Separadores (Producción 1a) Universidad Nacional del Comahue
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SEPARACION DE FASES Bibliografía: Oilfield Processing Crude Oil Volumen Two Francis S. Manning Richard Thompson
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SEPARACION DE FASES
Bibliografía:
Oilfield Processing Crude Oil
Volumen Two
Francis S. Manning
Richard Thompson
TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
¿ PORQUÉ TRATARLO ?
HIDROCARBUROS Decreto 44/91 - REPÚBLICA
ARGENTINA - ANEXO 1
“NORMAS PARTICULARES Y CONDICIONES
TECNICAS PARA EL TRANSPORTE DE PETROLEO
CRUDO”
El petróleo crudo no contendrá más de 100
g/m3 de sales, 1% de agua y cuya tensión
de vapor Reid no exceda de 103,42 Kpa a
la temperatura de 37,78 °C .
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PROCESAMIENTO DEL PETRÓLEO
POZOS
Separación
De Fases Filtración Desaereación
Reinyección
o Disposal
Almacenamiento
Transporte y Venta
de C3 ,C4 y Gasolina
Endulzamiento
Filtrado Remoción
De licuables
Compresión
Transporte
Gas a Venta
Deshidratación
Estabilización
B
A
T
E
R
I
A
S
Separación
De Fases
PTC
Deshidratación
Desalado
Estabilización
Endulzamiento
Almacenamiento
Transporte
GAS
PTG
AGUA
PTA
PETROLEO
GAS
LIQUIDO
Tratamiento del Petróleo - Cuenca
Neuquina
TK
Tanque
lavador calentador másico
Filtro
calentador manifold
VENTA
Bate
rías
FWKO
ULACT ULACT
UR Bomba
oleoducto
agua de
lavado
Tanque de
despacho
Tanque
pulmón PTAS
El procesamiento del petróleo para :
ALMACENAMIENTO, TRANSPORTE Y VENTA
Implica tres procesos :
1. Separación del Crudo del Agua Libre o
Emulsionada y de Sólidos arrastrados.
2. Remoción de impurezas del crudo para alcanzar
las Especificaciones de venta o transporte y las
regulaciones de seguridad y ambientales.
3. Estabilización del crudo, remoción del gas
disuelto para proveer seguridad en el manejo,
almacenamiento y transporte de crudo.
TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
Baterías: Instalación donde se recibe la producción del los
pozos productores de petróleo y gas.
Planta de tratamiento de crudo (PTC): Instalación donde se
deshidrata y se desala el petróleo .
Planta de tratamiento del agua salada (PTAS) : Instalación
donde se quitan los sólidos y rastros de petroleo del agua
salada proveniente de la PTC.
Planta de inyección de agua salada(PIAS): Instalación donde se
acumula y se bombea el agua salada tratada a los pozos
inyectores adecuadamente seleccionados.
Planta de tratamiento de gas (PTG): Instalaciones donde se
elimina del gas proveniente de las baterías o pozos gasíferos
dióxido de carbono, sulfuro de hidrogeno, agua y se separa
porpano, butano y gasolina.
INSTALACIONES PARA EL PROCESAMIENTO EN SUPERFICIE
TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
Batería:
Instalación donde concurren los pozos productores
para realizar las operaciones de separación de gas y fluido
(petróleo + agua) ; control de producción de petróleo;
control de producción de gas ; control del agua producida;
posible tratamiento químico y pre o post calentamiento.
El fluído líquido y el gas separado se derivan a la
planta de tratamiento de petróleo y gas, respectivamente .
TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
BATERÍAS -- MANIFOLD
BATERÍA TIPO
Caudalímetro
Separador GRAL
Separador
de ensayo
Separador
tratador
Co
lecto
r d
e p
ozo
s
Calentador
Puente de medición de
gas
Puente de medición de gas
Tanque de ensayo
Caudalímetro
Bomba
Bomba
PTC
Gas a PTG
Petróleo y agua
Gas
Agua libre
Tanque de almacenaje
Tanque de almacenaje
PROCESAMIENTO DE CAMPO
ESQUEMA DE BATERÍA TIPO
CUENCA DEL GOLFO
Toma de muestras líquidas en boca de pozo
Se colecta en recipientes de 1 litro a 20 lts según fluido y condiciones de producción.
Los recipientes deben tener dimensiones
adecuadas para calentarse en baño térmico y
agregar desemulsionante.
Considerar el tiempo de barrido de manguera
previo al muestreo.
Directamente desde la válvula del puente de producción
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MUESTREO
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burbuja tapón transición neblina
Fase liquida
continua con
burbujas de gas
dispersas.
Fase líquida
continua con
burbujas de gas
irregulares.
Fase líquida
interrumpida
con distribución
caótica burbujas
de gas.
Fase de gas contínua
con líquido en forma
de neblina dispersa y
film de liquido en las
paredes.
MUESTREO - Flujo en el pozo
MUESTREO
Flujo en
líneas de
conducción
Manual of Petroleum
Measurement Standards
Chapter 8-Sampling Section
2-Standard Practice for
Automatic Sampling of Liquid
Petroleum and Petroleum
Products
MUESTREO Manual / Automático
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MUESTREO – Instalaciones
TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
AGUA LIBRE - AGUA EMULSIONADA
Agua y Sedimentos por Centrifugado – Norma IRAM 6541 –
Agua por Destilación – Norma IRAM 6551
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En casos de dudas con
emulsiones fuertes o
necesidad de mayor
precisión en los
resultados, se recurre
a la determinación por
destilado.
TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
DETERMINACIÓN DE AGUA EMULSIONADA
Sacamuestras para tanques Perilla de centrifugado para
determinación agua y
sedimentos
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MUESTREO
%
D
E
A
G
U
A
E
N
E
L
F
L
U
Í
O
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CALOR EN BTU REQUERIDOS PARA ELEVAR 1ºF LA
TEMPERATURA DE 1 BARRIL DE FLUÍDO
Agua Libre - Emulsionada
No se desanimen recién
empezamos
Colector de pozos : Permite realizar las maniobras de derivación del fluido proveniente de los pozos al separador general, separador de ensayos o tanques .
Separador general: Realiza la separación de gas de todo el grupo de pozos que componen la batería.
Deriva el gas al gasoducto que va a la PTG o EMCs y el petróleo con agua a los tanques de almacenaje.
Separador de ensayos: Realiza la separación del gas del pozo bajo ensayo, envía el fluido líquido al tanque de ensayos y el gas a PTG.
EQUIPAMIENTO DE LAS BATERIAS
PROCESAMIENTO DE CAMPO
Tanque de ensayo: Tanque calibrado que recibe la producción
del pozo bajo ensayo; su capacidad suele ser 20, 40 u 80 m3
Cuenta con sistemas de protección por rebalse y válvulas de
venteo.
Tratador (Heater treater): Realiza sobre el fluido del pozo la
separación del petróleo, agua y gas rompiendo las emulsiones
por medio de calentamiento.
Determina los volúmenes de petróleo ; agua y gas producidos
durante el tiempo que dura el ensayo.
PROCESAMIENTO DE CAMPO
EQUIPAMIENTO DE LAS BATERIAS
La separación física de las fases gas y liquido es
la operación básica de producción, realizada
por los Separadores localizados en las baterías
o estaciones.
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SEPARADORES
Por Geometría – Vertical (D 10” a 12ft, L 4ft a 25ft)
– Horizontal (D 10” a 16ft, L 4ft a 70ft)
Por Presión de operación – Alta presión (750 a 1500 psi) (hasta
5000psi)
– Media presión (230 a 700 psi)
– Baja presión (20 a 225 psi)
Por Función – Bifásico
– Trifásico
Por Aplicación – De Ensayo
– De Producción
– De baja Temperatura
– De Medición
– Etapa
– De Espuma
Por Principio usado en la sep Primaria – Diferencia de densidad
– Choque y/o coalescencia
– Fuerza centrífuga
SEPARADORES - Clasificaciones
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BATERÍAS - SEPARADORES Gas / Líquido
HORIZONTALES
Separador vertical
SEPARADOR FILTRO PARA RETENER PARTÍCULAS HASTA 2 mIcrones
SEPARADOR VERTICAL APTO PARA POCO ESPACIO DISPONIBLE
SEPARADOR ESFÉRICO -- POCO USADO
SEPARADOR DE DOBLE BARRIL TIPO SLUG CATCHER
SEPARADOR BIFÁSICO ESFÉRICO
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FILTRO SEPARADOR
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Separadores
Remoción de petróleo del gas
Diferencia de Densidad
Choque
Cambio de Dirección
Cambio de Velocidad
Fuerza Centrífuga
Coalescencia
Filtrado
Separadores
Remoción del gas del Petróleo
Flotación
Agitación
Bafles
Calentamiento
Químicos
Fuerza centrífuga
Tratamiento del Petróleo
- Separadores Bifásicos
Tiempos de residencia según la gravedad especifica del
petróleo
Gravedad del Tiempo de
Petróleo ( ° API ) Retención (min)
mayor a 35 1
20 a 30 1 a 2
10 a 20 2 a 4
API 12 J ( 1989 )
Trabajan por tiempo de residencia; se los dimensiona
según las características del petróleo :
1. El tiempo que se necesita para separar adecuadamente el agua
del petróleo.
2. El tiempo que se necesita para separar adecuadamente el
petróleo del agua de producción.
3. API considera tiempos iguales.
4. La instalación donde se ubica el equipo debe construirse de
modo que trabaje siempre a presión constante.
Tiempos de residencia según la gravedad especifica del
petróleo
Tratamiento del Petróleo
- Separadores Trifásicos
Gravedad API Temperatura Tiempos de Retencion
del petróleo °C minutos
Mayor a 35 ° 3 a 5
37,7 °C o mayor 5 a 10
Menor a 35 ° 26,6 a 37,7 10 a 20
15,5 a 26,6 20 a 30
Separadores
Secciones principales
Separadores - Componentes comunes
Alimentación
Sección de separación primaria
Sección secundaria o de deposición
gravitatoria
Sección de coalescencia o extracción de
niebla
Sección de acumulación de líquido
Controles de proceso
Seguridad
Separadores - Ventajas
Vertical Mas versátil
Control de nivel no crítico
Buen drenaje y manejo de arena, parafinas o ceras
Diámetro completo para el flujo de gas o petróleo
Ocupa menor área
Horizontal Mas barato
Menor diámetro para igual capacidad de gas
No tiene flujo en contracorriente
Grandes áreas para la dispersión de espuma
Gran volumen para líquido
Separadores - Desventajas
Sep Vertical
Más Caro
Mayor diámetro para una dada capacidad de gas
Sep Horizontal
Solo una parte de la carcaza disponible para el pasaje de
gas
Ocupa mayor superficie
Control de nivel más crítico
Más difícil la remoción de suciedad
Separador Trifasico
Entrada Central
SECCIONES TIPO VANE RETIENE PEQUEÑAS
GOTAS DE LA CORRIENTE DE GAS
SALIDA DE GAS CON RUPTOR DE
VORTICE
SEPARACION PRIMARIA POR CENTRIFUGADO
Separación Centrífuga
Separadores
Sección Primaria de Separación
Separadores - Ingreso
Separación Primaria por Batería Centrífuga
Separación Primaria por Choque
Separadores
Sección Primaria de Separación
Separadores – Esquema de separaciones
Separadores - Velocidades
Separadores - Velocidades
Separadores - Placas Coalescentes
Incremento de la Separación por Coalescencia
Separadores -Placa Coalescedora
Incremento de la separación por coalescencia
Extracción de Niebla o Sección
Coalescente
Tipo Vane (hoja)
Tipo Serpentina o Placas Corrugadas
Tipo Malla
Tipo Serpentina Vane Esquema Separación
Extractores de Niebla
- Placas Coalescentes -
Extractores de Niebla
Tipo Combinado
Malla - Vane
Extractores de Niebla
Separadores -Controles de Nivel
Separador Abierto Fácil Variación de volúmenes
No trampas de acumulación de barros, arena ….
Fácil Limpieza
Falla en control de nivel o válvula de agua
Control de nivel en interfase w-o
Gas en la salida de Petróleo
Separador con presa de plato Fácil Variación de volúmenes
No trampas de acumulación de barros, arena ….
Dificultad en la remoción de arena, barros …
Considerable volumen desperdiciado para la separación
Falla en control de nivel o valvula de agua
Control de nivel en interface w-o
Separador con presa y Cubeta
Fácil Control de nivel
Dificil Variación de volúmenes
Trampas de acumulación de barros, arena ….
Dificultad en la remoción de arena, barros …
Considerable volumen desperdiciado para la separación
Falla en control de nivel o valvula de agua o Petróleo sólo gas y líquido sale
Separadores - Salidas
TRIFASICO CON PRESA FIJA
TRIFASICO CON PRESA y CUBETA
TRIFASICO CON PRESA DE DESBORDE
TRIFASICO CON PRESA Y TUBERÍA ASCENDENTE
Separadores - Salidas Superiores
Separadores - Salidas Inferiores
Rompedor de Vórtice
Rompedor de Vórtice
Rompedor de
Vórtice
Problemas Particulares en la Separación
Espuma - Mayor tendencia a espuma:
-Petróleos densidad < 40 API.
-Temperatura < 160 ºF.
-Viscosidad > 53 cPoise (5000 SSU) a
temperatura de operación
Parafinas
Arena, barros, finos
Corrosión
Variaciones del Flujo
Incrustaciones
Placas antiespuma
Controles de Proceso
Dispositivos de Seguridad
Controles de
Proceso
Dispositivos de
Seguridad
SEPARADORES
Configuración de un Separador
Vertical Bifásico S/API 12J
Válvula
de Alivio
Disco de
Ruptura
Manómetro
Controlador de
Nivel de
Líquido (LLC)
Válvula de
Control
Controles de Proceso Dispositivos de Seguridad
SEPARADORES
Válvula
de Alivio Disco de
Ruptura Manómetro
Controlador de
Nivel de
Líquido (LLC)
Válvula de
Control
Configuración de un Separador Vertical Bifásico S/API 12J
Controles de Proceso Dispositivos de
Seguridad
SEPARADORES
Flotante Accionamiento
Neumático con Válvula de
Descarga, Reg. de Presión y
manómetro
Flotante Accionamiento
Neumático
Flotante Accionamiento
Eléctrico
Controles de Proceso Dispositivos de Seguridad
SEPARADORES
Válvula de Descarga
Neumática
Válvula de Alivio a
Resorte
Válvula de Alivio a
Resorte
CONTROLES DE PROCESO - DISPOSITIVOS DE
SEGURIDAD
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CONTROLES DE PROCESO - VALVULA
CONTROLADORA DE PRESIÓN
DISCO DE RUPTURA
Es un disco metálico parte de un dispositivo de seguridad que, dentro
de límites de presión determinados, se rompe para permitir la fuga del gas con el fin de prevenir daños al equipo sobre el que está instalado. Es similar en su función a la válvula de seguridad, a excepción de que no tiene capacidad de re-sellarse.
La División 1 de la Sección VIII de la
ASME informa sobre las normas para el
uso de discos de ruptura en la
protección
Disco de ruptura abovedado invertido
SEPARADORES Controles de Proceso Dispositivos de
Seguridad
TRIFÁSICO CON PLACA DE DESBORDE Y CUBETA
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agua
gas
1. Fácil control de nivel.
2. No soporta grandes variaciones de caudal.
3. Tiene trampas de acumulación de barros, arena.
4. Dificultad en la remoción de arena, barros.
5. Considerable volumen desperdiciado para la separación.
6. Si falla el control de nivel o válvula de agua o petróleo, sólo
sale gas y líquido.
CONTROLES DE NIVEL
TRIFÁSICO CON PLACA DE DESBORDE FIJA
salida de petróleo
1. Soporta fácilmente las variaciones de caudal.
2. No forma trampas de acumulación de barros, arena.
3. Existe dificultad en la remoción de arena y barros.
4. Falla en control de nivel o válvula de agua.
5. Control de nivel en interface w-o.
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CONTROLES DE NIVEL
salida de gas
salida de agua
AGUA PETROLEO
GAS
1. Soporta variaciones de caudal.
2. No hay trampas de acumulación de barros, arena.
3. Es de fácil Limpieza.
4. Suelen fallar el control de nivel o la válvula de salida de agua.
5. Los controles de nivel se localizan en la interface agua /petróleo.
6. Existe la posibilidad evacuar gas en la salida de Petróleo.
CONTROLES DE NIVEL
SEPARADOR ABIERTO
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TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
SEPARADORES TRIFASICOS - SALIDA
REGULABLE
ALGUNAS NORMAS DE APLICACIÓN
API 12J - Oil & Gas Separation
API Pub.421-Design & Op.Oil/Water Sep.(>150mµ / Vh < 3 ft/min)
ASTM ( cuerpo chapa A 515/516 Gr 70)
ASME ( VIII – IX construcción – ensayos – valvulas seguridad, disco ruptura)
AISI (chapa chicanas / coalescedoras / flotantes AISI 316)
ANSI (bridas ANSI B – 16.5 S – 150)
API 520, 521 , 526, 527, 2000 (valvulas seguridad)
IRAM IAP A 51.65 (manómetro)
API 2510 (construcción)
NACE – SSPC-SP-5-63 -DIN 8563 - (terminación soldaduras, revestimientos)
ISA – NEMA – NFPA –API RP 540 –ASTM (manómetros, termómetros)
IRAM D 1054 (código identificación por colores)
SEPARADORES
MEDIDA DE ESPESOR DE PAREDES Y / O
INCRUSTACIONES POR MEDIO DE
UN PERFILAJE NEUTRÓNICO
PERFILAJE NEUTRÓNICO DE UN
SEPARADOR HORIZONTAL
Colect
or d
e p
ozos
Medidor multifasico
Bomba multifasica
PetróleoGas agua Petróleo
Gas agua
Instalación compuesta por bomba multifasica y medidor de caudal multifasico recolecta la producción de varios pozos para enviarla posteriormente a otros sitios según las operaciones que se realicen.
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Compuesta por una bomba y un medidor
de caudal multifásico , colecta y mide la
producción de varios pozos y la deriva a
plantas de tratamiento u otras
operaciones
ESTACIÓN MULTIFÁSICA
SEPARADORES
SURGE TANK
SLUG CATCHER
PREGUNTAS
•Que se separa en batería y porqué
•Equipamiento común en separadores vert/hor
•Aplicación de un slug catcher
•Con sólidos se usa un sep vertical u horizontal?
•Función del demister
•Equipamiento de control del proceso
•Equipamiento de seguridad
TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
Estabilización y Endulzamiento
Petróleo
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TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
TRATADOR ELECTROSTATICO
TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO
TRATAMIENTO DE EMULSIONES
TRATADOR ELECTROSTATICO
