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• Carlos Manuel Salazar Garcia

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“CONSULTORIA PARA LA INGENIERIA, GRUPO I GERENCIA REGIONAL CENTRAL Y NORTE. CONTRATO 4015399” Proyecto

F-GD-PR-001-12 Versión 00

INGENIERIA BÁSICA TRATAMIENTO AGUA APIAY - SURIA REFORMA

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PROCESOS FILOSOFIA DE OPERACIÓN ESTACIÓN APIAY

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27/08/08

Aprobado para Ingeniería de Detalle

SFR

JLV

RMF

B

09/07/08

Para aprobación ECOPETROL

SFR

JLV

RMF

A

13/06/08

Para comentarios ECOPETROL

SFR

JLV

RMF

P

09/06/08

Revisión Interdisciplinaria

SFR

JLV

RMF

REV.

FECHA

ELABORO

REVISO

APROBO

DESCRIPCION

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TABLA DE CONTENIDO

1. 2. 3. 4.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO .................................................................................................... 3 DOCUMENTOS DE REFERENCIA ................................................................................................ 3 FILOSOFÍA DE OPERACIÓN ......................................................................................................... 4 4.1 Sistema de Tratamiento de Crudo .......................................................................................... 4 4.1.1 Subsistema recibo de carga o de crudo............................................................................... 4 4.1.2 Subsistema de separación, crudo, agua y gas .................................................................... 5 4.1.3 Subsistema de tanques de tratamiento “Gun Barrels”, K-105/106 ...................................... 7 4.2 Sistema de Tratamiento de agua ............................................................................................ 7 4.2.1 Subsistema enfriamiento del agua- aeroenfriadores AE-171 A/B/C ................................... 8 4.2.2 Subsistema recibo del agua producida (Tanques de lavado, K-103, K-107) ...................... 8 4.2.3 Subsistema de Placas Corrugadas (CPI`s 161/162/163/164) ............................................. 9 4.2.4 Subsistema de tanques de flotación - ECOFLOT .............................................................. 11 4.2.5 Subsistema de filtración ..................................................................................................... 13 4.2.6 Subsistema de enfriamiento: Torres enfriadoras “TE-161/162/163/164” y Piscinas de Aspersión ...................................................................................................................................... 16 4.2.7 Subsistema piscina de estabilización................................................................................. 17 4.2.8 Vertimiento al río ................................................................................................................. 17 4.3 Tratamiento de gases ............................................................................................................... 17 4.4 Tratamiento de Lodos ............................................................................................................... 18

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1. INTRODUCCIÓN Este documento describe la filosofía de operación para el tratamiento de agua producida en la Estación Apiay, de la Superintendencia de Operaciones Apiay de ECOPETROL S.A., ubicada en el municipio de Villavicencio, Departamento del Meta, Colombia. Con ella describiremos la función y operación de los lazos de control y los puntos de ajustes de las señales de monitoreo del proceso. La planta, tendrá una capacidad total para tratar 140000 BWPD de agua, 11000 BOPD de aceite y 6700 KPCD de gas. 2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO El esquema de tratamiento de agua producida en la Estación Apiay (140000 BWPD) consta de cuatro etapas: Separación por gravedad, filtración y Disposición del agua filtrada (Vertimiento o Reinyección). En la primera etapa el agua se somete a separación por gravedad donde se retira crudo y sólidos (CPI`s y tanques de flotación), y seguidamente, se somete a una etapa de filtración para reducir el contenido de sólidos suspendidos y retener las gotas de crudo que puedan existir en las corriente de agua, por medio de filtros de “Cáscara de Nuez” (F-161/162/163/164). El caudal de retrolavado de los filtros será enviado al separador API. El agua filtrada, dado que en estos momentos va a ser vertida al río pasará por un sistema de enfriamiento “TE- 161/162/163/164, para posteriormente pasar por las piscinas de aspersión y ser vertida al río. Si el agua filtrada va a ser reinyectada no se deberá pasar por los pasos mencionados “Enfriamiento y aspersión”, sino que se deberá enviar hacia un sistema de bombeo para posteriormente ser reinyectada. En esencia el tratamiento del agua producida busca mejorar las características del agua con relación al contenido de sólidos y crudo disuelto, garantizando que durante el tratamiento no se absorberá oxígeno, para asegurar un desempeño confiable de la operación de reinyección del agua en el yacimiento cuando ésta sea requerida. 3. DOCUMENTOS DE REFERENCIA ¾ P&ID’s SOA-ON-0107-DD-PR-005 hoja 1/4. Sistema de tratamiento de crudo, múltiple de entrada. ¾ P&ID’s SOA-ON-0107-DD-PR-005 hoja 2/4. Sistema de tratamiento de crudo y agua, tanques de compensación, bombas de transferencia. ¾ P&ID’s SOA-ON-0107-DD-PR-005 hoja 3/4. STAP Apiay. ¾ P&ID’s SOA-ON-0107-DD-PR-005 hoja 4/4. STAP Apiay ¾ P&ID’s SOA-ON-0107-DD-PR-0009. Sistema de tratamiento de lodos.

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4. FILOSOFÍA DE OPERACIÓN Esta sección describe la filosofía de operación y control de los nuevos equipos (Separador SE-115, CPI’s 161/162/163/164, F-161/162/163/164, TE-161/162/163/164) asociados al Sistema de Tratamiento de Agua Producida – STAP Apiay bajo el esquema de proceso y operación. La sección está estructurada de manera que se tenga una secuencia lógica en el desarrollo de las ideas, a forma de tener una concepción clara de cómo están configurados los sistemas en el momento de operar el STAP. Se incluyen los siguientes tópicos: ¾ Descripción de la función de los lazos de control de proceso de cada uno de los equipos que componen el STAP. ¾ Descripción de las señales de monitoreo que se han dispuesto y que sirven como ayuda en la operación y control del STAP, así como en la detección de problemas operacionales. 4.1 Sistema de Tratamiento de Crudo La salida de crudo de cada uno de los separadores tiene su propio múltiple de distribución a tanques (K-101/102/103/104/105/106/107) y la salida de agua de los separadores es transferida a un único múltiple de distribución de tanques (K-103/105/106/107), el agua del separador SE-104 pasa primero por el módulo de enfriamiento de agua antes de ser enviada a los tanques de tratamiento. 4.1.1 Subsistema recibo de carga o de crudo Referirse al P&ID No. P&ID’s SOA-ON-0107-DD-PR-005 hoja 1/4. Sistema de tratamiento de crudo, múltiple de entrada. Actualmente, los crudos que llegan a la Estación Apiay cuentan con tres colectores satélite que son los encargados de recoger el flujo de los pozos cercanos para luego llegar a la estación de recolección Apiay ERA, este sistema de colectores se denomina según su ubicación y proximidad a los pozos y están denominados así: Colector satélite 6 (próximo al pozo Apiay 6), colector satélite 7 (próximo al pozo Apiay 7) y Colector satélite Guatiquia. Este crudo proveniente de los pozos llega a la estación a una temperatura promedio entre 190°F - 210ºF y a una presión de 50 psig, es una mezcla trifásica compuesta de 140000 BWPD de agua, 11000 BOPD y 6700 KPCD de gas. En el manifold de entrada todas las líneas de los pozos cuentan con un dispositivo de protección, que consta de una válvula de seguridad, una medición de temperatura y una medición de presión. El múltiple de entrada se constituye de la siguiente manera:

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Colector auxiliar. Tiene disponibilidad de recibir todos los pozos. Este colector está comunicado con los colectores uno y dos. Adicionalmente, a este colector se interconecta la nueva línea 12”-P-0005-0600 que permite direccionar el flujo hacia el nuevo separador SE-115 y sobre la cual se encuentra los indicadores de presión y temperatura PI-115 y TI-115 que emiten alarma por alta presión y temperatura respectivamente y dan señal al cuarto de control. Colector de prueba. Está constituido por dos segmentos o colectores de prueba uno y dos, que se unen para llegar en una sola línea al múltiple distribuidor de separadores. El flujo pasa al múltiple distribuidor de separadores, donde se puede enviar a cualquier separador. Colector general 1. Recibe los pozos: Apiay Este 1, Apiay 4, Apiay 14, Apiay 21, Apiay 8, Apiay 7 y Apiay 24 (por la misma línea), Apiay 11, Apiay E1, Gaván 4, Apiay 1, Gaván 1, Guatiquia 3H. El flujo transportado por este colector tiene posibilidad, si se desea, de mezclarlo con el flujo del colector dos. La línea del colector uno finaliza en el múltiple distribuidor a separadores, en donde se puede enviar el flujo a cualquier separador. Colector general 2. Recibe los pozos Gaván 2, Condensado de BP, Apiay 16, Guatiquia 5H y Gaván 4 (por la misma línea), Apiay 17, Apiay 12, Apiay 9 y Apiay Este 2 (por la misma línea), Apiay 19, Apiay 18, Apiay 15, Guatiquia 2. Este colector tiene la facilidad de alinearse con el colector auxiliar y con el colector uno. Finalmente el colector dos pasa al múltiple distribuidor de separadores, donde se envía el flujo a cualquier separador. Colector general 4. Este colector puede recibir flujo de veinticinco de las líneas que llegan al manifold; no tienen comunicación con los demás colectores; el flujo pasa directamente al múltiple distribuidor de separadores, donde se puede enviar a cualquier separador existente de acuerdo al esquema de operación.

En este momento, los pozos que entran al colector 1, pasan al separador SE-111, los pozos que entran al colector 2 pasan al separador SE-112 y los pozos que entran al colector 4, pasan al separador SE-104. Y a través de la nueva línea 12”-P-0005-0600 se podrá direccionar el fluido al nuevo separador SE-115. Adicionalmente, a través de la nueva línea 12”-P-0005-0601(Tie-in 2) se puede alinear el flujo directamente hacia el múltiple de distribución de tanques, sin necesidad de pasar por el múltiple de distribución a separadores. 4.1.2 Subsistema de separación, crudo, agua y gas Referirse al P&ID No. P&ID’s SOA-ON-0107-DD-PR-005 hoja 2/4. Etapa de separación. El subsistema de separación, esta compuesto por los separadores SE-111, SE-112, SE-104 y el nuevo separador SE-115, los cuales son trifásicos y son utilizados como separadores de producción general; y el separador SE-103 que es utilizado como separador de prueba. Los separadores de producción general “SE-111, SE-112 y SE-115” separan crudo, agua y gas. El gas fluye por la parte superior hacia la línea del sistema de recolección de gas. El gas tiene la facilidad de ser medido en todos los separadores, para posteriormente se enviado a la planta de

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enfriamiento. En la planta de enfriamiento, se le baja la temperatura al gas con el objetivo de recuperar los condensados antes de ser enviado a la planta de gas Apiay para su compresión y tratamiento. Cada separador maneja una presión en un rango entre 40 y 50 psig que para el nuevo separador SE-115 es monitoreada por el PIT-105 A y controlada por el PIC-105 A que acciona la válvula de control de presión PCV-105 A ubicada sobre la línea de gas 6”-FG-0005-0602, así: cuando la presión aumenta, la válvula de control deberá abrir y cuando la presión disminuye la válvula de control deberá cerrar para mantener la presión. El transmisor de presión da una alarma sonora en la sala de control con facilidad para que sea escuchada en toda la estación, cuando el valor de presión aumenta por encima de los 50 psig con el fin de prevenir al operador acerca del aumento en la presión. En caso de falla en los servicios auxiliares está válvula (PCV-105 A) deberá quedar abierta (FO). Adicionalmente, sobre la línea de gas se tiene un medidor de flujo (FE-105/FT-105) tipo vortex con compensación por presión (PIT -105 B) y temperatura (TIT-105). Cada separador tiene una válvula de seguridad con un set –point en 70 Psi, que para el caso del nuevo separador SE-115 es la PSV-1051. El nivel de crudo y agua del nuevo separador SE-115, es monitoreado por los transmisores de nivel de onda guiada LIT-1052/1051 respectivamente, niveles que tienen alarmas sonoras en la sala de control y facilidad para que estas alarmas sean escuchadas en toda la estación, por alto nivel, bajo y bajo nivel. De tal manera que el control de nivel de crudo y agua en el nuevo separador SE-115, se efectúa con los controladores de nivel LIC-1052 y LIC-1051 que actúan sobre las válvulas de control LCV-1052 A/B y LCV-1051 A/B, las cuales deberán cerrar si se tiene un bajo nivel y abrir en caso de alto nivel. En caso de falla las válvulas LCV-1051 A/B deberá abrir y la LCV-1052 A/B deberá cerrar. El flujo de agua y crudo a la salida del separador será medido con un transmisor ultrasónico FIT-1051/ 1052 respectivamente con alarma sonora en la sala de control por bajo flujo, antes de cada medidor se instalará un filtro tipo canasta. Este filtro tipo canasta en la línea de salida de agua y crudo presenta un diferencial de presión PDI -1051 y PDI-1052 respectivamente, con alarma sonora en la sala de control, por alto diferencial de presión y con facilidad para ser escuchada en toda la estación. El crudo y agua separados, pueden ser alineados a cualquier tanque, a través del múltiple de distribución que los envía a tanques de tratamiento o prueba (TK-103/107/105/106/104), dependiendo de la operación. La salida de crudo del separador SE-103 llega a un múltiple que distribuye hacia el tanque de prueba TK-104 ó el tanque de tratamiento TK-105.

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El agua que sale de todos los separadores puede ser enviada hacia el múltiple de distribución a tanques ó hacia los aeroenfriadores “AE-171 A/B/C” para ser enfriada de 210 a 190ºF y posteriormente ir hacia el múltiple de distribución a tanques. Esta operación se llevará a cabo cuando se este recibiendo los pozos Guatiquia 3H y 4H; teniéndose en el cuarto de control señal de la temperatura y presión a la salida de cada uno de los aeroenfriadores. 4.1.3 Subsistema de tanques de tratamiento “Gun Barrels”, K-105/106 Referirse al P&ID `s No. P&ID’s SOA-ON-0107-DD-PR-005 hoja 2/4. El subsistema de los tanques Gun Barrels está compuesto por un tanque de 5000 Bls y algunas veces antes de entrar el fluido al tanque se cuenta con un tambor o bota de gas (si se tiene). La operación de éstos, consiste en separar el 95.8 % del agua libre de la mezcla del crudo y el 75% del gas que también viene con el crudo, alcanzándose un BS&W igual a 0.5% que es la calidad exigida para ser enviado a almacenamiento. Para la filosofía de operación y como no es parte del alcance de este proyecto se relatará brevemente la operación. En los tanques de tratamiento de crudo TK-105/106, el crudo con pequeñas cantidades de agua y arrastre de gas, entra en forma axial y es conducido hasta el fondo del tanque a través de la tubería. Esta tubería posee unos dispositivos que generan turbulencia a la salida del flujo. El crudo sale por una tubería de rebose ubicada en la parte superior del tanque y luego fluye por gravedad hacia los tanques de almacenamiento K-101 y K-102, con capacidad de 10.000 Bbls c/u, donde se recolecta hasta que se envía a la Estación de Bombeo de Apiay, EBA. El tanque a su entrada presenta un sistema de inyección de químicos rompedores de emulsión inversa y directa, así mismo inyección de antiespumante, la dosificación de estas inyecciones es recomendada por el fabricante del químico, lo cual facilita la separación del crudo. En los tanques Gun Barrels se presentan dos niveles de líquido, uno de crudo y otro de agua, esta interfase es monitoreada y controlada. La salida de agua es controlada mediante el mecanismo de piernas de agua y posteriormente enviada a los separadores de placas corrugadas CPIs -161/162/163/164.

4.2 Sistema de Tratamiento de agua El proceso de tratamiento de agua producida, consta de las siguientes etapas principales: ™ ™ ™ ™ ™ ™

Enfriamiento del agua “aeroenfriadores”, AE-171A/B/C. Recibo del agua producida, Tanques de lavado, TK103/107. Separación primaria, Separadores de placas corrugadas, CPI`s 161/162/163/164. Separación secundaria en el Sistema de flotación. Filtración y entrega del agua filtrada -Área de filtración. Sistema de enfriamiento y aspersión.

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™ Disposición de sólidos generados en los CPIs en el Área de Tanques Espesadores. 4.2.1 Subsistema enfriamiento del agua- aeroenfriadores AE-171 A/B/C Referirse al P&ID `s No. P&ID’s SOA-ON-0107-DD-PR-005 hoja 2/4 En los enfriadores de tiro forzado, el agua pasa a través de un sistema de tubos aleteados, alrededor de estos se hace circular aire mediante ventiladores, lo cual permite la disminución de la temperatura del agua de 210ºF a 190ºF. El sistema diseñado tiene presión de operación entre 30 y 40 psig y capacidad para manejar aproximadamente 140.000 BWPD, está compuesto por seis enfriadores, con capacidad 7.84 MMBTU/h por unidad, cada una con dos ventiladores con motores de 15 HP. El operador debe monitorear la temperatura de salida de cada separador y con base en esta información poner en servicio los enfriadores. Las líneas de salida de los enfriadores se conectan al múltiple de distribución a tanques que permiten direccionar el flujo hacia los tanques de compensación K-103 y K-107. Si se decide no efectuar esta operación, es necesario cerrar las válvulas de entrada a los enfriadores. Si alguno de los enfriadores está fuera de servicio, es necesario enviar parte del agua directamente a los tanques de lavado, cerrando la válvula de entrada al enfriador y abriendo proporcionalmente la válvula que direcciona hacia el múltiple de distribución, de manera que se distribuya uniformemente el flujo. 4.2.2 Subsistema recibo del agua producida (Tanques de lavado, K-103, K-107) Referirse al P&ID No. S0A-ON-0107-DD-PR-0005 Hoja 2/4. El agua producida en los separadores de producción y que pasa por el múltiple de distribución a tanques llega por gravedad al subsistema de los tanques de lavado. Este subsistema está compuesto por el tambor o bota de gas, el tanque de lavado y por una pierna de agua. De tal manera, que las botas de gas, B-103 y B-107 de los tanques de lavado K-103/107 respectivamente, reciben por gravedad, el agua que ha salido de los separadores y ha pasado por el múltiple de distribución y por enfriamiento (si se requiere). En el tambor o bota de gas, trazas de gas (de existir) se separan del líquido para ser enviado al sistema de tratamiento de gas. La operación de este subsistema consiste en separar por diferencia de densidad las trazas de crudo que están presentes en la corriente de agua removiéndose el crudo sobrenadante mediante un rebose para ser enviado al sistema (Tanques K-101/102) y las trazas de gas de llegar a presentarse que aún no se ha separado del crudo se desprenderán en la bota de gas. Los dos tanques de lavado funcionan en paralelo, tienen la misma altura, 30ft y diámetro 70ft.

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A la entrada de los tanques de lavado se esperan presiones entre 10 y 15 psig y temperaturas del orden de 180-190ºF, aproximadamente. Estos tanques de lavado tienen un tiempo de residencia 6.46 horas, suficiente para separar la fase líquida acuosa del crudo presente. Adicionalmente, en estos tanques, la altura de la pierna de agua, determina el espesor de la capa de crudo, regula el nivel de la interfase y el flujo de la corriente de salida de agua. Mientras se completa el tiempo para que las gotas de crudo se separen del agua de producción y asciendan a la capa de crudo, una zona de emulsión sin romper usualmente se presenta entre la altura inferior de la capa de crudo y la altura de agua en el interior del tanque. La altura de la pierna de agua, es variable y se ajusta para regular la cantidad de flujo de salida, en tal forma que principalmente se prevenga alto contenido de crudo en el agua. Si el BSW de la corriente de salida de crudo es alto, se debe disminuir la altura de la pierna de agua, y si el contenido de aceite de la corriente de salida de agua es alto, se debe aumentar la altura de la pierna. El medio empleado para el ajuste de la altura es el uso de anillos removibles, de corta longitud, los cuales se ubican en el extremo superior de la pierna de agua. Como se mencionó anteriormente, el agua sale del tanque a través de la pierna de agua, mientras el crudo por acción de la diferencia de gravedades específicas flota en el agua, ocupa la superficie superior y abandona el tanque por rebose en una tubería ubicada en la parte superior del mismo. Cada tanque de lavado es del tipo techo cónico fijo. Con una capacidad de 20000 Bls, diseñados a presión atmosférica (API 650). Cada tanque tiene facilidades para venteo a la tea de baja presión y puntos de toma muestra. Si la presión en un tanque aumenta por efectos de expansión térmica o por la entrada de líquido, el exceso de gas se ventea a la tea de baja presión mediante la línea de cima del tanque que se interconecta a este sistema. En caso contrario se permite el ingreso de aire para mantener la presión mínima requerida. Cada tanque está equipado con una válvula de presión y vacío. De cada tanque de lavado, el agua con un contenido de aceite y partículas sólidas sustancialmente menor, fluye a través de las piernas de agua por gravedad hacia los separadores de placas corrugadas CPI`s. Los tanques K-103 y K-107 no presentan lazos de control, sino la siguiente instrumentación: transmisores de nivel LT-103/107, suitches por alto, bajo y bajo – bajo nivel, alarmas por alto y bajo nivel, señales que son llevadas a la consola de operaciones. 4.2.3 Subsistema de Placas Corrugadas (CPI`s 161/162/163/164) Referirse al P&ID No. S0A-ON-0107-DD-PR-0005 Hoja 3/4. Los separadores de placas corrugadas, reciben por gravedad el agua de producción que se ha separado en los tanques Gun Barrels (K-105/106) y el agua procedente de los tanques de lavado,

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el volumen estimado es de 140000 BWPD y será tratada en cuatro módulos cuya capacidad es de 50000 BWPD por separador. El cabezal principal es el que sale de los tanques de lavado, a este cabezal se le une el agua retirada de los tanques Gun Barrels, siendo la alimentación de los CPI`s agua contaminada con aceite y lodos o sedimentos. La presión y la temperatura del agua que entra por el cabezal al sistema de CPI`s serán monitoreadas con los transmisores de presión y de temperatura PIT-117 y TIT-117 con alarma por baja presión y alta temperatura respectivamente, señales que son llevadas al cuarto de control de operaciones. Los separadores de placas corrugadas, tienen como función principal la separación del aceite libre y lodos, mediante el proceso de hacer pasar un flujo laminar de agua aceitosa por las partes internas del líquido que son unas láminas corrugadas, que facilitan que el aceite fluya hacia la parte superior del CPI y el lodo se sedimenta en la parte inferior. En la boquilla de entrada de agua el CPI tiene un direccionador de flujo, para asegurar flujo laminar de agua y mantener una velocidad aproximadamente de tres pies por segundo, el cual facilitará la separación. Por la parte superior de los CPI`s, el aceite por rebose llega al compartimiento de aceite, el cual por gravedad llega al sistema de recuperación de aceite y fluye hacia el sumidero de aceite para ser enviado por medio de las bombas P-1650 A/B a los tanques Gun Barrels y por la parte intermedia el agua sube hacia el rebosadero de agua tratada, este rebosadero tiene una platina el cual se puede ajustar para lograr el nivel deseado en el CPI, la salida de agua alimenta por gravedad los tanques de flotación. Durante la operación inicial se debe calibrar el vertedero de la salida de agua para lograr una capa de aceite y así lograr una buena separación del aceite. Los CPIs tienen un transmisor de nivel de aceite con alarma de alto nivel y un transmisor de nivel de agua con alarma de bajo, bajo – bajo nivel y alto – alto nivel, el cual indicará una operación anormal en cualquier sistema de los efluentes. En el fondo de los CPI`s se acumula lodo, el cual por medio de unas bombas de cavidad progresiva es retirado el lodo depositado en la parte inferior de los CPIs, la operación de esta bomba será mediante la acción de un timer (medidor de tiempo) que aproximadamente de 12 a 24 horas accionará la bomba, previó análisis de la operación basados en los registros y reportes de operación del arranque de la bomba de lodos. El operador en su ronda estructurada deberá verificar la presencia de lodos en el fondo del CPI, de tal manera que puede ser inicializada o finalizada temporalmente la acción de las bombas a criterio del operador, cuando por tomamuestra del fondo del CPI indique alta o baja presencia de lodos. En caso de falla de alguna de las bombas de lodos asociados a cada uno de los CPI`s se tiene una bomba auxiliar que está enclavada con la señales de interlock de las otras bombas de lodos, para asegurar que solo trabaje cuando alguna de estas salgan de funcionamiento.

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4.2.4 Subsistema de tanques de flotación - ECOFLOT Referirse al P&ID No. S0A-ON-0107-DD-PR-0005 Hoja 3/4. Los tanques de flotación – ECOFLOT, reciben por gravedad el agua de producción procedente de los tanques de compensación, el volumen estimado es de 140000 BWPD y será tratado en dos tanques cuya capacidad es de 1980 Bls por tanque. El proceso de separación por flotación es diseñado por el Instituto Colombiano del Petróleo – ICP de la Empresa Colombiana de Petróleos – ECP S.A. y esta basado en la inyección de gas utilizando agua como fluido motriz. Las burbujas se adhieren a las partículas contaminantes y forman aglomerados con una densidad aparente menor a la de la fase líquida. La fuerza de empuje generada hace que las partículas suban a la superficie donde pueden ser removidas con facilidad. Las unidades de flotación consisten básicamente en una línea distribuidora de flujo, ubicada en ramales al interior del tanque, con un sistema de boquillas eductoras tipo vénturi en la parte inferior del ramal distribuidor donde ocurre la depresión y aspiración del aire o gas para garantizar la flotación de las partículas de crudo. Para la generación de burbujas, se utilizará el gas de blanketing del tanque, en caso que el agua se vaya a destinar para reinyección, o aire cuando el destino sea vertimiento. El funcionamiento del sistema consiste en recircular parte del agua que está siendo tratada. Se debe utilizar un sistema de bombeo para enviar el fluido a un vénturi, al producirse el cambio de velocidad dentro del vénturi se produce un vacío que induce el gas hacia la salida del mismo, mezclándolo con el agua en forma de finas burbujas. Este corriente puede entonces ser distribuida al interior del tanque por un arreglo estático de tubería y boquillas dispersoras para producir la flotación. Los sistemas de flotación con boquillas eductoras constan de los siguientes elementos: ™ Sistema de distribución de agua a tratamiento, el cual asegura las condiciones fluido dinámicas necesarias para el proceso. ™ Sistema de recirculación y distribución de agua tratada. Estas facilidades internas son utilizadas para llevar el agua recirculada a través de las boquillas las cuales son las encargadas de succionar el gas de blanketing, contenido en el tanque, para convertirlo en burbujas y ayudar a la separación de aceite y sólidos suspendidos en el agua. ™ Facilidades internas para la succión de gas interior del tanque. ™ Boquillas para generación de burbujas. ™ Rebose para facilitar la recolección continua de la fase separada compuesta principalmente por aceite y sólidos suspendidos presentes en la corriente de agua no tratada.

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Adicionalmente, se tendrá un caudal de recirculación de agua clarificada entre 10 -20% del caudal de agua residual que ingresa a cada tanque de flotación, para alcanzar una eficiencia de separación superior al 60%, que corresponde a un flujo de 368 gpm de agua clarificada tomada a la salida del tanque y que va a ser suministrada por una bomba asociada a cada tanque, cuya presión de descarga mínima es de 53 psig y 20 Hp. Este sistema contará con una bomba de respaldo en caso de falla de alguna de las bombas. Las bombas de recirculación tienen un filtro asociado a la succión de la bomba con indicación de presión antes y después del filtro y un indicador - transmisor de presión en la línea de descarga de la bomba con alarma de baja y alta presión El control de estos tanques será: ™ Cada tanque K-108/109 tiene dos transmisores de nivel (LIT-1081/1082 y LIT-1091/1092) respectivamente con alarma al cuarto de control del operador por bajo, bajo- bajo nivel, alto y alto –alto nivel, el cual envía la señal del nivel existente en cada tanque. El primero medidor de nivel envía una señal análoga al cuarto de control que permite controlar el funcionamiento de los variadores de velocidad que tienen cada una de las bombas centrifugas de alimentación a filtros y así mantener el nivel constante de agua en los tanques de flotación. Con el segundo transmisor de nivel se activan las válvulas neumáticas que permiten que el rebose de aceite de los tanques de flotación K-108/109 tenga salida hacia el sumidero con derivación al separador API, está acción se realizará cuando en el transmisor de nivel se active la alarma de alto – alto nivel. La válvula ubicada a la salida del separador API debe estar configurada para falla abierta y la de envío al sumidero con falla cerrada. ™ Para controlar la descarga de las bombas hacia filtros se tiene un variador de velocidad (SIC) en lazo de control con el transmisor de nivel (LIT-1081/1091); de tal manera que la salida del LIT va hacia un LIC que controla el variador de las bombas de alimentación a filtros P-1653 A/B/C. Esta acción permite modificar el flujo de la bomba de acuerdo al nivel del tanque en el sistema de flotación con el fin de mantener constante el proceso. La acción de este variador será tal que cuando se tenga alto nivel (5.8 m) en el tanque este aumenta su velocidad y por ende el flujo de la bomba; y cuando el nivel este bajando (2.25 m) disminuye la velocidad y por ende el flujo de la bomba. ™ El aceite recuperado será enviado por gravedad hacia el sumidero de aguas aceitosas SUMI-1650. En caso de falla de energía eléctrica se tiene una línea de 12” de diámetro en la parte superior del rebose de crudo que permite enviar el flujo por gravedad hacia el separador API y en caso de falla de alguna de las bombas de alimentación a filtros se tiene una bomba auxiliar que actuará por medio de un selector.

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4.2.5 Subsistema de filtración Referirse al P&ID No. S0A-ON-0107-DD-PR-0005 Hoja 4/4. El agua ingresa a los filtros de “Cáscara de Nuez” a una presión entre 50- 60 psig. El equipo de filtración consta de cuatro filtros, tres en operación y uno en stand by operando en paralelo, con capacidad de 50000 BWPD por filtro, para una capacidad total instalada de filtración 200000 BWPD. El medio filtrante consiste de un lecho del tipo “Cáscara de Nuez”, material adecuado para retener el crudo y partículas sólidas presentes. A medida que se acumula el crudo y las partículas sólidas en el lecho filtrante, aumenta la caída de presión a través del mismo. Cuando se alcanza un valor de caída de presión entre 17 – 20 psig, el filtro sale de servicio y se limpia mediante retrolavado. La secuencia de limpieza se ejecuta cada cierto período ajustable de tiempo o de acuerdo con la señal de alta presión diferencial, o manualmente por decisión del operador. El agua para realizar el retrolavado es la misma agua de proceso a tratar. La limpieza se efectúa virtiendo el flujo a través de la unidad para remover y desplazar los sólidos y las trazas de crudo acumuladas. Esta acción expande el medio filtrante, limpiándolo por acción hidráulica y fricción entre partículas. La estrategia de control para los equipos que componen este subsistema es el siguiente: ™ Bombas de alimentación a filtros. Cada bomba de velocidad variable será manejada por un motor eléctrico y éste tendrá dos maneras de operar: La primera tendrá operación de arranque y parada local, definida por la posición del selector en “L” y la segunda tendrá operación de arranque y parada remota, definida por la posición del selector en “R”. El punto central del selector o posición “O”, podrá usarse para inhibir cualquier modo de operación. Cada motor de las bombas tendrá indicación de STATUS, en el despliegue local y en el principal, así como alarma por falla del motor. Dado que las bombas P- 1653 A/B/C de velocidad variable tienen un selector local –ORemoto, el operador podrá enviar un comando de encendido/apagado de cada una de estas, siempre que dicho selector se encuentre en la posición de accionamiento remoto. Las bombas P-1653 A/B/C de alimentación a filtros tienen en su línea de succión un filtro tipo canasta con su respectiva medición de presión diferencial (PDI-1653 A/B/C) y en su línea de descarga un transmisor de presión (PIT-1653 A/ B/C) con señal al cuarto de control.

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™ Filtros. Esta filosofía de operación y control deberá ser entregada por el suministrador y/o vendedor del equipo; por lo tanto a continuación se realiza una breve descripción de la operación de estos equipos: Los lazos de control de estos equipos operan automáticamente para asegurar, en primer lugar una calidad de agua dentro del rango de especificaciones en cuanto a sólidos suspendidos, grasas y aceites la cual se transfiere al sistema de inyección y vertimiento; y en segundo lugar que el sistema de filtración se encuentre siempre en condiciones adecuadas de limpieza e integridad del lecho filtrante, el cual se lava y regenera, enviando los residuos y desechos al proceso de disposición correspondiente. El agua de los tanques de flotación, se transfiere desde estos al sistema de filtros, de 50000 BWPD de capacidad, mediante un cabezal común, que distribuye en cuatro ramales uno por cada filtro y sobre los cuales se encuentra un medidor de flujo que sensa el flujo a través de cada línea. El objetivo en este sistema es lograr mantener un flujo constante de agua a través del mismo, de manera que se logre un filtrado continúo y al mismo tiempo, garantizar la limpieza e integridad del lecho filtrante en cada filtro. La filtración a través de un comando dado por el operador, ya sea en la consola de operación, del tablero local de cada sistema de filtración, se coloca el filtro seleccionado en modo “filtración”. Este comando hace que se abra inmediatamente la válvula de entrada de agua a filtrar correspondiente a cada filtro seleccionado y se ponga en funcionamiento el lazo de control de flujo respectivo. El flujo de agua a filtración será controlado automáticamente mediante el siguiente lazo: 9 Control de flujo. El control de flujo involucra un medidor de flujo ultrasónico FIT–161/162/163/164 asociado a cada uno de los filtros F-161/162/163/164 respectivamente, controlada mediante el PLC. Esta acción permite asegurar que el sistema de filtración distribuye el caudal total y de manera uniforme entre cada uno de los filtros en operación. El funcionamiento del lazo es como sigue: El transmisor de flujo FIT-161/162/163/164 detecta el flujo y emite una señal entre 4 y 20 mA, la cual se lleva a un controlador FIC-161 A/ 162 A/ 163 A/ 164 A, configurado en el PLC local de cada planta. En este controlador se programa un punto de control, manipulable por el operador, entre 0 y 50000 BWPD. La señal de salida del controlador se

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lleva hacia el posicionador de la válvula de entrada de agua a filtración SV-161 A/ 162 A/ 163 A/ 164 A, la cual modulará su apertura hasta encontrar su punto de control asignado por el operador de acuerdo con el flujo de entrada esperado, el cual deberá ser igual para cada filtro que se encuentre en operación. Si el flujo a través del filtro disminuye, la válvula de control se cerrará gradualmente hasta su cierre total si no hay flujo suficiente, o abrirá gradualmente hasta alcanzar el punto de control o al 100%, si el punto de control esta fijado en 50000 BWPD. ™ Limpieza de filtros. A través de un comando del operador, ya sea en la consola de operación en la sala de control o en la pantalla de operación del tablero local de cada sistema de filtración, se coloca el filtro seleccionado en modo “Retrolavado”. Este comando hace que se abra inmediatamente la válvula de entrada de agua para retrolavado SV-161 C/ 162 C / 163 C/164 C, se cierra la válvula de entrada de agua a filtrar SV-161 A/ 162 A/ 163 A/ 164 A , se cierra la válvula de agua filtrada SV-161 B/162B/ 163B/164 B y se abre la válvula de agua de retrolavado de filtros SV-161D/162D/163D/164D que direcciona el flujo hacia los tanques de lavado y se inicia el ciclo de limpieza del filtro respectivo. 9 Ciclo de retrolavado. El ciclo de retrolavado manejará las salidas temporizadas con señales digitales emitidas por el PLC local, a las siguientes válvulas: • • • •

SV-161 A/162 B/ 162 C/ 162 D, para el filtro F-161. SV-162 A/ 162 B/ 162 C/ 162 D, para el filtro F-162. SV-163 A/ 163 B/ 163 C/ 163 D, para el filtro F-163. SV-164 A/ 164 B/ 164 C/ 164 D, para el filtro F-164.

El ciclo de retrolavado de un filtro se activa por una de las siguientes razones, programadas y disponibles en el sistema de control: • • •

Por finalización del ciclo de filtración. Por alta presión diferencial a través del filtro. Manual, comando de operador en cualquier momento.

En el primer caso, se programa el PLC local con un temporizador para el ciclo de filtración, el cual se determina por criterio del operador. La lógica asociada a este ciclo se programa de tal manera que al cumplirse el tiempo dado para el ciclo de filtración, se inicia automáticamente el ciclo de retrolavado. En este caso, dicha lógica se debe verificar que no hay otro filtro en retrolavado.

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En el segundo caso, un transmisor diferencial de presión PDIT –161/162/163/164 conectado entre la entrada al filtro (alta) y su respectiva salida (baja), dará indicación del valor de presión diferencial y alarma por alta presión diferencial PDAH-161/162/163/164. La lógica en este caso se programa de tal manera que al reconocer el valor de alta presión diferencial finaliza la etapa de filtración y dará inicio al ciclo de retrolavado programado en el PLC local. También en este caso, dicha lógica debe verificar que no hay otro filtro en retrolavado. En el tercer caso, el operador verifica las condiciones de filtración, calidad del agua de salida y condiciones del sistema de tratamiento y disposición del agua de retrolavado y ejecuta el comando de inicio del ciclo de retrolavado, manualmente desde la consola de operación. La lógica del ciclo de retrolavado, para cada filtro, se programa de acuerdo con los tiempos de secuencia, dados por el suministrador del equipo. Los tiempos que allí aparecen son modificables mediante entrada al nivel de supervisor en el menú de la pantalla de operación local. Adicionalmente, se tiene un analizador de concentración de grasas y aceites en línea de salida de agua filtrada AT-161/162/163/164 correspondiente a los filtros F-161/162/163/164 que mide el nivel de grasas y aceites; y permitirá al operador tomar acción ante un alto nivel de estas variables y proceder a desviar el flujo hacia el separador API ó iniciar el ciclo de retrolavado. Para enviar el flujo hacia el separador API se deberán abrir las válvulas SV-161 E/162 E/163 E/164 E.

4.2.6 Subsistema de enfriamiento: Torres enfriadoras “TE-161/162/163/164” y Piscinas de Aspersión Referirse al P&ID No. S0A-ON-0107-DD-PR-0005 Hoja 4/4. ™ Torres enfriadoras. Después de pasar el agua por el sistema de filtración se une en un solo cabezal que permite distribuir el agua al sistema de enfriamiento, el cual consiste de cuatro torres de enfriamiento atmosféricas, en las cuales se absorbe y retira calor. El agua entra por la parte superior de las torres y se distribuye a lo largo de ellas en forma de lluvia. La temperatura disminuye debido a que estas torres tienen en su parte superior ventiladores que toman aire del ambiente el cual se mezcla con el agua produciendo evaporación. Cada torre tiene capacidad para enfriar 50.000 BWPD desde una temperatura de 190 ºF a 90 ºF, siendo la temperatura de entrada medida por los TIT-161A/162A/163A/164 A y la de salida por los TIT- 161B/162B/163B/164B asociados a las torres enfriadoras TE-161/162/163/164.

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En el ventilador ubicado en la parte superior de las torres se instalará un switch por alta vibración que tendrá un reset en el piso de las torres para facilitar su operación. Si la operación de la estación incluye la reinyección, entonces se bypasearán las torres de enfriamiento de acuerdo al requerimiento de la operación. Si no se efectúa reinyección, entonces, tres estarían en operación manejando en total un caudal de 140.000 BWPD. ™ Aspersión. Después de efectuado el paso anterior, el agua que sale de las torres enfriadores pasa a un sistema de aspersión en tres pasos, que opera a presión atmosférica, en el cual el contacto directo del agua con el ambiente, permite que disminuya la temperatura de la corriente y a su vez se eliminen los fenoles que esta contiene. Cada piscina de aspersión tiene un foso de bombas de agua de aspersión, la cual tiene transmisores e indicadores de nivel, los cuales mediante un interlock da los permisivos para poner en servicio estas bombas y sacarlas de servicio por bajo nivel, en el foso de bombas y protegerlas por bajo nivel. Entre las piscinas hay un canal de bypass, para ser utilizado por el operador cuando las temperaturas y la cantidad de fenoles cumplan con la norma ambiental de 90ºF y < de 0.002 ppm de fenoles. 4.2.7 Subsistema piscina de estabilización. El agua tratada, enfriada y despojada de material orgánico, es recibida en una piscina de estabilización donde las anormalidades del proceso puedan ser corregidas antes del vertimiento de dichas aguas. El agua salida de la piscina de estabilización por medio de los canales llega a la cámara de aquietamiento, donde están instaladas las bombas de vertimiento de agua, las cuales envían el agua hacia el río. 4.2.8 Vertimiento al río Las etapas del proceso, aseguran que el agua producida por la extracción de crudo cumple con la reglamentación vigente relacionada con el vertimiento. Este se realiza mediante la operación de bombas en paralelo, que permiten mediante una línea de 16”, que recorre 4150 metros de longitud, hacer la descarga de agua en un punto del río. Sobre la línea de 16” de diámetro se tendrá un indicador – transmisor de temperatura TIT-119, con alarma por alta temperatura y señal al cuarto de control.

4.3 Tratamiento de gases El gas sale por la parte superior de los separadores trifásicos por una línea de descarga de 6” de diámetro que se une a la línea principal de 10” de diámetro la cual recolecta el gas que va a ser

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enviado a la planta de enfriamiento de gas. A los gases se les disminuye la temperatura mediante convección forzada por aire de ventiladores, posteriormente se envía a los separadores SE-151 y SE-152, en donde se recuperan condensados (que luego son adicionados al crudo en la Estación de Bombeo de Apiay, EBA), agua (que se envía al separador API-1) y gas que se envía a la Planta de Gas Apiay para someterlo a compresión en tres etapas y luego a un proceso para separar sus componentes y comercializarlos. Para implementar el sistema de flotación en los tanques, es necesario tomar una línea de gas mediante un tie-in desde la línea de gas de producción, con el propósito de distribuir el gas necesario para mantener el blanketing en el tanque y para la alimentación al tanque. La descarga de gas por sobre presión se lleva a la línea general que lleva el gas hacia la línea de baja presión que va al sistema de TEA. 4.4 Tratamiento de Lodos El principal objetivo de este sistema es garantizar la separación eficiente sólido – líquido del lodo de los CPI´s producido cada 12-24 horas, en los tanques decantadores y la transferencia del agua clarificada hacia el separador de aguas aceitosas - API; así como la transferencia de sólidos decantados hacia el sistema de lechos de secado para su disposición final. Para el logro de estos objetivos, se programan los lazos de control y monitoreo que se describen a continuación: ™ Separador de placas corrugadas – CPI`s. Los lodos producidos en un día son conducidos por gravedad por una tubería de 3” hasta las bombas de lodos, las cuales son las encargadas de bombear el fluido por una tubería de 3” pulgadas de diámetro que se interconecta a un cabezal de 3” de diámetro que llega hasta los espesadores. El lodo se distribuye a través de un distribuidor tipo embudo invertido, ubicado en la parte central superior del espesador. El sistema de bombeo está diseñado para que arranque la bomba en automático cada 24 horas, aunque está operación deberá ajustarse a las condiciones operacionales del campo. Es necesario verificar que la bomba arranque cuando se tenga un nivel requerido. ™ Tanques decantadores. El objetivo de estos tanques es lograr mantener un volumen de agua residual durante el tiempo programado, de manera que se logre una separación del líquido y los sólidos decantables. Se tienen dos tanques decantadores de tipo techo fijo con capacidad de 75 Barriles, diseñado a presión atmosférica y su operación será trabajando uno a la vez, por lo tanto el operador deberá alinear de entrada del sedimentador que va a operar. Los sólidos se precipitan al fondo del cono y el sobrenadante clarificado más aceite, ascienden por la parte exterior del embudo y es recolectado por rebose en una canal perimetral ubicado en la parte superior del espesador. El sobrenadante retorna por gravedad y se envía en línea de 4” de diámetro hacia el separador de aguas aceitosas – API.

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El lodo del fondo del espesador sale por gravedad hacia los lechos de secado por una tubería de 4” de diámetro, y su flujo es controlado por una válvula. Dado que el lodo no pueda fluir se tiene una facilidad para lavado con agua filtrada en línea de 2” de diámetro asociada a la línea de salida de cada espesador para que el operador manipule la válvula de agua y se agite el lodo presente en el espesador y en la línea. En los lechos de secado el lodo es distribuido en cada extremo del lecho para lo cual el operador deberá manipular las válvulas de mariposa que se encuentran a la entrada de cada lecho. Esta operación se hace de forma manual y visual de tal manera que se logre una buena distribución del lodo en el lecho. Cada chorro cae sobre una placa de concreto para lograr una distribución uniforme sobre la capa de arena. El lixiviado que pasa a través de la capa de arena es recolectado por una tubería de 6” de diámetro y se envía hacia el separador de aguas aceitosas API. Debido, a que el sistema de bombeo y sedimentación trabaja en automático el operador solo deberá verificar el nivel de espesamiento de lodos; para ello es necesario chequear los testigos o toma muestras diseñado para tal fin de la siguiente manera: Cuando se arranca el proceso, el sedimentador irá alcanzando día a día un nivel de lodos; para ello es necesario monitorear turno a turno el nivel de lodos y cuando aparezca nivel al drenar el cuarto testigo. En este caso se tomará una muestra para montar la prueba de sedimentación en cono Info. De 1000 ml, dejando sedimentar durante cuatro horas. Si la sedimentación es superior al 50% se considera que ya se puede hacer el retiro del lodo espesado hacia el lecho de secado. Para lo anterior se procederá de la siguiente forma: 9 Verificar que el lodo efectivamente este saliendo por el cuarto testigo. 9 Verificar que el espesador tenga un mínimo de sedimentación (quietud) de 4 horas después del último retiro de lodos. 9 Verificar la disponibilidad de un lecho de secado para recibir los lodos. 9 Preferiblemente se deben retirar los lodos en un día soleado, evite el retiro de lodos en días lluviosos. 9 Verificar que la válvula de mariposa que permiten verter al lecho esté abierta. 9 Abrir lentamente la válvula de salida del fondo del espesador que desee drenar. 9 Alineado el sistema, ir verificando el flujo de lodos hacia el lecho y posteriormente abrir la válvula que permite verter al extremo del lecho. 9 Verificar constantemente el drenaje de lodo sobre los lechos, en ningún caso debe sobrepasar 15 cms de espesor medidos desde el fondo del lecho. 9 Durante la operación de drenaje, el operador debe ubicarse en el espesador para monitorear la presencia de agua por el tercer testigo.

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Archivo: SOA-ON-0107-CG-PR-0003-R0

Cuando el agua clarificada aparezca en este testigo cierre inmediatamente la válvula de salida de lodos y después abra la válvula de entrada de agua procedente de los filtros para realizar un lavado de la línea. Esta operación no debe durar más de un minuto. ™ Evacuación del agua clarificada. Una vez terminado la evacuación de lodos, se dará comienzo al ciclo de evacuación de aguas residuales, abriendo la válvula que alinea el agua hacia el sumidero de aguas aceitosas. ™ Lechos de secado de lodos. Una vez el lecho de secado tenga un volumen adecuado de lodos, se indicará el proceso de deshidratación de los mismos; para ello el agua contenida en los lodos se filtrará a través de las diferentes capas de filtración que conforman la cama de secado. Los lixiviados son conducidos hacia el sumidero. Después de tres días de haberse presentado el drenaje los lodos deben presentar un aspecto gelatinoso, lo cual evidencia un avanzado proceso de deshidratación. Al cabo de cinco días, está matriz gelatinosa empieza a fracturarse. Lo anterior indica que el retiro de lodos puede efectuarse. ™ Retiro de lodos. El sistema de los lechos de secado está diseñado para que el retiro de los lodos deshidratados se realice en forma manual. Para ello se deberá contratar el retiro de los lodos de los lechos y transporte a la zona de biorremediación en donde serán sometidos a un proceso de degradación biológica. Lo anterior se realizará una vez el proceso lo requiera.