43
Optimización de la

Optimizacion presion

Embed Size (px)

DESCRIPTION

optimizar presion pozo petroleo

Citation preview

  • Optimizacin de la

  • Es posible demostrar mediante clculos flash que en la separacin con mas etapas, el aceite tiene mayor tendencia a la estabilizacin de los componentes ligeros en la fase liquida.

    Adems los requerimientos de potencia disminuyen debido a que al haber mas etapas de separacin, las presiones en ellas son mayores que cuando hay menos etapas, y por lo tanto, el gas se separa a mayores presiones, necesitando menos potencia para comprimir el gas separado.

    En la tabla se presenta la simulacin del proceso de separacin bajo diferentes escenarios para una muestra rica en condesados :

  • De la informacin presentada puede concluirse que el gasto mximo y los requerimientos mnimos de compresin se obtienen para un sistema de separacin con cuatro etapas, sin contar el tanque de almacenamiento.

    En forma ideal, la recuperacin mxima de lquidos se obtiene con un sistema de separacin con un nmero infinito de separadores. El lquido adicional que se recupera al ir agregando un separador cada vez ms pequeo, por lo que llega un punto en que las ganancias adicionales no pagan los separadores e instalaciones.

    Por lo anterior para cada caso en particular existe un nmero ptimo de separadores.

  • La siguiente tabla es una gua general del nmero ptimo de etapas de separacin, excluyendo el tanque de almacenamiento, desarrollada en base a la experiencia de campo.Esta tabla no reemplaza los clculos flash, ni estudios de ingeniera detallados y se incluye solamente para normar criterios.

  • La presin en la primera etapa de separacin es dependiente de la presin disponible en la cabeza de los pozos y los requerimientos de presin necesarios para transportar los hidrocarburos desde los pozos a la batera donde se van a separar.

    La presin en la ltima etapa comnmente se supone como la presin en el tanque de almacenamiento, pero debe tomarse en cuenta que se pueden presentar grandes perdidas de ligeros, con el consecuente encogimiento del aceite y aumento de densidad; adems de acuerdo a la reglamentacin para proteccin del medio ambiente, no debe haber vaporizacin excesiva.

    Para evitar este problema en varios lugares se utiliza un tanque elevado como ultima etapa de separacin, cuya presin de operacin se determina en base a la presin de vapor de la mezcla a separar.

  • En las presiones intermedias es donde se tiene mayor control, por lo que se pueden realizar simulaciones para determinar cuales son la presiones optimas de acuerdo al criterio de evaluacin que se elija.

    Si se tienen 3 etapas de separacin se optimizar la presin en la segunda etapa, si son 4 etapas, se buscara la combinacin optima de las presiones en la segunda y tercera etapa.

  • Mtodo emprico de Frick para calcular la presin de separacin en un sistema de separacin por etapas.

  • Mtodo Emprico de Frick.T. Frick, publico una tabla que puede ser til para formarse un criterio, respecto al nmero de etapas de separacin, en una central de recoleccin (batera)

    El numero de etapas ms econmico se encuentra entre un rango de 3 a 4 etapas.

    Etapas de separacin% de aproximacin a una separacin diferencial20375490596698.5

  • Mtodo Emprico de Frick.Las relaciones de presiones de operacin entre etapas en una separacin de mltiple-etapa puede ser aproximada con la ecuacin siguiente:

    Los datos son P1 y P4

  • Mtodo Emprico.Sustituyendo P3 de 3.34 en 3.35

    Haciendo:Se tiene:Donde:

  • Mtodo de Campbell para determinar la presin ptima de separacin en la segunda etapa en un sistema de 3 etapas.

  • Mtodo de CampbellLa determinacin de la presin ptima de la segunda etapa, se basa en una correlacin que consta de dos ecuaciones:

    Para mezclas que entran al sistema de separacin con densidad relativa mayor que 1 respecto al aire:

  • Para mezclas que entran al sistema de separacin con densidad relativa menor que 1 respecto al aire:

    La constante A se determina con la fig. III.20, utilizando la densidad relativa de la mezcla que entra al sistema de separacin y el por ciento molar de metano, etano y propano.

    Mtodo de Campbell

  • Mtodo de CampbellFigura III.20Esta correlacin da resultados con un error medio del 5%.

  • Ejemplo de Aplicacin. Mtodo de CampbellDeterminar la presin ptima de separacin en la segunda etapa en un sistema de 3 etapas.

    Datos: Presin de separacin en la primera etapa, P1 = 800 lb/pg2 abs.

  • De donde:

    Como la densidad relativa de la mezcla es mayor que 1, s e utiliza la ecuacin 3.37:

    Si

  • De la fig. III.20 A=0.45

  • Balance de materia en un proceso de separacin gas-aceite

    El proceso de separacin del gas y el aceite es realizado por una serie de etapas de separacin.Una etapa de separacin se define como la condicin a la cual el aceite y el gas alcanzan el equilibrio, a la presin y temperatura existentes en el separador.Para determinar las cantidades de gas y lquidos separados se llevan a cabo clculos de balance de materia, estos se presentan a continuacin:

  • De un balance global por componente, se determina:

    Por otra parte la constante de equilibrio vapor-lquido se define como:

    La Ki se puede determinar de correlaciones, grficas, tablas, ecuaciones de estado.

  • Considerando un mol de alimentacin F=1.00, se tiene:De (1:De (2: (4 De (3:(5De (4 y (5

    Por lo tanto

  • Adems, para las fases liquida y vapor debe ampliarse(7(8La solucin de la ecuacin (6 es en forma iterativa, suponiendo valores de V que satisfagan (6), (7) y (8)

  • Ejemplo:

    Nota: en los apuntes de la facultad utilizan V para designar al nmero de moles, en estas notas se utiliza ng

  • Determinacin de gastos, RGA, o por etapa y totalUn sistema de separacin en etapas puede simularse efectuando clculos de balance de materia en cada etapa, obteneniendose la RGA, API, y la o.

    F= numero de moles de alimentacinnt= numero de moles totales

  • moles de liquido recuperados despus de cada etapa de separacin

    moles de liquido recuperados por mole de alimentacin al sistema (F=1.00)

    para m etapas:

  • volumen de liquido recuperado por mole de alimentacin al sistema

    Donde

  • moles de gas separados por etapa

    moles de gas por mole de alimentacin (F=1.00)

    para la etapa m:

  • Los volmenes de gas separados por etapa se obtienen multiplicando cada numero de moles por el volumen molar de gas @ c. s.

    Donde

  • RGA total

    Bo

  • Objetivos:Mnimos requerimientos de compresinMxima recuperacin de lquidos a las condiciones de tanque de almacenamientoMximas ganancias (anlisis econmico)

  • Mnimos requerimientos de compresinLas condiciones de operacin en un sistema de separacin en etapas, pueden determinarse con el fin de disminuir los costos o potencia de compresin requerida para transportar el gas.

    Estos costos pueden ser muy significativos, ya que generalmente se liberan grandes volmenes de gas en las bateras de separacin; por especificaciones de diseo.

    El gas debe llegar a las plantas de tratamiento a una presin de 1,000lb/pg2 despus de vencer las cadas de presin en los gasoductos.

  • Al igual que con el criterio de Mxima recuperacin de lquidos, el mtodo consiste en asignar presiones a las etapas de separacin, realizar los clculos de equilibrio vapor liquido y estimar los valores de la potencia necesaria para comprimir el gas separado.

    Esto se repite con todas las presiones posibles en las etapas de prueba y se eligen las presiones que proporcionen el valor mnimo de potencia requerida.

    El mtodo supone la instalacin independiente de un compresor por etapa de separacin, cuya presin de succin es la presin de separacin y la de descarga es la presin necesaria para enviar el gas a la planta de tratamiento.

  • En la aplicacin del mtodo es necesario disponer previamente de los siguientes datos: El nmero de etapas de separacin 2) Las temperaturas de cada etapa 3) La composicin de la corriente que se alimenta al sistema. 4) La presin de envo a la planta de tratamiento del gas ( Presin de descarga de las compresoras)

  • El procedimiento utilizado es iterativo y en cada iteracin se asignan valores de presin a cada una de las etapas intermedias, obtenindose el volumen de gas separado y la potencia necesaria para comprimir el gas y poder enviarlo a la planta de tratamiento.

    Las presiones en la primera y la ltima etapa por lo general, permanecen fijas, ya que la presin en la primera etapa ser la de envo a la planta de tratamiento o a la que llegue la corriente de hidrocarburos a la batera de separacin; para la ltima etapa la presin ser la del tanque de almacenamiento, la cual equivale prcticamente a la especificada por las condiciones estndar.

    El proceso se repite para todos los posibles valores de presin en cada etapa, hasta encontrar aquellos con los que se obtenga la mnima potencia.

  • El gasto de gas liberado en la etapa j, se determina por la siguiente ecuacin:

    donde:

    qgj , gasto de gas liberado en la etapa j, en millones de pie cbico por da a condiciones estndar.

    RGAj , relacin gas-aceite en la etapa j, pie3/bl qo , gasto de aceite de alimentacin al sistema, en bl/da a condiciones estndar.

  • La relacin gas aceite liberado en la etapa j (RGAj ), se puede obtener por medio de clculos de equilibrio vapor-lquido.

    Sin embargo, para fines prcticos se pueden utilizar correlaciones PVT como la de Vzquez, Standing, etc. o ecuaciones de estado como Peng-Robinson, Soave, etc.

  • La potencia terica para incrementar la presin del gas separado en cada etapa, se calcula mediante la siguiente expresin:

    HP , potencia terica, en caballos de fuerza (HP). Nc , nmero de pasos de compresinRc , relacin de compresin, Pd/Ps k , relacin de calores especficos, Cp/Cv qgj gasto de gas liberado en la etapa j, en millones de pie cbico por da a condiciones estndar.

  • La presin de descarga de las compresoras (Pd) corresponde a la presin de envo, mientras que la presin de succin (Ps) , corresponde a la de separacin.

    La relacin de compresin (Rc) ,se define como la presin de descarga entre la de succin (Pd/Ps) , se recomienda que su valor sea menor de cuatro. Esta limitacin es debida a que, al aumentar la relacin de compresin, disminuye la eficiencia mecnica de las compresoras y se incrementan los esfuerzos a que se somete el equipo.

    Cuando el valor de la relacin de compresin resulte mayor de cuatro, el proceso de compresin debe realizarse en varios pasos o etapas.

  • Para calcular el nmero de pasos de compresin se utiliza la siguiente ecuacin:

    Donde: Rc , relacin de compresin; debe ser menor que cuatro Pd , presin de envo a la planta de tratamiento, en lb/pg2 absoluta. Ps , presin de separacin, lb/pg2, absoluta. Nc , nmero de pasos de compresin

  • Ejemplo de la Relacin de compresin Pd = 1000 (lb/pg2)absPs = 40 (lb/pg2)abs

    Considerando:

  • La relacin de calores especficos (k), se ha determinado para hidrocarburos gaseosos de diferentes pesos moleculares a la temperatura de 150F, y se obtiene con la siguiente expresin:

    Donde: k , relacin de calores especficos medidos a 150F PMg, peso molecular del gas

  • La potencia real requerida por etapa, se calcula dividiendo la potencia terica (HP.) entre la eficiencia de compresin ( Ec. ) . Este ltimo valor se obtiene mediante una correlacin emprica que esta en funcin de la relacin de compresin y es:

    Donde: Ec, eficiencia de compresin Rc , relacin de compresin

  • Por lo tanto la potencia real de compresin es:

    Donde: BHP , potencia real en la etapa j, (HP) HP , potencia terica en la etapa j, (HP)Ec, eficiencia de compresin

  • Una vez calculada la potencia real requerida para transportar el gas separado en cada etapa del sistema se suman para obtener la potencia real total, la cual se grafica respecto a las presiones asignadas a cada etapa.

    Cuando la potencia alcance su valor mnimo, las presiones en cada etapa sern las optimas para minimizar los costos por compresin del gas separado en el sistema.

    *******************************************