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• ROQUE MUNOZ LOPEZ

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PLANTA DE INYECCION DE AGUA DEL CAMPO SAN FRANCISCO

CLAUDIA CONSTANZA SANTOFIMIO GLORIA CAROLINA PEREZ CAMACHO

UNIVRESIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE PETROLEOS NEIVA 2003

PLANTA DE INYECCION DE AGUA DEL CAMPO SAN FRANCISCO

CLAUDIA CONSTANZA SANTOFIMIO Cod. 1999101244 GLORIA CAROLINA PEREZ CAMACHO Cod. 1999100836

Trabajo presentado a: Ing. Ervin Aranda Aranda UNIVRESIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE PETROLEOS NEIVA 2003

INTRODUCCION

Este trabajo contiene el proceso del sistema de inyección de agua del campo San Francisco implantado por Hocol S.A. como mecanismo de recobro mejorado. El agua a inyectar es obtenida de dos suministros: un suministro es el de los pozos Babillas (1,2) y los pozos arenas(2,3,4,5 y 6) los cuales aportan agua dulce (6000 BPD), estos pozos se encuentran en el campo de ECOPETROL, cerca de Cebú 2,por lo tanto se tiene una estación booster con el fin de impulsar el agua hasta la planta de inyección debido a la gran distancia y así tener la presión necesaria para bombear; en este momento los niveles son tan altos que a veces no se requiere prender los pozos productores, ya que las baterías Monal y Satélite mandan suficiente agua a la planta de inyección; el otro suministro es el agua asociada al crudo del campo recolectada en las baterías ya mencionadas, Monal y Satélite, las cuales van directamente a la planta de inyección con el fin de acondicionarlas y optimizarlas mediante tratamientos químicos y así evitar complicaciones que se puedan presentar. Para de esta forma inyectar un promedio de 144000 BWPD.

En la planta de inyección de agua de Hocol S.A. que abastece el campo San Francisco, se tiene el sistema cerrado de Gas Blanket, sistema en el cual una capa de hidrocarburo gaseosa previamente deshidratado, endulzado y sin condesados es puesto en la parte superior de los tanques de almacenamiento con el fin de evitar que el agua previamente tratada se ponga en contacto con el aire del ambiente y se contamine nuevamente con oxigeno. Un sistema cerrado requiere generalmente menos tratamiento y menos costos de operación porque la utilización de equipos es mínima y la corrosión por oxigeno es mejor controlada. Un sistema cerrado generalmente consta de tanques de almacenamiento de agua, tuberías de los tanques de almacenemieto a los equipos clarificadores y filtración, tanques de almacenamiento de agua tratada, bombas de transferencia a los tanques de las baterías de inyección y líneas que distribuyen el agua a los diferentes pozos inyectores. Se colocan medidores de flujo en las cabezas de los pozos para medir los flujos de inyección a cada pozo. Es de considerar que el agua dulce no es tratada químicamente de manera rigurosa, puesto según las características litológicas de la formación productora demuestra que la

composición y concentración de las sales disueltas es aceptable y compatible con las del yacimiento, luego el agua sale de la planta de inyección hacia los pozos inyectores ( hay un total de 37 pozos inyectores), mediante una red de tipo espina de pescado que rodea toda la estructura en forma periférica sobre el contacto agua-aceite, generando así una producción de crudo total de 18000 BOPD .

Finalmente el hidrocarburo liquido producido es bombeado al oleoducto, el agua es nuevamente tratada y reinyectada, y el gas se vende a Neiva y Gualanday, un volumen determinado de éste es utilizado para producir energía eléctrica en la planta de inyección de agua y otro volumen de gas es utilizado para realizar la limpieza de los filtros por retrolavado y optimizar el mecanismo de gas BLANKET en los tanques de inyección de inyección de agua para evitar que este se contamine con el oxigeno del ambiente.

1. OBJETIVOS  Conocer el sistema general de inyección de agua del campo San Francisco.  Identificar el origen y las características de las fuentes de suministro de agua que abastecen la planta de inyección, así como los tratamientos y procesos a los cuales se someten con el fin de cumplir los requisitos necesarios para ser inyectada a los pozos.  Conocer las características de los equipos del proceso de inyección de agua del campo San Francisco.

2. CARACTERISTICAS DE LAS FUENTES DE SUMINISTRO En el campo San Francisco el agua utilizada como suministro en el proceso de inyección de agua tiene dos tipos de procedencia: aguas subterráneas y agua separada de los tanques de almacenamiento.

2.1. AGUAS SUBTERRANEAS En las aguas subterráneas se cuenta con un acuífero de gran importancia en la región formado principalmente por un paquete grueso de conglomerado en matriz arena arcillosa de aproximadamente 100m de espesor, de éste se captan los pozos de agua subterránea Arenas (1, 2, 3,4 y 5) perteneciente al miembro inferior de la formación Gigante (Tgi). Por otro lado existe un acuífero confinado de buena transmisividad y buena recarga debido a precipitaciones en sectores aflorantes, de este acuífero de captan los pozos de agua subterráneas Babillas (1 y 2) del miembro inferior de la formación Honda (thi).

2.2 BATERIAS 2.2.1 BATERIA EL MONAL

DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA BATERIA BATERIA MONAL UNIDAD DESHIDRATADORA DE GAS 7.0 MMSCFD

GAS CONSUMO TEA

ENTRADA DE GAS DESCARGA VAL. SEG.

2 COMPRESORES AJAX DP-360 1.6 MMSCFD C/U

DESCARGA GAS

1 SEP. BIFASICO PRUEBAS (ANTES TRATAD. ELECT.) 32.000 BPD - 1.5 MMSCFD

1 TAMBOR DE TEA KNOCK-OUT DRUM 68 BLS

4 SEP. BIFA. PROD. 20.000 BPD 3.5 MMSCFD 2 BOMBAS TAMBOR DE TEA 70 GPM

1 SEP. BIFAS. PRUEBAS 5.000 BPD 1 MMSCFD MANIFOLD 4 COLECTORES Ø 8” (3 DE PRODUCC. Y 1 DE PRUEBAS) PARA 50 POZOS 47 EN SERVICIO 3 DISPONIBLES

TRAMPA LANZADORA

1 TANQUE CABEZA AGUA DE PRODUCC. 3.000 B LS

2 GUN BARREL x 60.000 BPD CAP. VOLUM 2 x 20.000 BLS 2 BOTAS DE GAS DE 5 MMSCFD

SKIMMERS 2.500 BLS

A PIA

3 BOMBAS DE AGUA DE PRODUCC. 34.000 BWPD

1 TANQUE ALMACENAMIENT. CABEZA DE BOMBAS DE TRANSFERENCIA DE CRUDO 20.000 BLS

UNIDAD LACT 68550 BPD 3 BRAZOS

2 BOMBAS DE TRANSF. DE CRUDO 25.000 BLS C/U - MOTOR ELECT. (1)75/(2)125 HP

TANQUE DE PRUEBAS 3.000 BLS

Manejo: 84.347 BLPD, Agua: 74.034, Crudo: 9.134, Gas: 3.6 MMSCFD

RECOLECCION DE AGUAS ACEITOSAS

GAS CONSUMO TURBINAS

2 BOMBAS DE RECIRCULACION A POZOS 10.320 BPD C/U - MOTOR ELECT. 48 HP

2 BOMBAS DE RETORNO DE NATAS 1.300 BPD C/U - MOTOR ELECT. 18 HP

A E S TAC IO N TEN AYØ 1 0-3/4”

SCRUBBER 10 MMSCFD

2.2.2BATERIA SATELITE

DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA BATERIA BATERIA SATELITE

SCRUBBER 10 MMSCFD GAS CONSUMO

GAS A MONAL Ø 6” TRAMPA LANZADORA

ENTRADA DE GAS

TEA

DESCARGA VAL. SEG. DESCARGA GAS

3 COMPRESORES AJAX DP-360 1.6 MMSCFD C/U

3 SEP. BIFA. PROD. 20.000 BPD 15 MMSCFD 2 BOMBAS TAMBOR DE TEA 70 GPM MOTOR ELECT. 15 HP 1 SEP. BIFAS. PRUEBAS 5.000 BPD 4.5 MMSCFD

2 TRATADORES ELECTROSTATICOS 15.000 BPD - 1.5 MMSCFD

2 GUN BARREL 30.000 BPD C/U. CAP. VOLUM. 10.000 BLS C/U BOTA DE GAS 2.5 MMSCFD

SKIMMERS 2.500 BLS

TRAMPA LANZADORA

1 TANQUE CABEZA AGUA DE PRODUCC. 3.000 BLS

1 TANQUE DE ALMACENAMIENT. CABEZA DE BOMBAS DE TRANSF. DE CRUDO 10.000 BLS

A PIA

4 BOMBAS DE AGUA DE PRODUCC. 30.000 BWPD C/U

2 BOMBAS DE TRANSF. DE CRUDO 25.000 BLS C/U - MOTOR ELECT. 75/125 HP

TANQUE DE PRUEBAS 3.000 BLS 2 BOMBAS DE RECIRCULACION A POZOS 10.320 BPD C/U - MOTOR ELECT. 48 HP

Manejo: 53.565 BPD, Agua: 41.434, Crudo: 12.731, Gas: 2.1 MMSCFD

RECOLECCION DE AGUAS ACEITOSAS

A SF-60, SF-150 GAS LIFT A SF-48 INY. GAS

1 TAMBOR DE TEA KNOCK-OUT DRUM 63 BLS - 1.3 MMSCFD

MANIFOLD 4 COLECTORES Ø 8” (3 DE PRODUCC. Y 1 DE PRUEBAS) PARA 50 POZOS 45 EN SERVICIO 5 DISPONIBLES

A MONAL - TENAY Ø 10-3/4”

2 BOMBAS DE RETORNO DE NATAS 1.300 BPD C/U - MOTOR ELECT. 18 HP

3. TRATAMIENTO EN LA PLANTA DE INYECCION DE AGUA Antes de que el agua sea inyectada en sistemas de recuperación secundaria debe ser tratada, con el fin de evitar taponamiento de la formación, tuberías y equipos; igualmente se trata de eliminar o controlar la corrosión de las tuberías y equipos de superficie y de subsuelo. El tratamiento en el Campo San Francisco involucra la reducción o eliminación del contenido de sólidos suspendidos, aceite que está presente en 25 – 40 ppm y se busca reducirlo por debajo de 5 ppm, organismos vivos (bacterias y otros organismos), gases disueltos y estabilización del agua para evitar incrustaciones, etc. Este objetivo se logra mediante la utilización conjunta de equipos mecánicos, tales como filtros y desaereadores y aditivos químicos: clarificadores, inhibidores de incrustación, inhibidores de corrosión, polímeros y bactericidas. El éxito del sistema de tratamiento de agua de inyección depende principalmente del cuidado que se tenga en el seguimiento y control continuo de la calidad de agua a lo largo del sistema desde la fuente proveedora de agua hasta los pozos inyectores.

3.1 CONTROL DE LA CALIDAD DE AGUA DE INYECCIÓN APLICADOS POR LA EMPRESA HOCOL S.A. EN LA PLANTA DE INYECCIÓN QUE OPERA EN EL CAMPO SAN FRANCISCO El control se hace desde la fuente de suministro de agua hasta los pozos inyectores. 3.1CONTROL DE CORROSION: ¤ Hierro (Fe): Si se observa un aumento en la concentración de hierro a lo largo del sistema de, es un indicativo de que se esta produciendo corrosión. ¤ Medición de la velocidad de corrosión: Cualquier aumento de la velocidad de corrosión a lo largo del sistema puede indicar contaminación por oxigeno o presencia de ácido sulfhídrico, producido por colonias de bacterias sulfato-reductoras. ¤ Medidas de la concentración de oxigeno: Debe hacerse a lo largo del sistema y sirve para determinar el punto por donde esta entrando oxigeno. Para optimizar la eficiencia de las torres desaereadoras se debe controlar el contenido de oxigeno en el agua de entrada y salida.

3.2CONTROL DE FORMACION DE INCRUSTRACIONES ¤ La disminución de concentración de calcio, bicarbonatos o carbonatos indica que se están formando incrustaciones a lo largo el sistema a menos que haya cambiado el PH. ¤ Hierro: una disminución e contenido de hierro a lo largo del sistema indica su deposición en algunos puntos de sistema. ¤ Sulfato: una disminución indica deposición de sulfato de calcio y/o sulfato de bario. ¤ La tendencia del agua a producir incrustaciones debe ser determinada mediante análisis a lo largo del sistema para determinar áreas de posible problema.

3.3CONTROL DE SOLIDOS SUSPENDIDOS ¤ Un aumento en contenido de sólidos suspendidos nos indica corrosión o actividad bacteriana. ¤ Los sólidos suspendidos deben ser analizados para determinar la naturaleza del problema.

¤ Una disminución del contenido de sólidos suspendidos indica depositación.

4. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA La planta de tratamiento de agua esta ubicada en el área administrativa en cercanías a las baterías de producción El Monal. Esta planta trata las aguas aceitosas obtenidas en la batería el Monal y Satélite y proporciona al sistema inyector estas aguas tratadas más el agua dulce obtenida de pozos de agua. DICHA PLANTA ESTA DIVIDIDA EN 5 AREAS ■ AREA 1: Desnatadores (3) ■ AREA 2: Bombas de retrolavado (7) ■ AREA 2B: Tanques y bombas de filtración (8 Bombas de filtración) ■ AREA 3: Trenes de filtración (4 trenes, en total 13 filtros) ■ AREA 4: Tanques y bombas de inyección de agua (10 bombas de inyección) ■ AREA 5: Decantadores y lechos de lavado (4 decantadores)

Tanque auxiliar Tanques de químico. A continuación, se describen brevemente los procesos realizados en la planta de inyección de agua:  SISTEMA DE SUMINISTRO DE AGUA EXTERNA: Transfiere agua desde la estación Booster hasta la planta de inyección a través de una línea de 10” de diámetro. El control de la presión de la línea de suministro se realiza mediante válvula controladora de presión de 6” PCV 300 (Back Pressure Valve). 

BOMBEO DE AGUA DE PRODUCCION O DE PROCESO

De dos tanques de almacenamiento ubicados en las baterías Monal y Satélite respectivamente, se bombea agua asociada hasta la planta. Para tal fin se tienen tres bombas de transferencia en Monal y dos en Satélite. El agua de satélite es conducida por una línea de 8” a la cual se conecta la descarga del sistema de Monal. La línea de entrada a la planta tiene un Bypass con dos válvulas manuales de bola de 8” de diámetro. Esta agua de producción entra a los tanques desnatadores TD 301, TD 302 y TD 303.

 DESNATACION: En esta área se lleva a cabo el proceso de separación de la película superficial de crudo del agua de las baterías provenientes del agua de producción. Dicho proceso se realiza dentro de los tanques desnatadores TD 301, TD 302 y 303. El agua desnatada sale de los tanques a través de piernas de agua encargadas de controlar el nivel de los tanques, y pasa al tanque de almacenamiento TF 301 para ser filtrada. El crudo sale al tanque de sumidero TS 301 ubicado a un nivel inferior de los tanques desnatadores. Los tanques desnatadores tienen colchón de gas. El gas se regula con las válvulas PRV 301 y PRV 302, las cuales permiten o no la entrada de gas a los tanques. Para protección, cada uno de estos cuenta con una válvula de presión y vacío. La presión de la línea de gas a la entrada de la planta está regulada por la válvula PRV 300.

 TRANSFERENCIA DE CRUDO El crudo separado del agua en los tanques desnatadores es almacenado temporalmente en el tanque sumidero TS 301 y posteriormente bombeado a la batería de producción el Monal,

usando el sistema de bombeo dispuesto para tal fin. Este sistema de bombeo consta de una bomba BC 301 con sus respectivas válvulas y la tubería de transferencia que va hasta el Monal. 

FILTRACION COALESCENTE

La filtración tiene como objetivo primordial la remoción de aceites y sólidos suspendidos del agua asociada. Este proceso se realiza mediante filtros de tipo a presión constante, mediante un medio filtrante compuesto por arena-antracita. El afluente almacenado en el tanque TF 301 se inyecta a los trenes de filtración, a través de líneas de 8” con una presión de 3 psi mediante las bombas BF 301/308, que descargan dicho afluente a una presión de 20 psi, en líneas de 6”, cada bomba tiene un caudal normal y máximo unitario de 25000 BWPD. El funcionamiento consiste en hacer pasar el agua a través del medio filtrante, el cual se encargará de remover los sólidos y aceites presentes en este tipo de aguas. Con e tiempo este lecho de filtración se colmatará lo cual hará necesario realizar un lavado, que consiste en remover las partículas de sólidos y crudos depositados. El lavado se inicia a través de la inyección agua-gas en sentido contrario al flujo de la filtración, la función del gas es fluidificar el lecho filtrante antes de realizar el lavado con agua. Una ves el medio se encuentre esponjado se realizará el lavado de agua mediante un

sistema de bombeo de retrolavado (BR 301/307), las cuales manejan una presión de carga y de descarga de 8 psi y 20 psi, respectivamente.

El funcionamiento del sistema de filtración se hará mediante el accionamiento automático de un aserie de válvulas de tipo diafragma. En caso de ser necesario las válvulas pueden ser operadas manualmente.  TRATAMIENTO DE DESECHOS Los desechos producidos en el lavado de filtros se trataran de acuerdo al siguiente esquema de proceso: 1. Decantación 2. Disposición de sólidos. DECANTACION: Consiste en remover los sólidos suspendidos decantables bajo el concepto de sedimentación de partículas con mayor gravedad especifica que la del agua y por otra parte remover partículas que flotaran cuyo peso especifico es menor que el del agua. Esto se realizara en los decantadores, en los cuales existen tres zonas claramente definidas. En la primera zona

situada sobre la superficie tenemos aceite flotando, a continuación se encuentra una zona correspondiente a un agua clara totalmente decantada con bajo contenido de sólidos suspendidos, y por ultimo, en la zona 3, se encuentra los sólidos suspendidos decantables. Las aguas de las zonas uno y dos se pueden recircular a través de los decantadores y así retórnalas a la planta de tratamiento para ser nuevamente tratadas. Mientras que los desechos encontrados en la zona tres (lodos con contenido de sólidos suspendidos) no podrán tenerle mismo trato, es necesario tener otro proceso llamado disposición de sólidos. Las aguas sedimentadas (zona 3) serán dispuestas en los lechos de secado mediante bombas centrifugas. DISPOSICION DE SOLIDOS: Las aguas en la zona tres presentan un contenido de sólidos asociados con agua. El propósito de este proceso consiste en facilitar la remoción de los dolidos de forma semiseca para lo cual se hace necesario que el agua presente en la solución sea extraída. El agua proveniente de la zona tres se transfieren mediante bombas y se envían a los lechos de secado.  INYECCION DE AGUA

El área de inyección de agua de la planta cuenta con dos tanques de almacenamiento TI 301 Y 302 de 5000 Bls cada uno, los cuales reciben la mezcla del agua externa y el agua filtrada. Estos tanques tendrán gas blanket, y para regular su presión cada uno cuenta con su respectiva válvula PRV 306 y

307. Los tanques de almacenamiento del área de inyección alimentaran el cabezal de succión del sistema de bombeo de inyección, el cual esta constituido por 10 bombas BI 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309 y 310 instaladas en paralelo, cada sección tiene una válvula de corte, las descargas de las bombas van a un cabezal de 12” por donde se conduce el agua hacia la red de distribución. La presión de succión es de 8 psi y la de descarga de 1100 psi, manejan un caudal normal de 20000 BPD. (VER DIAGRAMA ANEXO)

 TANQUES DE INYECCION

Hay dos tanques de almacenamiento el TI-301 y el T2-302 con las siguientes especificaciones:

Cantidad: 2 unidades Altura de tanques: 30 ft Capacidad: 50000 Bls Peso vacío: 24000 Kg

 BOMBAS DE INYECCION Cantidad: 10 unidades Marca: Floway Presión de descarga: 1100 psi diarias Caudal: 20000 BWPD Motor: Marca: USMotor-Titán Potencia: 500 HP Tipo VSS Velocidad: 3575 rpm Ciclos: 60 Hz  BOMBAS DE AGUA DE PRODUCCION

Se tienen 3 bombas centrifugas en la batería Monal y dos en la batería Satélite con las siguientes características unitarias: Cantidad: 5 unidades Marca: Wortinton Motor: TOSHIBA HOUSTON (INTERNACIONAL CORPORATION) 3 PHASE INDUCTION MOTOR EFICIENCIA NOMINAL 93 Velocidad: 3540 RPM DUTY CONT, AMP 530

 DESNATACION Se cuenta con tres tanques desnatadores con las siguientes características: Capacidad de cada uno: 1000 Bls Capacidad de manejo: 25000 BWPD

Altura: 24 pies Diámetro externo: 18 ft

 SISTEMA DE FILTRACION: En la planta de inyección se cuenta con 4 trenes de filtración, dos con dos unidades cada uno, y los otro dos, cada uno con 6 y 3 unidades.

5. DISTRIBUCION El sistema de inyección de agua tiene distribuidos los pozos inyectores alrededor de toda la estructura anticlinal determinando un sistema de tipo periférico con una red de distribución hacia los pozos inyectores Espina de Pescado. MONITOREO DEL PROCESO

El monitoreo del proceso de inyección de cada uno de los pozos inyectores se realiza mediante instrumentos de medición de caudal de tipo rotámetros y registradores de cartulina accionados estos últimos para trabajar a un periodo de 7 días, además se corrobora la información del monitoreo mediante la implementación de pruebas de inyectabilidad con trazadores radiactivos.

BIBLIOGRAFIA

Determinación del gradiente de fractura del Campo San Francisco a partir de registro de pozos (Tesis 8053100019)

Información suministrada por ingenieros del campo San Francisco.

ANEXO

De pozos babilla

A EMBALSE

A DISPOSICION DE RESIDUOS

de baterias FILTROS

BOMBAS DE TRANSFERENCIA PARA AGUA DE PRODUCCION

BOMBAS DE ALIMENTACION DE FILTROS

TD 301 EL MONAL

SATELITE

BPA 105/106

BPA 205/206

MEZCLADOR BI 301/310

BF 301 BR-301 TD 302

TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUA DESNATADA

INYECCION A POZOS

TF 301

TD 303

BOMBAS RETROLAVAD

BF 308

A REPROCESO TS 301

DIAGRAMA DE PROCESOS

TI 301

TI 301

A DISPOSICION DE RESIDUOS

A DISPOSICON DE RESIDUOS