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• Jhon Fredy Sanabria

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FACILIDADES DE SUPERFICIE: GENERALIDADES

EDISON ODILIO GARCÍA NAVAS Ingeniero de Petróleos - UIS Magíster en Ingeniería de Hidrocarburos - UIS [email protected]

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS BUCARAMANGA, OCTUBRE DE 2014

CONTENIDO FACILIDADES DE SUPERFICIE 1.

GENERALIDADES

1.1. Introducción 1.2.Propiedades de los fluidos 1.3.Quimica de Hidrocarburos 1.4.Propiedades físicas y químicas 1.5.Comportamiento de fases 1.6.Calculos flash 1.7.Variables operacionales 1.8.Criterios de diseño 1.9.GENERALIDADES DE LAS ESTACIONES DE PRODUCCION 1.10.Elementos de la batería de producción 1.11.Operaciones en una batería de producción 1.12.Localizacion de la batería de producción 1.13.Numero de baterías de producción

CONTENIDO FACILIDADES DE SUPERFICIE

2.SISTEMAS DE RECOLECCION 2.1.Cabezales de producción 2.2.Lineas de flujo 2.3.Diseño del diámetro de una línea de flujo 2.4.Selección del shedule de una línea de flujo 2.5.Calculo de caídas de presión en tuberías con flujo monofásico y multifasico 2.6.MULTIPLES DE RECOLECCION 2.7.Diseño de múltiples 2.8.Otros elementos de los sistemas de recolección 2.8.1.Manometros:análogos,digitales 2.8.2.Valvulas: compuerta, bola, mariposa, globo 2.8.3.Cheques 2.8.4.Choques:fijos ajustables

CONTENIDO FACILIDADES DE SUPERFICIE 2.9.PROBLEMAS ASOCIADOS A LOS SISTEMAS DE RECOLECCION 2.9.1.Abrasion 2.9.2.Corrosion 2.9.3.Formacion de depósitos orgánicos 2.10Formacion de depósitos inorgánicos 3.SEPARACION DE DOS FASES: PETROLEO Y GAS 3.1.Introduccion 3.2.Equilibrio de fases 3.3.Factores que afectan la separación 3.4.Clasificacion de los separadores 3.6.2.Separadores verticales 3.6.3.Separadores esféricos 3.6.4.Otras configuraciones de separadores

CONTENIDO FACILIDADES DE SUPERFICIE

3.5.Selección de un separador 3.5.1.Deflector de entrada 3.5.2.Seccion de asentamiento de liquido 3.5.3.Seccion de asentamiento gravitacional 3.5.4.Extractor de niebla 3.6DESCRIPCION DE UN SEPARADOR BIFASICO 3.6.1.Separadores horizontales 3.7.SELECCIÓN DEL RECIPIENTE: HORIZONTAL Vs VERTICAL 3.8.Interiores del recipiente 3.8.1.Deflectores de entrada 3.8.2.Rompedores de olas 3.8.3.Placas anti espuma 3.8.4.Rompedores de remolinos 3.8.5.Extractor de niebla 3.9.PROBLEMAS POTENCIALES DE OPERACIÓN 3.9.1.Crudos espumosos 3.9.2.Parafinas

CONTENIDO FACILIDADES DE SUPERFICIE 3.10.TEORIA DE LA SEPARACION GAS-LIQUIDO 3.10.1.Asentamiento 3.10.2.Tamaño de la gota 3.10.3.Tiempo de retención 3.10.4.coalesencia 3.11.DISEÑO DE SEPARADORES BIFASICOS 3.11.1.Separadores horizontales bifásicos 3.11.2.Separadores verticales bifásicos 3.11.3.EJEMPLOS 4.SEPARACION DE GAS-CRUDO-AGUA (SEPARADORES TRIFASICOS) 4.1.Introduccion 4.2.Descripcion de un separador trifásico 4.3.Separadores trifásicos horizontales

CONTENIDO FACILIDADES DE SUPERFICIE 4.4.Separadores trifásicos verticales 4.5.Interior de un separador trifásico 4.6.Problemas operacionales: Emulsiones 4.7.Teoria de la separación trifásica 4.8.DISEÑO DE SEPARADORES TRIFASICOS 4.9.Separadores trifásicos horizontales 4.10.Separadores trifásicos verticales 5. EMULSIONES 5.1.Introduccion 5.2.Definicion 5.3.Clasificacion de las emulsiones 5.4.Según el grado de estabilidad 5.5.Según las fases de la emulsión 5.6.Según facilidad de romperlas 5.7.Formacion de emulsiones

CONTENIDO FACILIDADES DE SUPERFICIE 5.8.Teoria del agente emulsificante 5.9.Teoria de la tensión interfacial 5.10.Teoria de las cargas eléctricas 5.11.ESTABILIDAD Y ROMPIMIENTO DE EMULSION 5.12.Pelicula interfacial 5.13.Viscosidad de la fase continua 5.14.Tamaño de la gota 5.15.Relacion de volumen de la fase 5.16.Temperatura,Ph,Edad,Salinidad de la salmuera 5.17.Tipo de aceite 5.18.Diferencia de densidad 5.19.Velocidad de asentamiento

OBJETIVO

o Se buscan desarrollar competencias sobre los procesos y sistemas existentes en las facilidades de superficie para el manejo de la producción de los pozos de crudo y gas. Abordando temas como recolección, separación de dos fases, separación de tres fases, tratamiento de emulsiones, almacenamiento y fiscalización del crudo y el tratamiento de aguas aceitosas.

INTRODUCCIÓN

o o o o o o o o o o

Cuales son los procesos de la industria de los hidrocarburos ? Para que se emplean los sistemas de levantamiento artificial ? Que tipo de fluidos se extraen de los yacimientos ? Que es una línea de flujo ? Que es un múltiple ? Que tipos de separadores existen ? Que contaminantes contienen el gas, el crudo y el agua ? Que es una emulsión ? Cuales tipos de tratamiento del petróleo existen ? De que manera puede transportarse el crudo ? Que destino final puede dársele al agua de producción ?

QUE SON FACILIDADES DE SUPERFICIE..?

INTRODUCCIÓN LA INDUSTRIA DE LOS HIDROCARBUROS

COMERCIALIZACION REFINACION TRANSPORTE PRODUCCION EXPLORACION

El objeto de estudio en la Escuela de Ingeniería de Petróleos de la UIS es “La exploración y explotación de hidrocarburos”

INTRODUCCIÓN LA INDUSTRIA DE LOS HIDROCARBUROS Cadena Productiva de los Hidrocarburos

UPSTREAM: (Aguas Arriba) Actividades desarrolladas antes del proceso de refinación. Abarca: La exploración, Perforación y Producción de Hidrocarburos. DOWNSTREAM: (Aguas Abajo) Comprende las actividades de Transporte, Refinación y Petroquímica.

INTRODUCCIÓN PROCESOS DE PRODUCCION PRODUCCION: Conjunto de procesos que permiten la extracción de hidrocarburos del subsuelo y el condicionamiento de los fluidos de acuerdo con los requerimientos de calidad

PROCESOS DE PRODUCCION

PRODUCCION: Conjunto de procesos que permiten la extracción de hidrocarburos del subsuelo y el condicionamiento de los fluidos de acuerdo con los requerimientos de calidad

Flujo natural Sistemas de levantamiento artificial

Recolección

Extracción

Cabezales de pozo

Líneas de flujo Múltiples de recolección

PROCESOS DE PRODUCCION

Tratamiento

separación Rompimiento de emulsiones

Eliminación de impurezas

Almacenamiento y despacho

PRODUCCION: Conjunto de procesos que permiten la extracción de hidrocarburos del subsuelo y el condicionamiento de los fluidos de acuerdo con los requerimientos de calidad

Tanques Sistemas de medición

EXTRACCIÓN YACIMIENTO

SI SI … ENTONCES

ENERGIA SUFICIENTE ?

SI NO … ENTONCES

SISTEMAS DE LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL

FLUJO NATURAL

B.M

OBJETIVO: Obtener presión en cabeza de pozo.

B.E.S

Fuente: http://www.componentesperu.com/imgs/cameron_ms_3.jpg

B.H

B.C.P

G.L

DESARROLLO DE UN CAMPO PETROLERO Firma de contrato con el Estado (ANH) Actividades exploratorias(geología de campo, sísmica) Perforación de un pozo exploratorio

Construcción de facilidades temporales Pruebas extensas Declaración de comerciabilidad del campo Perforación de pozos de desarrollo Construcción de una estación de recolección y tratamiento Construcción de un oleoducto Abandono del campo

Fuente: http://www.componentesperu.com/imgs/cameron_ms_3.jpg

DESARROLLO DE UN CAMPO PETROLERO

RECUPERACIÓN PRIMARIA

• Flujo natural • Sistemas de levantamiento artificial • Estimulación de pozos

RECUPERACIÓN SECUANDARIA

• Inyección de agua (Waterflooding) • Inyección de gas inmiscible

RECUPERACIÓN TERCIARIA

• Inyección de gas miscible • Inyección de vapor • Inyección de surfactantes • Inyección de bacterias

Fuente: http://www.componentesperu.com/imgs/cameron_ms_3.jpg

PRODUCCIÓN EXTRACCION

TRATAMIENTO

RECOLECCION

    

Que se va a extraer ? Que se va a recolectar ? Que se va a tratar ? Que se va a almacenar ? Que se va a despachar ?

ALMACENAMIENTO Y DESPACHO

GAS CRUDO AGUA

FLUIDOS

GENERALIDADES DE LOS FLUIDOS DEFINICIONES DE FLUIDO: • Materia en estado liquido o gaseoso. • Es un cuerpo cuyas moléculas pueden moverse fácilmente unas respecto a otras de tal forma que adoptan espontáneamente la forma de la vasija que los contiene. • Sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de un esfuerzo o tensión tangencial sin importar la magnitud de esta.

Fuente: http://www.energypetrol.net/wpcontent/uploads/2011/10/flujo.jpg

TIPOS DE FLUIDOS

Deformación

Esfuerzo

FLUIDOS NO NEWTONIANOS • Su viscosidad varia tanto con la temperatura como con la presión. • La relación entre esfuerzo y la deformación no es lineal. • Ejemplos: agua con almidón de maíz, lodo de perforación.

Esfuerzo

Esfuerzo

FLUIDOS NEWTONIANOS • Su viscosidad puede considerarse constante en el tiempo (solo se afecta por la temperatura). • La relación entre esfuerzo y la deformación es lineal y pasa por el origen. • Ejemplos: aire, agua, gasolina, vino.

Deformación

Deformación

TIPOS DE FLUIDOS

Oil Hidrocarburos Gas

Fluidos en el yacimiento No hidrocarburos

Agua

QUE ES EL AGUA ? CARACTERISTICAS DEL AGUA • El agua está formada por hidrógeno y oxígeno. • En una relación de 2 átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno. • Es insípida e inodora. • En la cima del Everest, el agua hierve a unos 68°C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta 100°C. • El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja, pero ese valor se incrementa significativamente con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico, como el cloruro de sodio. • La diferencia de electronegatividad del oxígeno y el hidrógeno forma un dipolo eléctrico.

EL AGUA vs OTRAS SUSTANCIAS Propiedad

Unidades

Agua

Metano

H2S

Metanol

Masa molar

gr/mol

18,0

16,0

34,0

32,0

Punto de fusión

°C

0,0

-182

-86

-97

Punto de ebullición

°C

100,0

-161,0

-62,3

66,0

Kg/m3

1014,00

0,67

1,45

740,00

Capacidad calorífica

KJ/Kg-°C

77,7

2,2

1,0

3,7

Tensión superficial

dina/cm

73,7

0

0

23,0

cP

1,100

0,010

0,015

0,320

Densidad

Viscosidad

Se observa una gran diferencia entre el agua y otros líquidos similares

DONDE SE ENCUENTRA EL AGUA ? Los océanos y mares cubren el 71 % de la superficie terrestre: su agua salada supone el 96,5 % del agua del planeta.

Distribución del agua dulce en la Tierra

CICLO DEL AGUA

AGUA DE PRODUCCIÓN De donde proviene ? • Acuífero bajo la capa de aceite y agua.

• Agua connata que se encuentra en el yacimiento. • Agua condensada del vapor durante los cambios de presión en la producción. • Agua proveniente de formaciones diferentes al yacimiento.

• Agua de recobro mejorado. • Combinación de las anteriores.

CARACTERISTICAS DEL AGUA DE PRODUCCION El agua de producción normalmente es salada, con compuestos inorgánicos disueltos, escamas suspendidas, gases disueltos, hidrocarburos dispersos, bacterias y variedad de sustancias toxicas y radiactivas naturales.

De acuerdo con el TDS (Total Dissolved Solids), se clasifican en: • Agua fresca: TDS