trabajo de investigacion dbz parte i y ii
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diseño de separadores trifasicosTRANSCRIPT
Universidad Mayor de San AndrsFacultad de ingeniera
Ingeniera Petrolera
INDICE
I.SEPARADORES LIQUIDO-GAS...............................................................................................
OBJETIVOS. ....................................................................... ..........................................................
General.- ....................................................................... ...........................................................
Especficos.- ....................................................................... .......................................................
1.1INTRODUCCION................. .................................................................................................
1.2DATOS INCLUIDOS EN LAS PLACAS DE LOS SEPARADORES.....................................................
1.3COMPONENTES BSICOS DE LOS SEPARADORES. .................................................................
2.1TIPOS DE SEPARADORES. .....................................................................................................
2. 1Separadores verticales. ........................................................................................................
2.2Separadores horizontales. ....................................................................................................
2.3Separadores esfricos. .........................................................................................................
2.4Ventajas y desventajas entre los diferentes tipos de separadores: .......................................
3PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN A LA EFICIENCIA DE SEPARACIN GAS-LIQUIDO.....
3.1Tamao de la partcula. .......................................................................................................
3.2Velocidad del gas. ................................................................................................................
3.3Presin de separacin. .........................................................................................................
3.4Temperatura de separacin. ................................................................................................
3.5Densidad del lquido y del gas. .............................................................................................
3.6Viscosidad del gas. ...............................................................................................................
4SECCINES DE UN SEPARADOR. ...........................................................................................
4.1Seccin de separacin primaria. ...........................................................................................
4.2Seccin de separacin secundaria. .......................................................................................
4.3Seccin de extraccin de niebla. ...........................................................................................
4.4Seccin de acumulacin de los lquidos. ...............................................................................
5 ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS. ....................................................................................
6 DISEO DE LOS SEPARADORES SEGUN BIZANTI-YU-................................................................
6.1. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS SEPARADORES
7. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE GAS Y LQUIDO DE LOS SEPARADORES HORIZONTALES
7.1. Clculo de la capacidad de los separadores esfricos
7.2. Clculo de la capacidad lquida de los separadores verticales
8.CONCLUSIN. ......................................................................................................................
9.BIBLIOGRAFA......................................................................................................................
OBJETIVOS.-
General.-
Conocer el funcionamiento del equipo de separadores en sistema superficial de produccin, para la determinacin de las cantidades fraccionadas de hidrocarburos lquidos, gas y agua que coexisten en el flujo de petroleo producido por un pozo a presin y temperatura dadas.
Especficos.-
Determinar el siseo de los parmetros de un separador trifsico segun Bizanti Yu Hancheng.
Calcular la capacidad del gas en el separador.
1. Introduccion
En la industria del petrleo y del gas natural, un separador es un cilindro de acero que por lo general se utiliza para disgregar la mezcla de hidrocarburos en sus componentes bsicos, petrleo y gas. Adicionalmente, el recipiente permite aislar los hidrocarburos de otros componentes indeseables como la arena y el agua, citadas a ttulo de ejemplo.
Otras veces, cuando se utiliza en plantas de tratamiento este equipo se emplea para separar el glicol, que se usa como deshidratante del gas natural, de las naftas que se condensan dentro de las torres de absorcin; o, cuando se refiere al uso de las aminas, que circulan en contracorriente con el gas natural, los separadores se emplean para eliminar los componentes cidos, como el sulfuro de hidrgeno y el dixido de carbono que se absorben en la solucin.
El separador est constituido por un cuerpo cilndrico horizontal o vertical, diseado especialmente para que por su interior circulen los fluidos que han de separarse; equipado con una serie de elementos y dispositivos que favorecen dicha separacin.
1.1. Principio de separacin.
Insolubilidad entre los fluidos: El estado gaseoso y el lquido en condiciones estables de temperatura y presin, as como el agua y el petrleo, no son solubles, es decir que si bien
se mezclan, no son miscibles, conservando su estructura original.
Diferencia de densidades: Los tres fluidos a separar conservan en la mezcla diferentes densidades, actuando el efecto de la gravitacin, de manera que los fluidos se separan por diferencia en el peso de cada componente.
Decantacin: Es el efecto de la gravedad sobre los diferentes pesos de los fluidos a separar, haciendo que el ms pesado tenga la tendencia a acumularse en lo ms profundo.
Coalescencia: Es la propiedad de las gotas de un mismo fluido a atraerse y unirse entre s, facilitando el proceso de decantacin. Entre los mecanismos de separacin, que tienen que ver con la estructura y diseo del equipo, se puede considerar como ms importantes:
Choque: El choque de la mezcla a la entrada del separador propondr la dispersin de los fluidos de diferente densidad.
Cambio de velocidad: Asociado al principio de inercia, los cambios de velocidad se manifestarn en una reduccin de velocidad de cada una de las fases en forma diferente y consecuente con sus densidades.
Cambio de direccin: Existe la tendencia a la separacin entre fases, cuando al fluido se le modifica su direccin, generada por la diferencia de densidad de los fluidos.
Tiempo de residencia: O de retencin, es el tiempo que le lleva al fluido pasar por el separador. Para un determinado caudal o flujo, ste tiempo est fundamentado por el volumen disponible. Est dado por el dimetro del separador, el largo, y el nivel de lquido de operacin. Un aumento de estos parmetros causar un aumento en el tiempo de residencia. El tiempo de residencia es necesario para obtener una buena separacin, pero posee una estrecha vinculacin con la presin, temperatura y caractersticas del fluido: Mayor viscosidad Mayor tiempo de residencia, menor viscosidad menor tiempo de residencia.
Superficie interface: Es importante la mayor superficie en el rea de contacto entre las fases. De aqu la conveniencia, en muchos casos, de utilizar separadores horizontales en lugar de los verticales.
1.2. DATOS INCLUIDOS EN LAS PLACAS DE LOS SEPARADORES
Presin nominal: Es la mxima presin a la que puede trabajar el equipo, sobre ste valor deberan estar calibradas las vlvulas de alivio o venteo de seguridad.
Presin de trabajo: Es la presin recomendada por el fabricante para una operacin normal.
Temperatura de trabajo: Es la temperatura recomendada por el fabricante para una operacin normal.
Presin de prueba: Es la mxima presin con que se ha probado el equipo en fbrica, y el valor ms alto garantizado con el equipo nuevo. Normalmente es un 50 % ms del valor de la presin nominal.
Caudal de gas: Es el caudal mximo de gas permisible para una garantizada eficiencia con los valores de temperatura y de presin denominadas como de trabajo.
Caudal de lquido: es el caudal mximo de lquido permisible para una garantizada separacin con los valores de presin y temperatura descriptos anteriormente.
1.3. COMPONENTES BSICOS DE LOS SEPARADORES.
Recipiente o cuerpo del separador.
Tubos de entrada y de salida de fluidos.
Angulo de impacto.
Secciones de separacin (primaria, secundaria, extractor de niebla)
Vlvulas de descarga de los componentes separados.
Seccin de acumulacin de lquidos.
Accesorios internos y externos tales como:
Vlvulas de control interno.
Manmetros.
Niples.
Vlvulas internas de contrapresin.
Flotadores.
2. TIPOS DE SEPARADORES.
La fabricacin de separadores vara en pocos detalles de acuerdo con el fabricante, pudiendo clasificarse segn su forma en:
2.1. Separadores verticales.
(Figura a)
Este tipo de separadores se muestra en la figura, donde el flujo entra en forma tangencial, dando un movimiento circular a los fluidos, creando as fuerzas centrfugas y gravitacionales, proveyendo de esta manera una separacin eficiente en la seccin primaria. Un deflector cnico separa el lquido acumulado de la seccin primaria para superar una superficie esttica para el flotador de nivel del lquido y para una salida fcil del gas de la solucin; el gas separado sube directo, a travs de la seccin secundaria donde las partculas lquidas atrapadas en el flujo del gas caen por su mayor peso; luego, el gas fluye por un extractor de niebla donde las partculas del lquido de 10 micrones y mayores en dimetro se acumulan, llegando a tener el peso suficiente para caer en la seccin de acumulacin del lquido. Los sedimentos a tener el peso suficiente para caer en la seccin de acumulacin del lquido. Los sedimentos acumulados en el fondo son expulsados a travs de una conexin en la parte inferior del separador.
2.2. Separadores horizontales.
Los separadores horizontales pueden ser dobles o simples.
En el separador horizontal simple o monocilndrico, Figura b.1, el flujo del pozo que entra, inicialmente golpea en un bafle o ngulo deflector; este flujo a su vez golpea en las paredes del separador produciendo cambios en la direccin y velocidad del fluido, estos cambios hacen que se tenga una separacin inicial de las dos fases. Los lquidos por gravedad se depositan en la seccin de acumulacin de lquidos, en cambio el gas separado fluye por una seccin recta (secundaria) que suaviza la turbulencia y las partculas lquidas adicionales caen o se asientan; seguidamente pasa por un extractor de niebla donde las partculas lquidas de 10 micrones o mayores se juntan hasta tener el peso suficiente para caer en la seccin de acumulacin de lquido.
(Figura b.1)
Entre las ventajas de los separadores horizontales simples podemos mencionar:
Bajo costo inicial.
Fcil instalacin en lugares fros.
El lquido separado tiene una temperatura que reduce la congelacin y la deposicin de parafinas.
En el separador horizontal doble, bicilndrico, Figura b.2, fue comn en un tiempo; en este diseo las cmaras de lquido y gas estn separadas, como se observa en la figura. La corriente de flujo entra en el tubo superior y golpea en un deflector al igual que en el simple. El lquido libre cae al compartimiento inferior a travs de tubos de flujo, el gas fluye a travs de la seccin secundaria, luego pasa por un extractor de niebla que va hacia la boca de salida del gas, las cantidades pequeas de gas arrastradas en el lquido son liberadas en el colector de lquido y fluyen hacia arriba por los tubos de flujo. De esta manera, la acumulacin de lquido es separada de la corriente de gas y as se evita que el lquido sea agitado.
(Figura b.2)
Entre las ventajas de los separadores horizontales dobles podemos indicar:
Mayor capacidad bajo condiciones de surgencia.
Mejor separacin en la cmara baja por ser pasivo.
Mejor separacin de lquidos de densidades similares y un control ms estables del nivel del lquido.
2.3. Separadores esfricos.
(Figura c)
El separador esfrico de la Figura c, est diseado para mayor aprovechamiento de todas las formas y ayudas de separacin, como ser: baja velocidad, fuerza centrfuga y contacto superficial.
El flujo de entrada est dividido por el deflector de entrada y dirigido tangencialmente contra la pared del separador. Los lquidos se juntan despus de fluir 180 alrededor del separador y luego caen en la seccin de acumulacin de lquidos desde donde son expulsados a travs de la vlvula adecuada; el gas pasa por la seccin central donde las partculas lquidas arrastradas por el gas fluye por el extractor de niebla o vapor.
Si se obstruye el extractor de niebla con hidratos y parafinas, la vlvula de seguridad protege al extractor para limitar la presin diferencial al mximo de seguridad. Este diseo puede ser muy eficiente desde el punto de contencin de presin, pero debido a la capacidad de oleaje del lquido limitado y a las dificultades de fabricacin, los separadores esfricos no estn ya ms especificados para la aplicacin en campos de petrleo.
2.4. Ventajas y desventajas entre los diferentes tipos de separadores:
Normalmente los separadores horizontales son ms eficientes en el manejo de volmenes considerables de gas que los tipos verticales, puesto que en la seccin de gravedad las gotas de lquido caen perpendicularmente al flujo de gas y se asientan ms fcilmente fuera de la fase continua.
En los separadores horizontales, el rea de interfase es mayor con relacin a los separadores verticales; esto hace que las burbujas de gas, arrastradas por el lquido, sean liberadas ms fcilmente mientras el lquido se acerca al equilibrio.
Los separadores horizontales no manejan slidos tan bien como los verticales. La salida del lquido en un separador vertical puede ser colocada en el centro del cabezal de fondo, de tal manera que los slidos puedan ser pasados a la prxima etapa del proceso; tambin puede ser instalada un poco ms arriba, implementando un drenaje en la parte inferior, de modo que los slidos sean purgados peridicamente. En cambio e un separador horizontal es necesario colocar varios drenajes a todo lo largo, puesto que los slidos tienen un ngulo de reposo entre 45 y 60 ; estos drenajes deben estar espaciados a intervalos muy cercanos. Se efectuaron algunos ensayos de espaciamiento de estos drenajes, con la ayuda de chorros de arena para remover los slidos, con resultados poco satisfactorios e inoperables por el alto costo.
Los separadores horizontales requieren mayor rea de proyeccin horizontal que el equivalente en separadores verticales, sin embargo, este punto no debe ser de importancia en lugares de tierra firme.
La geometra de los separadores horizontales hace que el control de nivel sea ms dificultoso que en los verticales.
Sobre todo, los separadores horizontales son ms econmicos para separacin normal lquido-gas, particularmente donde puede haber problemas con emulsiones, espumas o altas relaciones gas/petrleo.
En trminos de proceso de separacin, los horizontales seran preferibles; sin embargo, en ciertas situaciones algunas desventajas podran conducir a la preferenci a para separador vertical.
Tambin para la seleccin de un separador vertical se deben considerar las siguientes desventajas:
Vlvulas de alivio y algunos controles pueden ser difciles para el mantenimiento si no se cuenta con escaleras especiales y plataformas.
Los separadores pueden tener que ser removidos de su trineo para transportarlos, debido a las restricciones de altura.
3. PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN A LA EFICIENCIA DE SEPARACIN GAS-LIQUIDO
Entre estos factores podemos indicar:
3.1. Tamao de la partcula.
Cuando la separacin es por choque, el tamao de la partcula es un factor importante en la determinacin de la velocidad de asentamiento en la separacin por gravedad, por fuerza centrfuga y en la determinacin de la distancia de paro.
La velocidad de asentamiento calculada para una gota de cierto dimetro, indica la velocidad mxima que deber tener el gas para permitir que partcula de este dimetro o mayor se separen.
Para un cierto dimetro base de partculas, el efecto neto de aumentar o disminuir el dimetro se refleja en un incremento o disminucin sustancial sobre la eficiencia del separador. Se dice que el tamao de las partculas de lquido que se forman en las mezclas durante una operacin normal de separacin es lo suficientemente grande como para obtener una buena eficiencia de separacin.
3.2 Velocidad del gas.
Los separadores se disean de tal forma que las partculas de lquido mayores a 100 micras sean separadas en la seccin secundaria y las partculas ms pequeas en la seccin de extraccion de niebla.
Un incremento en la velocidad del gas ocasiona arrastres repentinos de baches de lquido en el flujo de gas que sale del separador y consecuentemente disminuye la eficiencia de separacin.
3.3. Presin de separacin.
Es uno de los factores ms importantes en la separacin, desde el punto de vita de la recuperacin de lquidos. En ocasiones, al disminuir la presin de separacin (yacimientos de gas y condensado) aumenta la recuperacin de lquidos; sin embargo, es necesario considerar el valor econmico del incremento del volumen de lquido contra la presin extra que pudiera necesitarse para transportar el gas. La capacidad de los separadores tambin est afectada por la presin de separacin, al aumentar la presin aumenta la capacidad de separacin de gas y viceversa.
3.4. Temperatura de separacin.
En cuanto a la recuperacin de lquidos, a medida que disminuye la temperatura de separacin, se incrementa la recuperacin de lquidos en el separador, pero ocasiona grandes prdidas por evaporacin en el tanque y el efecto neto de aumento en la temperatura de separacin es la disminucin de la capacidad de separacin del gas.
3.5. Densidad del lquido y del gas.
Estos factores afectan la capacidad de manejo de gas en los separadores, ya que la capacidad es directamente proporcional a la diferencia de densidades e inversamente proporcional a la densidad del gas.
3.6. Viscosidad del gas.
Utilizando la ley de Stokes para determinar la velocidad de asentamiento de las partculas de cierto dimetro, se deduce que, a medida que aumenta la viscosidad del gas, disminuye la velocidad de asentamiento y, por tanto, la capacidad de manejo del lquido del separador.
4. SECCINES DE UN SEPARADOR.
Para un trabajo de separacin eficiente los separadores horizontales, verticales o esfricos estn constituidos por las siguientes secciones:
4.1. Seccin de separacin primaria.
sirve para la separacin del mayor volumen de lquidos de la mezcla mediante la reduccin de la turbulencia a travs de un cambio de direccin que experimenta el lquido que ingresa por la entrada al chocar con el ngulo de impacto o placa desviadora, a partir del cual se imparte un movimiento circular de gran velocidad para luego pasar a la seccin de separacin secundaria con velocidad reducida. El efecto de la velocidad circular es el que determina el grado de eliminacin de las partculas lquidas con una separacin parcial de la fase gaseosa que es completada en la seccin secundaria.
4.2. Seccin de separacin secundaria.
La mezcla gas petrleo agua parcialmente separado pasa a la seccin secundaria que trabaja con mayor presin de separacin para separar las gotas ms pequeas de lquido hasta 100 micrones por efecto del mecanismo de separacin que est basada en el asentamiento por gravedad de las partculas lquidas que es arrastrada por el gas y que cae a la seccin de acumulacin.
El gas ms puro pasa por el extractor de niebla para ser orientada hacia una seccin vaca del separador y de este a las salidas del gas.
La eficiencia de separacin de esta seccin depende principalmente de las propiedades del gas, el tamao de las partculas lquidas y el grado de turbulencia del gas que en el interior del separador es controlada por accesorios denominados rompeolas o mediante la estabilizacin de la mezcla aadiendo a la corriente de petrleo aditivos qumicos estabilizadores.
4.3. Seccin de extraccin de niebla.
Es la seccin donde se elimina al mximo las gotas ms pequeas de lquido, 10 micrones, que han quedado en la corriente de gas despus de que la mezcla ha pasado por las dos anteriores secciones. El principio de funcionamiento del extractor est basado en el efecto del choke de burbujas en la superficie metlica del extractor donde se origina fuerzas centrfugas que hacen funcionar al extractor de niebla para reducir el contenido de lquido impregnado en el gas en una proporcin de 0.1 gal/MPCgas. Los separadores en general pueden estar equipados con tres tipos de extractores que son:
Los de serpentines de alambre.
Los modelos tipo paleta.
Los modelos de platos concntricos.
Durante este proceso la eficiencia de los extractores es funcin de la velocidad de circulacin de la mezcla en el interior del equipo, por lo que si estas velocidades no son apropiadas, de acuerdo con las presiones de separacin, un porcentaje de partculas lquidas continuarn en la mezcla sin la posibilidad de cohesionarse para caer por gravedad a la seccin de acumulacin.
4.4. Seccin de acumulacin de los lquidos.
Es la seccin donde se descarga y se almacena los lquidos separados. Debe tener la suficiente capacidad para almacenar y mantener volmenes constantes sin el peligro de rebalses por efecto de incrementos de flujo o cada de las partculas lquidas. Para este efecto est equipada de accesorios tales como rompeolas para evitar estas turbulencias, flotadores, purgas y los controles de nivel para evitar rebalses de lquido.
5. ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS.
Las diferentes especificaciones que se ven a continuacin son las especificaciones que se pudieron obtener leyendo directamente las placas de identificacin de cada uno de los equipos que se tenan en la planta, alguna de las placas debido al trabajo no cuentan con las especificaciones fueron borrndose por tanto estas especificaciones de algunos separadores estn incompletas pero se tiene de una gran mayora.
6. DISEO DE LOS SEPARADORES SEGUN BIZANTI-YU-
Los siguientes datos y criterios tcnicos son utilizados para seleccionar los separadores gas petrleo y armar las bateras donde se procesar todo el volumen de produccin del campo.
De acuerdo a la extensin y el nmero de pozos productores del campo se instalan dos o mas bateras de separacin con una agrupacin racional de pozos para cada batera. Los criterios tcnicos utilizados son:
a) Caractersticas del fluido de pozo, o sea las caractersticas fsicas, las caractersticas qumicas y la cantidad de slidos.
b) Volumen de produccin que ingresar a cada batera.
c) Capacidad del sistema de recoleccin de las lneas de flujo y de las lneas de descarga, capacidad del manifold de control.
d) Etapas de separacin de acuerdo al tipo de crudos.
e) Presiones y temperaturas de separacin que ser aplicada en funcin al volumen.
En base a estos datos se realiza la seleccin de los tipos de separadores para cada batera con el objeto de obtener mximos rendimientos en la recuperacin de lquidos. Para este efecto se dispone de los siguientes sistemas de separacin.
a) Sistema de separacin en una sola etapa, que se utiliza en algunos tipos de yacimiento con la instalacin de uno o dos separadores que trabajan en paralelo con una misma presin, su aplicacin se limita a pozos de baja presin, baja relacin gas petrleo agrupando dos o hasta tres pozos por batera.
b) Sistema de separacin por etapas, la mayor recuperacin de lquidos se obtiene con este sistema de separacin instalando bateras en campos con una densidad de pozos mayores a 20 en plena etapa de desarrollo.
Este sistema se caracteriza por el uso de instalacin de separadores que operan con presiones sucesivas, o sea de mayor presin a presiones cada vez mas reducidas hasta alcanzar el separador de mas baja presin debido a que los fluidos de campos productores siempre se descargan a un separador de mayor presin pasando luego al separador de mediana presin para concluir el proceso con un separador de baja presin.
La separacin por etapas se divide en dos tipos:
6.1. Separacin en dos etapas, que son aplicados en campos de mediana presin con relaciones gas petrleo menores a 1500 pie3 de gas por 1 m3 de petrleo. RGP < 1500 ft3/m3. En este caso se instalan separadores de mediana presin para primera etapa y separadores de ojojo para la segunda etapa.
6.2. Separadores en tres etapas, que es aplicado en campos productores de mediana y alta presin con RGP > 1500 ft3/m3. En este caso se instala bateras conformadas por tres tipos de separadores donde la mezcla ingresa primero al separador de alta presin pasando luego al de mediana presin y de este al de baja presin donde se completa el proceso, los siguientes rangos de presin se considera para calificar a los separadores de baja presin menores a 500 psi.
Separadores de mediana presin:menores a 1500 psi y mayores a 500 psi.
Separadores de alta presin:mayores o iguales a 1500 psi.
6.2. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS SEPARADORES
La separacin de los fluidos de pozo en los separadores se obtiene por el efecto combinado de la fuerza de gravedad, las fuerzas centrfugas y el choque de las partculas gaseosas y lquidas en el interior del separador.
La capacidad de los separadores sean verticales, horizontales esfricos se define como el volumen de la mezcla gas petrleo agua que es procesado en el separador durante un perodo completo de 24 horas de trabajo para obtener individualmente cada uno de esos componentes y se mide en Bls, ft3, m3 todo por da.
La capacidad de los separadores vara de acuerdo a los siguientes factores:
- , L y H de los separadores.
- Condiciones fsicas del separador.
- Tipo y procesos de separacin (petrleo puro o con gas condensado).
- Tipo de separadores adecuados al campo, o sea (Verticales, horizontales y esfricos).
- Nmero de etapas de separacin que se aplicar en el campo.
- Caractersticas fsicas y qumicas de los fluidos que sern separados.
- Nivel de lquido que ser depositada en la seccin de acumulacin.
- Contenido de slidos del fluido de pozo.
- Tendencia de la mezcla de formar emulsiones cuando sale a la superficie.
6.3. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS SEPARADORES
a) CAPACIDAD DE LOS SEPARADORES VERTICALES
a1) Clculo de la capacidad de gas de los separadores verticales
1 Mtodo de clculo
Es funcin de la velocidad de sentamiento de las partculas lquidas en la seccin primaria y directamente proporcional a la presin y temperatura de separacin.
Uno de los mtodos utilizados para calcular la capacidad de gas esta basada en la velocidad de cada de las partculas lquidas al fondo regida por la ley de Store para un valor de la gravedad igual a 32.174 ft/s2.
Tomando en cuanta la ley de Store el clculo del caudal mximo que ser separado en los separadores verticales se realiza con la siguiente ecuacin:
MMPCDEc.1.
Donde:
: Presin de operacin del separador vertical en psi.
: Dimetro interno del separador vertical.
: Temperatura de operacin F.
: Velocidad de circulacin de las partculas de gas en el interior del separador en ft/s y se calcula con la siguiente ecuacin:
Ec. 2.
Donde:
: Factor de conversin de separacin para tener el en pie/s y es igual a 1487.26.
: Valor de la gravedad, 31.174 ft/s
Reemplazando valores y la ecuacin 2 en 1 se tiene:
Donde:
dp: Dimetro de las partculas lquidas que circulan en el interior del separador en micras,
1micra = 3.28 x106 ft.
do: Densidad del petrleo en lb/pie3.
dg: Densidad del gas en lb/pie3.
: Viscosidad del gas en cp.
2 Mtodo de clculo
Utiliza la ecuacin que esta basada en las variaciones del nmero de Reynolds para flujo vertical. Para este caso la ecuacin de clculo es la siguiente:
MMPCD
Donde:
: Factor de friccin de las partculas de gas y lquidos por efecto de arrastre de la mezcla y generalmente se toma una constante de 0.44.
3 Mtodo de clculo
Utiliza la siguiente ecuacin prctica de clculo del caudal de gas separado. Es el ms aplicado en trabajos de campo de acuerdo a las condiciones observados durante las operaciones y la ecuacin es la siguiente:
Donde:
: Temperatura estndar 60F.
: Presin estndar 14.7 psi.
C : Constante del separador vertical y que vara 0.06 < C > 0.35 dependiendo del tamao y del tipo del material del que esta constituido el separador viene especificado por cada fabricante.
Para aplicar esta ltima ecuacin en caso de no disponer los datos de las densidades puede ser utilizada las siguientes ecuaciones de clculo.
(Ec. De Brill)
: Gravedad especfica del gas.
6.4. Clculo de la capacidad lquida de los separadores verticales
La capacidad lquida de los separadores verticales depende de los siguientes datos:
6.3. Altura del nivel del lquido en la seccin de acumulacin del separador.
6.4. Tiempo de retencin del lquido en el separador.
6.5. Dimetro interno del separador vertical.
6.6.
factor volumtrico del petrleo que es funcin de las condiciones de separacin (temperatura, presin).
El tiempo de retencin es un parmetro importante que permite determinar la capacidad real del separador para manejar un volumen de lquido en un tiempo t y obtener una eficiente separacin de la mezcla.
Los tiempos mnimos de retencin que se aplican en las operaciones normales de separacin son los siguientes:
* P/sep.Gas Pet de mediana presin: - de 0 600 psi t = 60 seg
- de 600 1000 psit = 50
- Para > a 1000 psi t = 30
* P/sep.Gas Pet Agua de alta presin: - Para presiones de separacin > 1000 psi
temperatura variable entre 2 3 min
* P/sep.Gas Pet Agua de baja presin:- a temp. estndar de sep. 60F t = 5 min
- Para temp. de 100Ft = 10 min
- Para temp. de 90Ft = 10 15 min
- Para temp. de 80Ft = 15 20 min
- Para temp. de 70Ft = 20 25 min
El factor volumtrico de petrleo es otro parmetro importante en la capacidad de separacin y su valor se determina directamente mediante los anlisis PVT en laboratorio con muestras de crudo obtenidas en pozos productores.
En base a estos factores la capacidad lquida de los separadores verticales se calcula con la siguiente ecuacin:
Donde:
: tiempo de retencin (seg o min).
Luego
Donde:
h : Es la altura del separador en ft.
d : Dimetro del separador vertical en ft.
Para calcular el caudal en Bl/Dia se consideran los siguientes valores:
1 da = 1440 min
1 Bl = 5.6 ft3; utilizando estos valores.
7 CALCULO DE LA CAPACIDAD DE GAS Y LQUIDO DE LOS SEPARADORES HORIZONTALES
a) CAPACIDAD DE GAS
La capacidad de gas de los separadores es proporcional al rea de su seccin transversal disponible para el flujo de gas y es funcin del dimetro y la altura del nivel de lquido en la seccin de acumulacin.
Para aplicar las ecuaciones de clculo de la capacidad de gas se considera los siguientes criterios tcnicos:
6.7. Que la trayectoria de las partculas de gas al separarse de la mezcla en la seccin secundaria del separador es funcin de la velocidad de circulacin de las partculas lquidas (vt) de la velocidad de cada de esas partculas en la seccin de acumulacin y la velocidad de gas en el extractor de niebla.
6.8. Que la longitud de la seccin secundaria del separador es dependiente del dimetro externo (De) y la longitud (L).
En base a estos criterios la capacidad de gas de los separadores horizontales se calcula con la siguiente ecuacin:
Ec. 1.
Donde:
: Velocidad de circulacin de las partculas lquidas ft/seg y se calcula con la siguiente ecuacin:
Ec. 2.
Reemplazando 2 en 1 y tomando los valores de: g = 31.174 ft/seg2, k = 1487.26
Se tiene que:
Luego:
Donde:
Di : Dimetro interno del separador en pulgadas, plg.
De : dimetro externo del separador en pulgadas, plg.
AF : rea de flujo del interior del separador, plg2.
h : altura del separador, plg.
L : Longitud o largo del separador, plg.
dp : dimetro de las partculas lquidas, micras, 1 micra = 3.28 x 10-6 pies.
b) Clculo de la capacidad lquida de los separadores horizontales
Es el volumen de petrleo que los separadores horizontales procesan en un perodo de 24 hrs. De trabajo y se mide en Bl/da (BD), en las operaciones de campo los volmenes mximos de separacin depende de los siguientes factores:
6.9. Altura del nivel del lquido en el separador y que es medida en su seccin de acumulacin.
6.10. Dimetro interno y dimetro externo del separador.
6.11. Tiempo de retencin (t) de la mezcla en el interior del separador.
Luego la capacidad lquida se calcula con las siguientes ecuaciones:
Donde:
;
Luego:
; BD
7.1. Clculo de la capacidad de los separadores esfricos
Los fundamentos tericos a los de los horizontales y verticales y las ecuaciones de clculo son los siguientes:
a) Capacidad de gas
b) Capacidad lquida del separador horizontal
8. CONCLUSIN.
Puesto que el crudo que sale como tal del pozo, no tiene ningn valor, ni uso comercial, sus fracciones representan el empleo energtico tal cual es usado, por esa razn la primera etapa fsica de fraccionamiento es a travs del separador, proceso que permite la divisin primaria, simple y bsica de los componentes del crudo definidos propiamente en estados de agregacin muy diferenciados, liquido-gas. El diseo de un separador de poseer todas las especificaciones que se ajusten a los parmetros del programa de produccin, bajo acciones econmicamente adecuadas.
9. BIBLIOGRAFA.
PROTECCION ANTICORROSIVA ARBOLES DE PRODUCCION EMPRESA PETROLERA CHACO S.A.
Tesis, ingenieria petrolera, Optimizacin de separadores y su aplicacin en vuelta grande -1969- UMSA.
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ABB Vetco Gray. Manual de Entrenamiento
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ARBOLES CHACO rev 10-03-2010
INFORME DE PRCTICAS DE CAMPO CARRASCO
PACIFIC LNG LAS RESERVAS DEL CAMPO MARGARITA
Yacimientos Petrolferos Fiscales Bolivianos (Y.P.F.B.)/ resumen de estados de pozos en campos.
Univ. Burgoa Zeballos, DanielPgina 6
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