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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS
BUCARAMANGA, JUNIO DE 2012
FACILIDADES DE SUPERFICIE:SEPARACIÓN DE DOS FASES
Erik Giovany Montes Páez
Ingeniero de Petróleos UISEspecialista en Producción de Hidrocarburos UIS
Candidato a Magíster en Ingeniería de [email protected]
PROCESOS DE SEPARACIÓN
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
SEPARADOR BIFÁSICOFluido del pozo
Gas
Líquido
SEPARADOR TRIFÁSICOFluido del pozo
Gas
Agua
Crudo
DEFINICIÓN DE FASE
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Cualquier parte homogénea y distinta de un sistema, que se encuentra separada de las otras partes por un límite definido.No necesariamente es continua.
SEPARACIÓN BIFÁSICA
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
El fenómeno se debe a una reducción de presión por debajo de la presión de saturación (presión de burbuja), que lleva a la liberación de una fase gaseosa.
P > Pb P > Pb P = Pb P < Pb P = Patm
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:• Deflector de entrada: Elemento que cambia abruptamente la
dirección de flujo, causando la liberación del gas.
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:• Deflector de entrada • Sección de asentamiento de líquido: la zona inferior del
separador proporciona el tiempo necesario para que el gas atrapado se libere hacia la parte superior.
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:• Deflector de entrada • Sección de asentamiento de líquido• Sección de asentamiento gravitacional: En esta región se
presenta una reducción de la velocidad de flujo de la corriente gaseosa, lo que permite que las gotas de líquido suspendidas caigan por gravedad.Se diseña de tal manera que las gotas mayores que 100 ó 140 micras sean removidas.
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:• Deflector de entrada • Sección de asentamiento de líquido• Sección de asentamiento gravitacional• Extractor de niebla: Este dispositivo genera numerosos cambios
dirección en el flujo del gas, haciendo que las pequeñas gotas de líquido (menores que 100 micras) sean capturadas por elementos coalescedores y caigan por gravedad.
SECCIONES DE UN SEPARADOR BIFÁSICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Todos los separadores bifásicos tienen en común cuatro secciones:• Deflector de entrada • Sección de asentamiento de líquido• Sección de asentamiento gravitacional• Extractor de niebla• Otros accesorios:
• Rompedores de olas• Platos antiespumantes• Rompedores de vórtices• Drenajes de sólidos
TIPOS DE SEPARADORES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Existen diversos tipos de separadores, que cumplen determinadas funciones:
• Separadores Horizontales• Separadores Verticales• Separadores Esféricos• Separadores Centrífugos• Botas de Gas• Separadores Vénturi• Separadores de doble barril• Scrubbers• Slug Catchers
SEPARADORES HORIZONTALES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo (Suponer un CD=0,34).
21
1 0119,0
D
m
g
gl
C
dV
g
mg Vd
0049,0Re
34,0Re
3
Re
245,0DC
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.
21
420
m
D
gl
ggeff d
C
P
TZQdL
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.3.Calcular la capacidad al líquido.
7,02 lreff
QtLd
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.3.Calcular la capacidad al líquido.4.Establecer relaciones entre el diámetro del separador (d) y la longitud efectiva (Leff) para las capacidades al gas y al líquido.
d (in) Gas Leff (ft) Líquido Leff (ft)
16
20
24
30
36
42
48
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.3.Calcular la capacidad al líquido.4.Establecer relaciones entre el diámetro del separador (d) y la longitud efectiva (Leff) para las capacidades al gas y al líquido.
5.Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss) para cada diámetro.
Para Leff > 7,5ft:
Para Leff < 7,5ft:
12
dLL effSS
5,2 effSS LL
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.3.Calcular la capacidad al líquido.4.Establecer relaciones entre el diámetro del separador (d) y la longitud efectiva (Leff) para las capacidades al gas y al líquido.
5.Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss) para cada diámetro.
6.Determinar la relación de esbeltez para cada diámetro.
d
LSR SS12
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.3.Calcular la capacidad al líquido.4.Establecer relaciones entre el diámetro del separador (d) y la longitud efectiva (Leff) para las capacidades al gas y al líquido.
5.Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss) para cada diámetro.
6.Determinar la relación de esbeltez para cada diámetro.7.Seleccionar la opción que contenga una relación de esbeltez entre 3 y 4. En caso de que dos o más opciones se encuentren en ese rango, se puede tomar la decisión de usar la de diámetro menor, pues implica un costo más bajo.
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Ejemplo:
Diseñar un separador horizontal bifásico con los siguientes datos.
Producción de gas: 10MMscfd
Gravedad específica del gas: 0,6
Producción de crudo: 2000BOPD
Gravedad API: 40°
Presión de operación: 1000psia
Temperatura de operación: 60°F
Tamaño de la partícula a retirar: 140mm
Tiempo de retención: 3 minutos
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)
SEPARADORES VERTICALES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo (Suponer un CD=0,34).
21
1 0119,0
D
m
g
gl
C
dV
g
mg Vd
0049,0Re
34,0Re
3
Re
245,0DC
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas. De aquí se obtiene el mínimo diámetro requerido. Cualquier diámetro superior a éste puede ser utilizado.
21
2 5040
m
D
gl
gg
d
C
P
TZQd
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.3.Con la ecuación de la capacidad al líquido calcular la altura (h) para varios diámetros mayores que el diámetro mínimo (Tener cuidado, porque en esta ecuación se obtiene h en pulgadas).
12,02 lrQthd
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.3.Con la ecuación de la capacidad al líquido calcular la altura (h) para varios diámetros mayores que el diámetro mínimo.
4.Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss).
Para d ≤ 36in :
Para d > 36in :
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
12
76h
LSS
12
40
dhLSS
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.3.Con la ecuación de la capacidad al líquido calcular la altura (h) para varios diámetros mayores que el diámetro mínimo.
4.Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss).
5.Calcular la relación de esbeltez.
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
d
LSR SS12
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
1.Determinar el coeficiente de arrastre CD por medio de un proceso iterativo.
2.Calcular la capacidad al gas.3.Con la ecuación de la capacidad al líquido calcular la altura (h) para varios diámetros mayores que el diámetro mínimo.
4.Calcular la longitud entre cordones de soldadura (Lss).
5.Calcular la relación de esbeltez.6.Seleccionar la opción que presente una relación de esbeltez entre 3 y 4.
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
Ejemplo:
Diseñar un separador vertical bifásico con los siguientes datos.
Producción de gas: 10MMscfd
Gravedad específica del gas: 0,6
Producción de crudo: 2000BOPD
Gravedad API: 40°
Presión de operación: 1000psia
Temperatura de operación: 60°F
Tamaño de la partícula a retirar: 140mm
Tiempo de retención: 3 minutos
DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)
SEPARADORES ESFÉRICOS
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
•Botas de gas•Separadores de doble barril
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
•Botas de gas•Separadores de doble barril•Separador horizontal con bota
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
•Botas de gas•Separadores de doble barril•Separador horizontal con bota•Separadores tipo filtro
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
•Botas de gas•Separadores de doble barril•Separador horizontal con bota•Separadores tipo filtro•Slug Catchers
OTRAS CONFIGURACIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
•Botas de gas•Separadores de doble barril•Separador horizontal con bota•Separadores tipo filtro•Slug Catchers•Scrubber
FACILIDADES DE SUPERFICIE: SEPARACIÓN DE DOS FASES
En parejas, realizar las siguientes actividades:
1.Responder las preguntas del capítulo 4 (Ken Arnold, página 236), justificando las respuestas.
2.Considerando el ejemplo del separador horizontal bifásico realizado en clase, suponga que luego de construir el separador (36in de diámetro, 10ft de largo) se descubre un área adicional del campo que permitirá alcanzar una producción total de 30MMscfd y 4000BOPD. ¿De qué manera puede manejarse la producción adicional?
• Tiempo de retención
• Porcentaje de llenado
• Presión de separación
Para enviar al correo antes del lunes 23 de julio.
TAREA No. 5