamental de un proceso de separación es disgregar los componentes y contaminantes con el fin de optimizar el proceso de comercialización del petróleo y el gas. El separador, por lo general, representa la primera facilidad del procesamiento. Por esta razón un diseño no apropiado del separador puede crear una disminución en la capacidad de operación de la totalidad de las instalaciones asociadas con el separador. El diseño y la evaluación del separador bifásico y trifásico, analizará los principales requisitos para obtener una separación adecuada, los principios y procedimientos de cálculos en el diseño de separadores, y presentará especificaciones que generalmente se utilizan en la adquisición de un separador.
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Separador Trifásico 1.2 Objetivos Principales. 1.2.1 Crear un separador Trifásico.
1.3 Objetivos Secundarios. 1.3.1 Establecer las partes y el funcionamiento del bombeo hidráulico para pruebas y producción de pozos petroleros y determinar las limitaciones qu presente este método. 1.3.2 Distinguir las características del separador trifásico. 1.3.3 Identificar el uso de cada herramienta tener muy claro para que sirve y que mantenimiento debe llevar
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Separador Trifásico 1.4 Principio de funcionamiento. Se cubren los principios operando para el separador en los temas siguientes: Procesos de separación Presión y los controladores de nivel Dispositivos de seguridad Dispositivos de medición Tuberías Procesos de separación Los separadores utilizan las siguientes propiedades para separar el líquido (el aceite y agua) del gas: la gravedad y la diferencia en las densidades entre el aceite, gas, y agua. los dispositivos mecánicos en el separador que se usa para mejorar el proceso de la separación. alterando la presión e interfase de gas-líquido para perfeccionar la separación. Gravedad y densidad El aceite, gas, y agua se separarán naturalmente debido a los efectos de gravedad y la diferencia en la densidad entre los componentes del efluente en el separador. Las
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Separador Trifásico partículas del efluente más densas se caen al fondo y las partículas más ligeras suben a la cima. El gas tiende a ir por arriba y los líquidos caen en el separador. El separador mejora este proceso de separación natural al retener el fluido bastante tiempo suficiente para frenar su movimiento, permitiendo que ocurra la separación. Los separadores son utilizaos para: separar el flujo en sus fases aceite, gas, y componentes de agua antes de enviar el gas a un quemador o a la planta de inyección y el aceite al tanque. medir los caudales de cada componente del efluente tomar muestras presurizadas de aceite y de gas. Clasificación Por su forma horizontales, verticales, o esféricos por los fluidos que separan. de dos-fase (el gas/liquid) y tres-fase (el oil/water/gas). Disponible Equipo Existe una gran variedad de separadores, cuyas características responden a muchos criterios y finalidad (presión de trabajo, caudales, precios...) El de 600 psi fue diseñado para ser liviano, transportable por una grúa pequeña o un helicóptero. El metal es más delgado. El 720 psi fue diseñado para manejar caudales de crudo altos; su tanque de mayor volumen permite un tiempo de retención mas elevado. El 1440 psi es el mas comúnmente utilizado. Su presión de trabajo alta permite manejar caudales de gas altos. Su mayor inconveniente es su peso elevado (15 toneladas).
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Separador Trifásico
Guía para la selección de un separador
Los criterios principales para seleccionar un separador son: Los requisitos del proyecto relacionados con presión de trabajo, emulsión, espuma y costos. El tiempo de retención recomendado por un fluido dentro de un tanque es mayor de un minuto. Si el caudal de fluido es alto, un separador grande será requerido para alcanzar este tiempo de retención. En ciertos casos, se necesitan mas de un separador. Restricciones de peso pueden ser impuestas por la capacidad de las grúas o el acceso al sitio (heliportable por ejemplo).
1.4.1 Equipo de Separación mecánica Secciones Separación primaria Asentamiento y gravedad Extracción de niebla Almacenamiento de líquidos
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Separador Trifásico
1.5 Componentes
1.5.1 Deflector Esta placa se localiza delante de la entrada. Causa un cambio rápido en la dirección y velocidad de los fluidos, obligando los líquidos a caer al fondo del contenedor. La placa del deflector causa la separación inicial de líquido y gas
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Separador Trifásico 1.5.2 Coalescing Plates Estas placas se colocan longitudinalmente en una forma de V invertido en la parte superior del separador. Las gotas líquidas en el gas golpean los placas y pegan a ellas. Como más gas pasa a través de las placas, más gotas se unen para formar gotas más grandes que caen al fondo del separador.
1.5.3 Cortador de espuma Esta parte de equipo está hecha de malla del alambre, como el extractor de llovizna. Impide el paso de las partículas de aceite en la espuma (comprendió de aceite y gas) hacia la salida de gas.
1.5.4 Extractor de llovizna Este parte de equipo está compuesto de una malla de alambre tejido. Antes de dejar el separador, el gas pasa a través del extractor de la llovizna, causando la caída de las gotas de aceite muy finas que permanecían en el gas.
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Separador Trifásico 1.5.5 Weir Plate Esta placa, localizada en al fondo del recipiente, divide el separador en dos compartimientos: el de aceite y el de agua. Cómo el nivel de agua se controla, sólo permite al aceite inundar el compartimiento de aceite.
1.5.6 Cortador de “Vortex” Estos cortadores se localizan en la salidas de aceite y de agua. Su función es la de romper el vértice que puede ocurrir cuando el crudo y el agua salen del separador por sus conexiones respectivas. Los cortadores de vértice previenen algún gas de ser entrenado con los líquidos.
1.5.7 Controladores de nivel y de presión El controlador de presión de gas y los de nivel el aceite y agua mantienen las condiciones de separación constante dentro del tanque. Para ajustar la presión del separador y los caudales de agua y crudo, todos los controladores usan válvulas automáticas (ACVs). El aire comprimido que alimenta los controladores se filtra a través de un limpiador. La presión de aire está reducida usando reguladores de presión montados antes de los controladores. Se usan indicadores de nivel visuales, llamados sight glass, para monitorear los interfaces aceite-gas e interfaces de aceite-agua dentro del separador.
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Separador Trifásico 1.5.8 Controlador de presión de gas El gas que fluye en el separador proporciona la presión interna del mismo. La cantidad de fluido entrando varía dependiendo de las condiciones de flujo del pozo. Para mantener una presión constante en el separador, la cantidad de fluido que sale del separador debe ajustarse lo mas cercano posible a la que entra. Controlador de presión simple Utiliza una válvula para reaccionar automáticamente a cualquier variación en la presión del separador. Cuando la presión disminuye, el controlador cierra la válvula y cuando la presión sube, el controlado abre la válvula. Luego de haber fijado manualmente la presión de operación en el separador, se mantiene la presión en el tanque cerca del valor seleccionado. Por razones de seguridad, esta válvula esta "normalmente abierta". Si por cualquier razón el suministro de aire a la válvula está cortado, el tanque no estará encima de su presión de trabajo. La presión del separador esta directamente aplicada al tubo de Bourdon dentro del controlador de presión como mostrado en "Gas pressure controller". Un cambio en la presión del separador deforma el tubo de Bourdon. Esta deformación mueve el flapper que cubre la boquilla fuera de o más cerca a la boquilla, causando una fuga de aire. El controlador de presión usa la fuga de aire para abrir o cerrar la válvula que regula la presión en el separador. El dibujo "Gas Pressure Controller” muestra un modelo de controlador simple. En este sistema, la válvula esta completamente abierta o cerrada, teniendo como consecuencia que la presión de separación fluctúa entre un valor mínimo y un valor máximo.
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Separador Trifásico
1.5.9 Controlador de presión complejo Para el sistema complejo ilustrado la presión deseada se fija al ajustar una lámina de “set point”. Ajustar esa palanca mueve la boquilla mas cerca o mas lejos del flapper para establecer el Set Point. La presión del separador se aplica directamente al tubo de Bourdon. La imagen muestra el sistema en un estado de equilibrio con presión de separación estable. El controlador de presión actualmente instalado en un separador es mas complejo. Al contrario del modelo simple, el modelo actual permite fijar la presión de trabajo deseada y utiliza un control de banda proporcional para ajustar el recorrido de la válvula, asegurando una regulación suave de la presión de separación.
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Separador Trifásico
1.5.10
Válvula de banda proporcional
El orificio de entrada para esta válvula es ajustable. Eso permite la variación de la cantidad de aire que se suministra en el controlador. La variación cambia la distancia entre el flapper y la boquilla. La banda proporcional es independiente de la presión fijada, pero depende del rango de presión del tubo de Bourdon. El valor de ajuste de la banda proporcional se exprime en %, basado en el rango de presión del tubo de Bourdon, tal como se describe en los siguientes ejemplos. Aquel porcentaje puede variar entre 0% y 100%. Ejemplo
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Separador Trifásico Datos El controlado de presión está provisto con un tubo de Bourdon con un rango de presión de 1000 psi. El punto fijo para la presión del separador es 400 psi Razonamiento Si la banda proporcional se fija en 50% del rango de 1000 psi del tubo de Bourdon, esto significa que el ACV se cerrará totalmente cuando la presión del separador alcanza 150 psi y abrirá totalmente cuando la presión del separador alcanzará 650 psi. En esta programación ancha, el sistema no está muy sensible a las variaciones de presión pequeñas. Se necesitará una variación de presión grande de 250 psi de cualquier lado del valor escogido de 400 psi para cerrar o abrir la válvula. Resultados 50% de 1000 psi = 500 psi 500 psi / 2 = 250 psi 400 + 250 = 650 psi 400 - 250 = 150 psi Caso contrario Si la banda proporcional se fija a 5% del rango del tubo de Bourdon de 1000 psi, la válvula ACV será completamente cerrada cuando la presión del separador alcance 375
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Separador Trifásico psi y completamente abierta cuando la presión de separador llegue a 425 psi. Con esta programación angosta, el sistema es muy sensitivo a variaciones pequeñas de presión. El sistema abrirá o cerrará la válvula en reacción a una variación relativamente pequeña de 25 psi de cualquier lado del punto fijo escogido.
5% de 1000 psi = 50 psi 50 psi / 2 = 25 psi 400 + 25 = 425 psi 400 - 25 = 375 psi Consejos para fijar la presión de separación. Cuando se programa la presión de separador con el controlador, uno debe considerar: La presión de calibración de la válvula de seguridad en relación con la presión de trabajo máxima del separador. Las condiciones de flujo crítico upstream. El valor de la presión mínima, necesaria para empujar el crudo fuera del separador hacia los tanques o la línea de producción.
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Separador Trifásico
1.5.11
Controlador de nivel de crudo El nivel de la interfase líquido-gas dentro del separador debe guardarse constante para mantener las condiciones de la separación estables. Una variación en este nivel cambia el volumen de gas y líquido en el separador que a su vez afecta la velocidad y el tiempo de retención de los dos fluidos. El punto fijo inicial para el nivel de líquido-gas depende de la proporción de gas-aceite (GOR) producida por el pozo. Si el GOR es alto, más volumen en el
separador necesita ser reservado para el gas y se requiere un nivel de aceite bajo. Si el GOR es bajo, más volumen en el separador necesita ser reservado para el crudo y se requiere un nivel de aceite alto. Para cubrir GORs de diferentes valores, el nivel de aceite puede ajustarse entre dos valores: más o menos 6 pulgadas de la línea mediana del separador. Como pauta, el nivel se fija inicialmente en la línea del centro y los ajustes se hacen según el GOR.
1.5.12
Controlador de nivel simple
Usualmente utilizan un flotador relacionado con el controlador para abrir y cerrar una válvula que regula el nivel de crudo.
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Separador Trifásico Actúa sobre una de las dos válvulas de regulación de la salida de crudo: una de grande y una de pequeño diámetro que se encuentran montadas en paralelo. El sistema completo permite la regulación de un amplio rango de caudales, limitado solamente por la capacidad del separador. Ffuncionamiento Cuando el nivel cambia hace mover el flotador. El movimiento del flotador esta convertido, a través de un mecanismo de torsión, provocando el movimiento del flapper fuera o hacia la boquilla. A su vez, la fuga de aire a través de la boquilla abre o cierra la válvula de control ACV montada en la línea de salida del crudo.
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Separador Trifásico 1.5.13
Controlador de nivel de agua
El nivel de interfase entre el crudo y el agua en el separador debería ser mantenido constante, para prevenir el paso del agua encima del “weir Plate” y que fluya en el compartimiento de aceite. Se logra mediante un flotador conectado a un controlador de nivel de agua que actúa sobre una válvula colocada en la salida de agua El nivel de agua se controla con un flotador que flota en el agua pero no en el aceite. El movimiento del flotador se transmite a través de un tubo hacia un flapper que se aleja o se acerca de una boquilla, provocando una fuga de aire. La fuga de aire desde la boquilla se usa para abrir ó cerrar la válvula ACV colocada sobre la salida de agua
1.5.14
Válvulas de control automático ACV
Las ACV para el aceite, gas y agua están diseñadas para regular el caudal en una tubería variando su sección en respuesta a una señal recibida de un controlador. Tipos Normalmente abierta y
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Separador Trifásico Norm almen te cerra da
1.5.15
Sight Glass
Indicador de nivel visual< Los niveles dentro del separador pueden ser visualizados mediante esos vidrios. Sobre el separador, hay uno para monitorear el interfase crudo – gas y uno para monitorear el interfase agua – crudo. Constan de vidrio transparente colocado en una cámara de acero para aguantar la presión interna del separador y un sistema de seguridad que impide que el fluido escape.
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Separador Trifásico
1.5.16
Filtro de aire
Un compresor de aire suministra aire para operar los controladores de crudo, gas y agua. El aire necesita ser filtrado de sus elementos contaminantes sólidos y de su agua a través de un filtro. Es simplemente un recipiente vertical colocado en la salida del compresor. Luego, el aire se manda a los reguladores de presión donde la presión se reduce al nivel requerido por esos instrumentos.
1.5.17
Dispositivos de seguridad
. En caso de que un funcionamiento defectuoso cause un aumento de la presión del separador a un nivel peligroso, estos dispositivos proporcionan una abertura de emergencia a la atmósfera. Para prevenir este tipo de fracaso, el separador se diseña con dos puntos débiles--una válvula de alivio de seguridad y un disco de la ruptura--eso se activa en caso de una acumulación excesiva de presión. Para operar propiamente, la válvula de seguridad necesita una válvula de la aguja y una válvula check.
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Separador Trifásico
1.5.17.1 Safety Relief Valve La válvula de alivio de seguridad se localiza encima del separador. Su salida se conecta a la línea de salida de gas o una línea especial, downstream de la válvula ACV. Cuando la válvula de alivio de seguridad se abre, el gas se desfoga hacia la atmósfera. Dependiendo de los requisitos del cliente, de la complejidad del sistema y las regulaciones locales, la salida para la válvula de alivio de seguridad a veces se conecta a una línea de venteo separada. La válvula de seguridad incorpora un fuelle que impide la entrada de los fluidos del separador hacia la parte superior de la válvula expuesta a la presión atmosférica. Los fuelles tienen una área efectiva igual a la del asiento de la válvula, de tal manera que los efectos de contra-presión en la salida de la válvula sobre la presión de calibración se ven eliminados.
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Separador Trifásico
1.5.17.2 Check Valve La válvula check se coloca downstream de la válvula de seguridad. Es un flapper libreoscilante que detiene una posible contra-presión en la línea de gas, que podría afectar la abertura de la válvula de seguridad si aquella tiene que abrirse.
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Separador Trifásico 1.5.17.3 Needle Valve
FXC V.
La válvula de aguja esta conectada entre la válvula de seguridad y la válvula check, permite asegurarse de que cualquier contra-presión en la salida de la válvula de seguridad sea descargada hacia la atmósfera. Tiene que ser de tamaño reducido y controlada muy seguido para estar seguro que no se ha tapado. La válvula de aguja se coloca en posición abierta durante la operación para detectar una posible fuga de la válvula de seguridad que aplicaría una contra-presión sobre esta válvula. Si se abre la válvula de seguridad, limita la importancia de la fuga y permite su fácil control. Si H2S es presente en el efluente, una línea debe conectar la válvula de aguja para descargar el gas hacia un lugar sin peligro para el personal.
1.5.17.4 Disco de Ruptura La principal desventaja de la válvula de seguridad es que – si por alguna razón – la línea hacia la atmósfera se tapa, la válvula no será capaz de descargar la presión. Por eso, y para prevenir cualquier funcionamiento defectuoso, el separador cuenta con un dispositivo de seguridad adicional llamado disco de ruptura. Funciona bajo un principio diferente de la válvula de seguridad; esta hecho de un diafragma convexo diseñado para reventar a una presión específica. El diafragma esta completamente roto cuando dispara, dejando un paso libre a través del cual gas y líquido pueden escapar. El disco debe ser cambiado si se dispara, pero la válvula de seguridad puede ser abierta y cerrada varias veces. El disco es normalmente calibrado para romper a 110% de la presión nominal de trabajo del separador. Debido a los efectos de la temperatura y una tolerancia de calibración, no
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Separador Trifásico se puede garantizar que el disco estallará exactamente a 110% de la presión de trabajo. Es más seguro asumir que el disco puede dispararse entre 105% y 115% de aquella presión. En caso de emergencia, la válvula de seguridad siempre se abre antes que el disco se rompa.
1.5.18
Dispositivos de medición
Son utilizados para medir las proporciones de flujo para el aceite, gas, y agua cuando ellos dejan el separador. Para medir bajos y altos caudales de flujo de aceite, se usan un medidor de desplazamiento positivo y un medidor de vértice colocados en la línea flujo de aceite. El caudal de gas se mide usando un medidor con orificio, bajo el principio de presión diferencial, colocada en la línea de salida de gas. Caudales de agua se miden con un medidor de desplazamiento positivo, idéntico al medidor de desplazamiento positivo para el aceite. El factor de encogimiento, medido con un probador de encogimiento, representa un factor de corrección usado en los cómputos de volumen de aceite.
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Separador Trifásico
1.5.18.1 Medidores de crudo La salida de crudo está equipada con 2 medidores en paralelo, de tal modo que es posible medir un rango amplio de caudales. Un solo medidor no puede medir con precisión al rango entero de caudales (bajo y alto).Se usa un solo medidor a la vez y su elección depende del caudal. Caudales bajo y medio se miden con el medidor de desplazamiento positivo FLOCO, mientras que caudales altos se miden con el medidor de vértice. El medidor de desplazamiento positivo mide el caudal de líquido que lo atraviesa al dividir el líquido entre segmentos y contándolos. Líquidos entrando el medidor golpea el puente y se encuentra desviado hacia abajo, golpeando las láminas y girando el rotor. Los sellos del puente impiden que el líquido se devuelva hacia la entrada. El movimiento del rotor esta transferido a un registrador con un cople magnético. Separadores usados para pruebas de pozos están equipados usualmente con un medidor de desplazamiento positivo de 2 pul. que puede medir caudales de 100 a 2200 bopd.
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Separador Trifásico El medidor de vértice ROTRON consiste en un cuerpo montado con una cámara excéntrica y un rotor montados transversalmente a las venas de fluido. Cuando el líquido fluye a través del medidor, se cree un vértice en la cámara. La velocidad de rotación del vértice líquido es proporcional al caudal. El movimiento del rotor se transfiere a un registrador mediante un acoplamiento magnético. Separadores pueden ser equipados con medidores de vértice de 2- o 3-pulg. Para este tipo de medidor, el caudal depende del tamaño del medidor, pero también del tipo de rodamiento que se usa, tal como se indica en la siguiente tabla "Vortex Meters and Flow Rates"
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Separador Trifásico 1.5.18.2 Medidor de agua La salida de agua viene equipada con un medidor de desplazamiento positivo de 2 pul. Idéntico al que se usa para medir el caudal de crudo.
1.5.18.3 Medidor de gas Antes de salir del separador, el caudal de gas se mide usando un tipo de medidor diferencial llamado medidor de orificio. Se coloca un orificio calibrado en la vena de fluido con el fin de crear una pequeña caída de presión a través de ese orificio. La presión upstream y downstream de la placa orificio, la temperatura del gas y su gravedad específica se usan para calcular el caudal de gas Al principio del flujo, el caudal se desconoce. Durante la prueba, el caudal puede cambiar; por eso se utilizan placas-orificios de diferentes tamaños. El diámetro correcto del orificio se escoge por el método ensayo-errores. Por lo tanto, es importante tener un dispositivo que permite el cambio de orificio sin interrumpir el flujo de gas. El medidor de orificio esta diseñado por eso. Para obtener mediciones precisas, el fluido debe tener ciertas características aerodinámicas antes de alcanzar el medidor. Una sección recta suficientemente amplia y unos tubos colocados dentro de la tubería reducen las turbulencias creadas por los codos en la línea de gas.
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Separador Trifásico
1.5.19
Gas Scrubbers
La línea de gas del separador suministra el gas usado para operar el registrador de presión diferencial. Ese gas esta filtrado en ambas líneas de alta y baja presión, por “scrubbers”. Su propósito es de detener impurezas, aceite y emulsión. Antes de alcanzar el registrador, otro set de scrubbers actúa como un amortiguador. En caso de que el gas contenga H2S ó CO2, los scrubbers de arriba contienen aceite hidráulico o diesel para impedir el contacto directo del gas con el registrador.
1.5.20 Shrinkage Tester Se encuentra, normalmente colocado al indicador visual de nivel de crudo, y es utilizado para estimar el factor de encogimiento en el campo. El factor de encogimiento es un factor de corrección utilizado en los cálculos de caudal de aceite. El representa la cantidad de gas disuelto en el crudo que será liberado cuando la presión caiga del valor de la de separación a la presión atmosférica. Consiste en una botella y un visor graduado. El crudo y el gas fluyen hacia el medidor hasta que el nivel alcance el “0” sobre la escala, correspondiendo a un volumen Vo. Se aísla el medidor del separador y la botella se despresuriza lentamente a presión atmosférica. Eso permite de liberar el gas del aceite de tal manera que, después de unos 20 minutos, otro nivel pueda ser leído sobre la escala. Este nivel corresponde a un nuevo volumen (V) de aceite. El factor de encogimiento es simplemente la relación V/Vo, en porcentaje.
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Separador Trifásico
Este diagrama muestra: Sistemas de tubería Válvulas Puntos de muestreo
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Separador Trifásico 1.6 Equipo superficial 1.6.1 Bombas superficiales Las bombas superficiales se diseñan para el uso de alta presión y bajos gastos para reducir la fricción e incrementar la capacidad de bombeo y la eficiencia del sistema. Las presiones en superficie oscilan entre 2000 lb/pg2 y 4000 lb/pg2, teniendo las mayores en pozos profundos y los gastos del fluido de potencia van desde unos cientos de barriles por día hasta más de 3000 bpd. Generalmente, las bombas usadas en instalaciones de Bombeo Hidráulico presentan problemas cuando manejan presiones por debajo del rango indicado anteriormente, lo que puede suceder en instalaciones para un solo pozo. Las bombas más utilizadas en la industria son bombas tríplex o quíntuplex de desplazamiento positivo, como la que se muestra en la Fig. 4 Las bombas son diseñadas de acuerdo con las características del fluido de potencia seleccionado. Para alta presión y uso de aceite, estas bombas utilizan tubería y pistones metal – metal y válvulas de tipo bola, componentes que requieren poco mantenimiento. Cuando se utiliza agua, las bombas cuentan con pistones y tubería con empacamiento. Los elementos extras que utilizan son una válvula de alivio, manómetros e interruptores de seguridad. La mayoría de bombas superficiales son montadas en un patín y usan motores eléctricos o de gas.
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Separador Trifásico 1.6.2 Cabezales de distribución. Estos dispositivos se usan cuando varios pozos utilizan Bombeo Hidráulico y la alimentación del fluido de potencia se hace desde una batería central. Los cabezales se encargan de distribuir el fluido de potencia hacia cada pozo y la producción de cada pozo hacia el tanque correspondiente. Los cabezales se disponen en secciones modulares, como se puede ver en la Fig. 5 de tal manera que se pueden agregar o quitar fácilmente.
Los cabezales cuentan con válvulas de control que regulan la presión en la zona común a todos los pozos, dicha presión es un poco mayor a la presión más grande requerida por cualquier pozo con el fin de mantener el funcionamiento de las válvulas de control de cada pozo. Para el Bombeo Hidráulico tipo Pistón se utilizan válvulas de flujo constante para regular la cantidad de fluido de potencia para cada pozo, mientras que en el tipo Jet, se utilizan válvulas de presión constante. Se adicionan también manómetros para cada pozo. -
Las funciones principales de los cabezales se pueden resumir en las siguientes:
-
Distribuir el fluido de potencia para cada pozo.
-
Regular el gasto de fluido de potencia para cada pozo.
-
Proveer un medio para la medición de flujo hacia cada pozo.
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Separador Trifásico -
Proveer un medio para la medición de la presión en cada pozo.
-
Proveer un medio para correr tapones solubles en las tuberías de
-
superficie.
-
Proveer una válvula manual o automática para controlar la presión y desviar el exceso de fluido de potencia
1.6.3 Cabeza de pozo Las características particulares de la cabeza de los pozos con BH se definen con base en el tipo de bomba subsuperficial que tenga la instalación. Cuando el pozo cuenta con una bomba fija, el árbol de válvulas cuenta con una tubería asilada para el transporte del fluido de potencia y para evitar que éste se mezcle con el fluido producido. Los sistemas abiertos utilizan válvulas de 4 vías o de control de cabeza de pozo, como se observa en la Fig.6. Esta válvula se ubica en la cabeza de pozo y su función es proveer diferentes modos de operación. Para circular la bomba subsuperficial, se dirige el fluido de potencia a través de la tubería de producción. El fluido de potencia inicia su misión ya que la bomba se encuentra en el fondo del pozo y asentada en la válvula de pie. Para sacar la bomba, el fluido de potencia se dirige a través del espacio anular para desanclar la bomba y llevarla hacia la superficie. Cuando la bomba está en la cabeza del pozo, la bomba se pone en posición de “bypass” permitiendo que la bomba pueda ser removida y reemplazada. Las funciones anteriores se logran simplemente al cambiar la posición de la válvula.
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Separador Trifásico
Fig. 1 Bomba Superficial Triplex
Fig. 2 Cabezal de distribución
La mayoría de sistemas incluyen una válvula de presión constante que mantiene la carga en la presión de descarga en la bomba superficial a través del desvío del exceso de fluido. Estas válvulas funcionan bajo el principio de una fuerza de resorte ajustable en un arreglo pistón – válvula compensado por presión. Si la presión aumenta en el lado de alta presión, el cual está controlado por los cambios de carga en el sistema, las fuerzas de presión en las diferentes áreas dentro de la válvula provocarán la apertura de la válvula y la desviación de más fluido, restaurando la presión definida.En los sistemas para Bombeo Hidráulico tipo Jet las válvulas de presión constante comúnmente son las únicas válvulas de controlen superficie. Para sistemas de Bombeo Hidráulico tipo Pistón se utilizan válvulas de control de flujo constante, como la que se muestra en la Fig. 7. La bomba subsuperficial se puede mantener a una carrera constante si el gasto del fluido de potencia se mantiene constante. La válvula se diseña para proveer la cantidad de fluido de potencia adecuada a pesar de las fluctuaciones que pueda haber en la bomba subsuperficial debido a algún
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Separador Trifásico cambio en las condiciones del pozo. Debido a que esta válvula no desvía el flujo, se debe utilizar en conjunto con un controlador de presión constante en el lado de mayor presión.
1.6.4 Tanque de fluido de potencia. El tanque de almacenamiento de fluido de potencia es un elemento de suma importancia en una instalación con Bombeo Hidráulico. Debido a que el fluido de potencia se encarga de hacer que la bomba subsuperficial funcione, ya sea tipo Pisto o tipo Jet, es necesario asegurarse que en todo momento se cuenta con el volumen suficiente y con la calidad requerida de fluido. Según sea el sistema defluido de potencia, es decir, abierto o cerrado, el tanque de fluido de potencia tendrá mayor o menor tamaño, respectivamente, y los sistemas de limpieza y separación de fluidos se adecuarán a las necesidades del fluido. Uno de los diseños más utilizados para el tanque del fluido de potencia del sistema abierto se muestra en la Fig. 8. El aceite proveniente del pozo entra al separador de gas con el objetivo de que sea removido el gas que quedó después de pasar por los separadores. La sección superior del separador de gas debe ser de 36’’ para que sea lo más efectivo posible y evitar que el aceite pase a la línea de gas. Una vez el aceite está libre de gas entra al fondo del tanque. El tanque utiliza un esparcidor con el propósito de reducir la velocidad del fluido entrante distribuyéndolo en toda el área, lo que permite además que el tanque se llene de manera más uniforme. En el punto medio vertical del tanque, la producción se extrae a través de una línea que mantiene el tanque lleno. Desde el punto medio hacia la parte superior, el asentamiento del fluido de potencia se lleva a cabo. Los sólidos livianos asentados se llevan junto con la producción a los tanques de almacenamiento mientras que las partículas pesadas se asientan en el fondo del tanque y se remueven periódicamente
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Separador Trifásico
Fig. 3 Válvula de control de flujo constante
En el caso del sistema cerrado, el tanque de fluido de potencia es un poco más simple, por lo tanto, sus costos de instalación y de mantenimiento son menores. Cuando se tienen problemas por espacio en la instalación, el tanque del sistema abierto que es más pequeño, representa una solución. Así mismo, se puede decir que en un sistema cerrado, la medición de fluidos en el tanque es más controlada y en consecuencia es más exacta ya que el fluido de potencia y el de producción no se mezclan. Cuando se usa agua como fluido de potencia, se pueden utilizar filtros para la limpieza de ésta que remueven partículas hasta de 10 μm, además de que el tamaño del tanque de almacenamiento de fluido de potencia se reduce considerablemente. Cuando se usa aceite el método más efectivo para la limpieza del aceite, requiere que el tanque de asentamiento sea lo suficientemente grande para mantener la velocidad del aceite por debajo de 1 pie/hr para densidades menores a 30 °API y por debajo de 2 pie/hr para densidades mayores a 30 °API.
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Separador Trifásico 1.7 Bombeo Hidráulico tipo Jet. A lo largo del desarrollo de este capítulo ya se ha mencionado que la diferencia entre los tipos de Bombeo Hidráulico que existen radica en el tipo de bomba subsuperficial. Para este caso, la bomba que hace parte del sistema es una bomba Jet. Dicho tipo de bomba no tiene partes móviles y funciona mediante un intercambio de momento (energía) entre dos corrientes de fluidos, o sea, entre el fluido de potencia inyectado y el aceite a producir. Como se puede ver en la Fig. 9, el fluido de potencia es inyectado desde la superficie y pasa a través de la tobera donde su presión (energía potencial) es convertido en un jet de muy alta velocidad (energía cinética). El fluido es descargado en la cámara de entrada de la producción que está conectada con la formación. El fluido de potencia arrastra la producción y ambos fluidos entran a la garganta de la bomba. La garganta es un tubo recto, de forma cilíndrica de aproximadamente 7 pg de longitud con un radio suavizado a la entrada. El diámetro de la garganta siempre es mayor que el diámetro en la salida de la tobera, permitiendo que los fluidos del pozo fluyan cerca de la salida de la tobera y sea arrastrado hacia la garganta.Dentro de la garganta ocurre la mezcla completa de los fluidos de potencia y del yacimiento y se transfiere el momento del primero hacia el segundo, produciendo un incremento de la energía del fluido de producción. Al final de la garganta, la mezcla de fluido posee gran velocidad y energía cinética suficiente para fluir contra el gradiente de la columna en la tubería hacia la superficie. Los fluidos mezclados entran después a un área de expansión o difusor en la que se convierte la energía cinética remanente en una presión estática mayor a la carga estática de la columna, por medio de la disminución de la velocidad del fluido. Dicha presión en el fluido es suficiente para fluir hacia la superficie después de salir de la bomba. Las ventajas que presentan las bombas Jet son las siguientes:
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Separador Trifásico
•Ausencia de partes móviles.
•Tolerancia para producir fluidos de menor calidad que los que permite una bomba reciprocante. Esto aplica para el fluido de potencia y el fluido a producir.
•Al tener una zona de trabajo compacta la bomba se puede adaptar a casi cualquier arreglo de fondo, incluyendo instalaciones TFL.
•Frecuentemente se pueden obtener mayores gastos de líquido y gas con una bomba Jet que con una bomba reciprocante en la misma tubería de producción.
•La tobera y la garganta están hechas normalmente de carburo de tungsteno o materiales de cerámica para alargar la vida de las partes.
•Permite manejar volúmenes de gas libre sin tener desgaste excesito o problemas en la entrada de la bomba.
Fig. 4 Válvula de 4 vias
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Separador Trifásico Gracias a estas ventajas el Bombeo Hidráulico tipo Jet ha sido aplicado en pozos de alto volumen, con gas y con impurezas. Con diferentes tamaños de toberas y gargantas, se pueden producir desde 50 bpd y hasta más de 10000 bpd dependiendo de las condiciones del pozo y de la capacidad de para bombear fluido de potencia desde la superficie. Sin embargo, este sistema no se aplica para todo tipo de pozos. Las principales limitantes para el sistema son la necesidad de una presión de succión alta para evitar la cavitación y su baja eficiencia mecánica, lo cual exige un requerimiento de potencia mayor en la bomba de superficie.
1.7.1 Ventajas y desventajas Tanto del Bombeo Hidráulico tipo Jet como el tipo Pistón tienes ventajas que los hacen adecuados para ser considerados como SAP en pozos de hidrocarburos, por lo que se considera de gran importancia conocer a detalle dichas ventajas y desventajas, que se muestran en la Tablas 1.1. Este conocimiento es útil a la hora de considerar un Sistema Artificial de Producción como candidato para cumplir con las necesidades de un pozo o un grupo de pozos en especial. BOMBEO HIDRÁULICO TIPO JET
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Se puede retirar la bomba sin sacar todo el aparejo de producción.
Es un método relativamente ineficiente.
No tiene partes móviles.
Requiere al menos 20% de sumergencia
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Separador Trifásico para alcanzar la mejor eficiencia. Se puede instalar en pozos desviados.
El diseño del sistema es complejo.
Adecuado para instalaciones urbanas.
Presenta
cavitación
bajo
ciertas
condiciones. Muy sensible a cualquier cambio en la
Aplicable costa afuera.
contrapresión. Puede utilizar agua como fluido de La producción de gas libre reduce la potencia.
capacidad de manejo de líquidos
El fluido de potencia no tiene que ser tan Se requieren altas presiones superficiales limpio como en el Bombeo Hidráulico para el fluido de potencia. tipo Pistón. Ofrece facilidad para tratamientos anti corrosión. La
fuente
localizada
de
energía
remotamente
puede y
estar
manejar
grandes volúmenes de producción hasta los 30 000 bpd. .
40
Separador Trifásico 1.7.2 Ficha Tecnica De La Tuberia
41
Separador Trifásico
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Separador Trifásico 1.7.3 Ficha Técnica De La Bomba
BOMBA: Marca: Modelo: Tipo: Pistones: Diámetro succión: Diámetro descarga:
National J-165T–5M Triplex 2 ” y 2 ½” 4” ANSI 150 RF
MOTOR: Marca: Modelo: Potencia: Tipo: RPM:
Cummins 6 CT 8.3 207 HP Diesel – 4 tiempos 1.800
2” 1500 RTJ (R-24)
ACCESORIOS
USOS
Panel de ShutDown
Sistemas de inyección de agua.
Válvula de alivio y válvula cheque
Sistemas de levantamiento con bombeo hidráulico.
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Separador Trifásico Dàmperes de succión y descarga
Sistemas de transferencia y despacho agua.
Válvulas en acero inoxidable Interruptor de parada de emergencia
VENTAJAS
Panel de control de alarma
Alta confiabilidad.
Tanque de combustible
Disponibilidad inmediata
Arranque eléctrico con batería
Operación con fluidos agresivos.
Montaje sobre skid petrolero Acople con reductor y embrague Reductor por piñones
DIMENSIONES Y PESO:
Dimensiones: 5.0 Mts x 2.0 Mts
Peso: 6.250 Kg
CAPACIDAD UNIDAD DE BOMBEO
DIAMETRO MÁXIMA PRESIÓN PLUNGER (PSI) (PULG) 2 3.120 2 ½” 1.990
BFPD
244 3.82
44
MAX PUMP RPM 350 350
MAX POTENCIA (HP) 165 165
Separador Trifásico 1.8 Elaboración de la Maqueta
45
Separador Trifásico 1.9 Resultados
46
Separador Trifásico 1.10
Conclusiones
El bombeo hidráulico es un sistema de levantamiento artificial que tiene por objetivo transformar la energía mecánica suministrada por el motor de arrastre En el diseño de separadores es necesario tomar en cuenta los diferentes estados en que pueden encontrarse los fluidos y el efecto que sobre éstos puedan tener las diferentes fuerzas o principios físicos.
Los principios fundamentalmente considerados para realizar la separación física de vapor, líquidos o sólidos son: la fuerza de gravedad, la fuerza centrífuga y el choque de partículas o coalescencia. Toda separación puede emplear uno o más de estos principios, pero siempre las fases de los fluidos deben ser inmiscibles y de diferentes densidades para que ocurra la separación. La producción de petróleo requiere del consumo de energía para levantar el fluido a superficie, esta energía puede ser suministrada inicialmente por el mismo yacimiento, pero a medida que la presión declina, se hace necesario suministrar energía externa. Los métodos más comunes de levantamiento artificial son, el bombeo mecánico y el neumático.
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Separador Trifásico 1.11
Bibliografía
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