TESIS FACILIDAD VILLANO.pdf

II

UNIVERSIDAD TECNOLGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

ESCUELA DE PETRLEOS

TECNOLOGIA DE PETROLEOS

ESTUDIO DEL PROCESO DE DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN

SEPARADOR TRIFSICO FREE WATER KNOCKOUT PARA EL CAMPO

VILLANO ALFA DE LA EMPRESA AGIP OIL ECUADOR POR LA EMPRESA

ACERO DE LOS ANDES

Tesis previa a la obtencin del Ttulo de:

TECNLOGO DE PETRLEOS

Autor:

TOMS FREIRE CRUZ

Director de tesis:

ING. VINICIO MELO

Quito Ecuador

2010

III

DECLARACIN

Del contenido del presente trabajo se responsabiliza nica y exclusivamente el autor.

Kleber Toms Freire Cruz

CI. 171691873-3

IV

CERTIFICACIN DEL DIRECTOR

V

CARTA DE LA EMPRESA

VI

DEDICATORIA

A Estefana y Ma. Eduarda que colman mi vida de alegras y me alimentan con su

amor para seguir adelante; son las personas que da a da me sirven de inspiracin para

seguir adelante en mi crecimiento personal y profesional.

VII

AGRADECIMIENTO

Al finalizar este trabajo, no puedo olvidar agradecer a las personas sin quienes

no hubiese sido posible concretarlo.

A Patricia y Eduardo, sin su apoyo, consejo y comprensin durante todo este

tiempo, por haberse tornado mis guas.

A mi madre, Edna por apoyarme a lo largo de mis estudios, por formarme e

inculcarme todos sus valores.

A los Ingenieros Vinicio Melo, Jorge Mio, Pablo Espinel y Reinaldo Vivanco,

de la misma forma a Industrias Acero de los Andes S.A y a AGIP ENI Oil Ecuador y

por brindarme los instrumentos necesarios para alcanzar el xito de este proyecto.

A mi hermano Joel, a mis amigos y compaeros de carrera, sin cuyo apoyo

incondicional no hubiese alcanzado este sueo.

A la Universidad Tecnolgica Equinoccial y toda su planta docente, por su

vocacin de servicio al formar profesionales ntegros para el servicio de la sociedad.

A todos Gracias.

VIII

RESUMEN

La presente investigacin tiene como objetivo presentar los fundamentos

tericos de diseo y construccin de separadores trifsicos, primordialmente los equipos

Free Water Knockout, con el fin de brindar los conocimientos necesarias de modo que

sean herramientas para entender su funcionamiento y diseo conceptual. De la misma

forma se exponen algunas consideraciones concretas aplicadas al diseo de equipos de

separaciones cuyo volumen de operacin ser mayor al 50%.

En el Captulo II se presenta en detalle las instalaciones de procesamiento de

crudo del campo Villano Alfa, lugar donde se dispuso el equipo de separacin objeto

del presente estudio, y se hace una descripcin de los problemas de la misma.

El Captulo III hace nfasis en presentar de manera clara las principales

caractersticas de la separacin de fases.

A lo largo del Captulo IV se cubren los detalles relacionados con la estructura,

funcionamiento, problemas operacionales y seleccin con los principales tipos de

equipos de separacin utilizados en la industria petrolera.

El Captulo V detalla el funcionamiento y particularidades de los equipos de

separacin trifsica, sus internos, detalles de servicio y principales aplicaciones.

El diseo conceptual est fundamentado y explicado a lo largo del Captulo VI,

se presentan las ecuaciones utilizadas para el mismo, haciendo distincin en el caso

particular de equipos para volmenes de diseo y operacin diferentes al 50% del

cilindro.

Respecto al proceso de construccin del separador el Captulo VII describe

brevemente los procesos y equipos empleados para este propsito, as como algunos

procedimientos no invasivos para verificar la calidad de los procesos.

Finalmente en el Captulo VIII, se enuncian conclusiones y recomendaciones

producto de la culminacin del presente trabajo.

IX

SUMMARY

This research aims to present the theoretical foundations of design and

construction of three-phase separators, primarily the Free Water Knockout equipment,

to provide the necessary knowledge as tools to understand how it works and the

conceptual design of it. In the same way , specific considerations applied to the design

of the separation equipment whose volume of operation is greater than 50%, are

exposed.

Chapter II provides details of the oil processing facilities of the field Villano

Alfa, place where the separator which is studied in this work was installed, and a

description of the problems of the field is pointed out .

Chapter III emphasizes the clear presentation of the main features of phase

separation.

The details related to the structure, operation, operational problems and selection

of the main types of separation equipment used in the oil industry are covered in

chapter IV.

Chapter V details the functioning and particularities of the three-phase

separation, their internals, service details and main applications.

The conceptual design is informed and explained in chapter VI, and the

equations used for it, making distinction in the particular case of equipment for design

volumes different to the 50% of the cylinder.

About the process of construction, chapter VII briefly describes the processes

and equipment used for this purpose, as well as non-destructive procedures to verify the

quality of the processes.

Finally, in Chapter VIII, conclusions and recommendations are draw as product

of the culmination of this work.

X

NDICE DE CONTENIDO

DECLARACIN ........................................................................................................ III

CERTIFICACIN DEL DIRECTOR ......................................................................... IV

CARTA DE LA EMPRESA ........................................................................................ V

DEDICATORIA ......................................................................................................... VI

AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. VII

RESUMEN .............................................................................................................. VIII

SUMMARY ............................................................................................................... IX

NDICE DE CONTENIDOS ........................................................................................ X

NDICE GENERAL ................................................................................................... XI

NDICE DE FIGURAS .......................................................................................... XVIII

NDICE DE ECUACIONES .................................................................................... XXI

NDICE DE TABLAS ............................................................................................ XXII

NDICE DE ANEXOS........................................................................................... XXIII

ABREVIATURAS................................................................................................ XXIV

XI

NDICE GENERAL

CAPTULO I .............................................................................................................. 1

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................... 1

1.2. OBJETIVOS ..................................................................................................... 1

1.2.1. OBJETIVO GENERAL................................................................................. 1

1.2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS ......................................................................... 1

1.3. JUSTIFICACIN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIN ................... 2

1.4. IDEA A DEFENDER ........................................................................................ 3

1.5. METODOLOGA ............................................................................................. 4

1.5.1. MTODOS ................................................................................................... 4

1.5.2. TCNICAS ................................................................................................... 4

1.5.2.1. TCNICA DE CAMPO ......................................................................... 4

1.5.2.2. RECOPILACIN BIBLIOGRFICA ................................................... 4

CAPTULO II ............................................................................................................... 6

2. CAMPO VILLANO ALFA ............................................................................... 6

2.1. UBICACIN .................................................................................................... 6

2.2. DATOS DEL CAMPO ...................................................................................... 6

2.3. CONSIDERACIONES AMBIENTALES .......................................................... 6

2.4. CARACTERIZACIN DEL CRUDO DEL CAMPO VILLANO ALFA .......... 7

2.4.1. RESULTADOS DE PRUEBAS DE DESMULSIFICACIN ........................ 9

2.5. DESCRIPCIN DE LAS UNIDADES Y DEL PROCESO ............................... 9

2.5.1. SISTEMA DE POZOS PRODUCTORES ..................................................... 9

2.5.2. SISTEMA DE POZOS INYECTORES ....................................................... 11

2.5.3. DISTRIBUIDOR DE PRODUCCIN (PRODUCTION MANIFOLD) ....... 11

2.5.4. EQUIPO DE SEPARACIN FREE WATER KNOCK OUT ........................ 12

2.5.4.1. CARACTERSTICAS DE LOS SEPARADORES .............................. 13

2.5.4.2. CONDICIONES DE DISEO DE LOS SEPARADORES .................. 13

2.5.4.3. CONDICIONES ACTUALES DE OPERACIN DE LOS

SEPARADORES ................................................................................. 14

2.5.5. SISTEMA DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO ............................... 15

2.5.6. HIDROCICLONES ..................................................................................... 17

2.5.7. SISTEMA DE BOMBAS ............................................................................ 18

XII

2.5.7.1. BOMBAS CENTRFUGAS ................................................................ 18

2.5.7.2. BOMBAS DE LA LNEA DE FLUJO A/B/C/D .................................. 18

2.5.9. WATER INJECTION PUMPS A/B/C/D: .................................................... 19

2.5.10. OIL BOOSTER PUMPS A/B/C............................................................... 21

2.5.11. WATER BOOSTER PUMPS A/B/C/D ................................................... 22

2.5.12. UNIDAD SAMPLER O TOMA MUESTRAS ......................................... 22

2.5.13. SISTEMA DE INYECCIN DE QUMICOS ......................................... 23

2.6. FACILIDADES CENTRALES DE PRODUCCIN (CPF) ............................. 24

2.7. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA ................................................................ 25

CAPTULO III ........................................................................................................... 39

3. SEPARACIN DE FASES ................................................................................. 39

3.1. CONSIDERACIONES BSICAS ................................................................... 39

3.1.1. PRINCIPIOS DE LA SEPARACIN FSICA ............................................ 39

3.1.2. MOMENTUM (CANTIDAD DE MOVIMIENTO) ..................................... 39

3.1.3. FUERZA DE GRAVEDAD ........................................................................ 39

3.1.4. COALESCENCIA....................................................................................... 41

3.2. FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIN AGUA-PETRLEO .................... 41

3.2.1. FORMACIN DE EMULSIONES ............................................................. 41

3.2.2. PRUEBA DE BOTELLA ............................................................................ 43

3.2.3. DESMULSIFICACIN .............................................................................. 44

3.2.4. EFECTOS DE LA TEMPERATURA .......................................................... 45

3.3. DESCRIPCIN DEL PROCESO DE SEPARACIN ..................................... 46

3.3.1. SEPARACIN PRIMARIA ........................................................................ 47

3.3.1.1. SECCIN DE SEPARACIN PRIMARIA ......................................... 47

3.3.1.2. SECCIN DE SEPARACIN SECUNDARIA .................................. 48

3.3.1.3. SEPARACIN POR COALESCENCIA ............................................. 48

CAPTULO IV ........................................................................................................... 40

4. EQUIPOS DE SEPARACIN ............................................................................ 40

4.1. INTRODUCCIN .......................................................................................... 40

4.2. CONSIDERACIONES BSICAS ................................................................... 41

4.3. REQUERIMIENTOS DE LOS SEPARADORES ........................................... 42

4.4. CONSIDERACIONES DE LOS SEPARADORES ......................................... 42

XIII

4.5 SEPARADORES VERTICALES .................................................................... 43

4.5.1. VENTAJAS ................................................................................................ 44

4.5.2. DESVENTAJAS ......................................................................................... 44

4.5.3. TAMBOR KO DE SUCCIN DE COMPRESOR ....................................... 46

4.5.4. TAMBOR KO DE LA ALIMENTACIN AL ABSORBEDOR DE GAS

CIDO ........................................................................................................ 46

4.6. SEPARADORES HORIZONTALES .............................................................. 46

4.6.1. VENTAJAS ................................................................................................ 46

4.6.2. DESVENTAJAS ......................................................................................... 47

4.6.3. SEPARADORES DE PRODUCCIN ........................................................ 48

4.6.4. TAMBORES DE ALIVIO ........................................................................... 48

4.6.5. SEPARADOR CENTRFUGO .................................................................... 49

4.6.6. SEPARADOR DE FILTRO ........................................................................ 49

4.6.7. SEPARADOR DE ENTRADA.................................................................... 50

4.6.8. SEPARADORES EN SERIE ....................................................................... 51

4.6.9. TANQUES DE VENTEO ........................................................................... 51

4.6.10. TRAMPAS O KNOCKOUT DRUMS ...................................................... 52

4.6.11. SEPARADOR DE BACHES ................................................................... 52

4.7. FUNCIONAMIENTO DE LOS SEPARADORES .......................................... 52

4.8. FUNCIONES DE LOS SEPARADORES ....................................................... 53

4.8.1. REMOCIN DEL PETRLEO DEL GAS ................................................. 54

4.8.2. REMOCIN DEL GAS DEL PETRLEO ................................................. 54

4.8.3. SEPARACIN DEL AGUA DEL PETRLEO .......................................... 55

4.8.4. FUNCIONES SECUNDARIAS DEL SEPARADOR .................................. 55

4.9. FLUIDOS DEL POZO Y SUS CARACTERSTICAS .................................... 56

4.9.1. PETRLEO CRUDO .................................................................................. 57

4.9.2. CONDENSADO ......................................................................................... 57

4.9.3. GAS NATURAL ......................................................................................... 57

4.9.4. GAS LIBRE ................................................................................................ 57

4.9.5. SOLUCIN DE GAS .................................................................................. 58

4.9.6. VAPORES CONDENSABLES ................................................................... 58

4.9.7. AGUA ASOCIADA .................................................................................... 58

XIV

4.9.8. IMPUREZAS Y MATERIALES EXTRAOS............................................ 58

4.10. VRTICES ..................................................................................................... 59

4.11. PROBLEMAS OPERACIONALES ................................................................ 60

4.11.1. FORMACIN DE ESPUMA .................................................................. 60

4.11.2. FLUJO DE AVANCE ............................................................................. 61

4.11.3. MATERIALES PEGAJOSOS ................................................................. 61

4.11.4. PRESENCIA Y ACUMULACIN DE SLIDOS .................................. 61

CAPTULO V ............................................................................................................ 65

5. FREE WATER KNOCKOUT ............................................................................. 65

5.1 SEPARADORES HORIZONTALES CON BOTA DECANTADORA ........... 65

5.2 TAMBORES HORIZONTALES CON LAS DOS FASES LQUIDAS

DENTRO DEL CUERPO CILNDRICO ........................................................ 67

5.3 TAMBORES HORIZONTALES CON COMPARTIMIENTOS SEPARADOS ..

........................................................................................................................ 68

5.4 DESCRIPCIN DE LOS INTERNOS DEL SEPARADOR ............................ 70

5.4.1 FUNCIONES DE LOS INTERNOS ............................................................ 70

5.4.2 DEFLECTORES ......................................................................................... 72

5.4.3 DISTRIBUIDORES DE ENTRADA ........................................................... 72

5.4.4 CICLONES ................................................................................................. 73

5.4.5 EXTRACTOR DE NIEBLA ........................................................................ 74

5.4.5.1 EXTRACTOR DE NIEBLA TIPO MALLA ........................................ 74

5.4.5.2 EXTRACTOR DE NIEBLA TIPO PLACAS ....................................... 76

5.4.5.3 EXTRACTOR DE NIEBLA TIPO CICLN ....................................... 78

5.4.6 PLACA ROMPE-VRTICES ..................................................................... 78

5.4.7 PLACAS ROMPE-ESPUMAS .................................................................... 80

5.4.8 ROMPE-OLAS ........................................................................................... 80

5.4.9 TUBERAS INTERNAS ............................................................................. 81

CAPTULO VI ........................................................................................................... 83

6. DISEO DEL SEPARADOR ............................................................................. 83

6.1 DEFINICIONES PREVIAS ............................................................................ 83

6.1.1 TEMPERATURA DE DISEO .................................................................. 83

6.1.2 TEMPERATURA DE OPERACIN .......................................................... 84

XV

6.1.3 TEMPERATURA DE OPERACIN MXIMA ......................................... 84

6.1.4 TEMPERATURA DE OPERACIN MNIMA .......................................... 84

6.1.5 TEMPERATURA CRTICA DE EXPOSICIN (TCE) ............................... 84

6.1.6 TEMPERATURA MNIMA DE PRUEBA HIDROSTTICA .................... 85

6.1.7 PRESIN DE DISEO ............................................................................... 85

6.1.8 PRESIN DE OPERACIN ....................................................................... 85

6.1.9 PRESIN DE OPERACIN MXIMA ..................................................... 85

6.1.10 PRESIN DE OPERACIN MNIMA (VACO) ................................... 86

6.1.11 PRESIN DE TRABAJO MXIMA PERMISIBLE (MAWP) ................ 86

6.1.12 PRESIN DE PRUEBA HIDROSTTICA ............................................ 86

6.2 CONSIDERACIONES PARA EL DISEO .................................................... 86

6.2.1 DECANTACIN DE LAS FASES LQUIDAS .......................................... 86

6.2.1.1 VELOCIDAD DE DECANTACIN Y DE FLOTACIN .................. 86

6.2.1.2 COALESCENCIA ............................................................................... 89

6.2.2 IDENTIFICACIN DE LOS NIVELES EN UN RECIPIENTE .................. 89

6.2.2.1 VOLUMEN DE OPERACIN DE LA FASE LIVIANA .................... 93

6.2.2.2 TIEMPO DE RESIDENCIA DE OPERACIN DE LA FASE LIVIANA

............................................................................................................ 93

6.2.2.3 VOLUMEN DE OPERACIN DE LA FASE PESADA ..................... 94

6.2.2.4 TIEMPO DE RESIDENCIA DE OPERACIN DE LA FASE PESADA

............................................................................................................ 94

6.2.2.5 TIEMPO DE RESPUESTA O DE INTERVENCIN DEL OPERADOR

............................................................................................................ 94

6.2.2.6 VOLUMEN DE EMERGENCIA ......................................................... 95

6.2.2.7 NIVEL BAJO-BAJO DE LQUIDO LIVIANO ................................... 95

6.2.2.8 NIVEL BAJO DE INTERFACE .......................................................... 95

6.2.2.9 DIFERENCIA MNIMA DE NIVEL ENTRE NAAL y NBBL ............ 96

6.2.2.10 DIFERENCIA MNIMA DE NIVEL ENTRE NAI y NBI ................... 96

6.2.3 LONGITUD EFECTIVA DE OPERACIN (Leff) ...................................... 96

6.3 PROCESO A SEGUIR PARA DISEO DE SEPARADORES ....................... 97

6.4 DISEO DEL SEPARADOR TRIFSICO .................................................... 99

6.4.1 TEORA PARA EL DISEO ...................................................................... 99

XVI

6.4.1.1 SEPARACIN DEL AGUA Y EL PETRLEO ................................. 99

6.4.1.2 TAMAO DE LA GOTA DE AGUA EN EL PETRLEO ............... 100

6.4.1.3 TAMAO DE LA GOTA DE PETRLEO EN EL AGUA ............... 100

6.4.1.4 TIEMPO DE RETENCIN ............................................................... 101

6.5 PROCESO DE DISEO ........................................................................... 103

6.5.1 DIMENSIONAMIENTO DEL SEPARADOR ...................................... 104

6.5.2 DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADORES HORIZONTALES CON

VOLUMEN DE LQUIDO DIFERENTE A 50% .................................. 104

6.5.2.1 RESTRICCIN POR CAPACIDAD DE GAS .................................. 108

6.5.2.2 RESTRICCIN POR LA ECUACIN DE SEPARACIN .............. 108

6.5.2.3 DETERMINACIN DE LA LONGITUD COSTURA-COSTURA ... 109

6.5.2.4 RELACIN DE ESBELTEZ ............................................................. 111

6.5.3 CONSIDERACIONES PARA EL DISEO MECNICO ..................... 112

6.5.4 TEMPERATURA PARA EL DISEO .................................................. 112

6.5.5 PRESIN DE DISEO ......................................................................... 112

6.5.6 ESFUERZOS MXIMOS PERMISIBLES ........................................... 113

6.5.7 DETERMINACIN DEL ESPESOR DE LA PARED DEL RECIPIENTE .

.............................................................................................................. 114

6.5.8 CORROSIN PERMISIBLE ................................................................ 115

6.5.9 PROCEDIMIENTO DE INSPECCIN ................................................. 115

6.5.10 ESTIMACIN DEL PESO DEL SEPARADOR ............................... 115

6.5.11 ESPECIFICACIONES PARA RECIPIENTES BAJO PRESIN ....... 117

6.5.12 BOQUILLAS .................................................................................... 117

6.6 PROCESO DE DISEO DEL SEPARADOR EN ESTUDIO .................... 118

CAPTULO VII ........................................................................................................ 126

7. DESCRIPCIN DE LA CONSTRUCCIN ..................................................... 126

7.1 ANTECEDENTES ........................................................................................ 126

7.2 SECCIN DE TRAZO Y CORTE ................................................................ 126

7.2.1 MQUINA DE OXICORTE CNC ............................................................ 126

7.2.2 PANTGRAFO DE CORTE .................................................................... 127

7.2.3 TORNO Y FRESADORA ......................................................................... 128

7.3 PROCESO DE DOBLADO........................................................................... 128

XVII

7.4 SECCIN DE SOLDADURA ...................................................................... 130

7.4.1 SOLDADURA DEL CILINDRO .............................................................. 131

7.4.2 SUELDA DE CORDN CONTINUO ...................................................... 132

7.4.3 CONSTRUCCIN DE LOS CASQUETES .............................................. 132

7.4.4 PRUEBAS DE SOLDADURA .................................................................. 133

7.5 BOCAS DEL SEPARADOR ......................................................................... 134

7.5.1 BOCAS PARA TOMA DE MUESTRAS .................................................. 135

7.5.2 MANHOLE ............................................................................................... 135

7.5.3 BOCA DE ENTRADA DE FLUIDOS ...................................................... 137

7.5.4 BOCAS DE SALIDA DE LOS FLUIDOS ................................................ 137

7.5.5 BOCAS PARA INSTRUMENTACIN .................................................... 137

7.6 DOMO DE GAS ........................................................................................... 138

7.7 CONSIDERACIONES ESPECIALES .......................................................... 139

7.8 PROTECCIN A LA CORROSIN............................................................. 140

7.9 SILLAS DEL SEPARADOR ........................................................................ 140

7.10 INTERNOS DEL SEPARADOR .................................................................. 141

7.10.1 DEFLECTOR ........................................................................................ 142

7.10.2 PLACA ROMPE VRTICE.................................................................. 143

7.10.3 EXTRACTOR DE NIEBLA .................................................................. 144

7.10.4 SISTEMA DE LIMPIEZA SAND JET ................................................... 146

7.11 GRANALLADO ........................................................................................... 146

7.12 RECUBRIMIENTOS .................................................................................... 148

7.13 REVESTIMIENTO ....................................................................................... 148

CAPTULO VIII ....................................................................................................... 151

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 151

8.1 CONCLUSIONES ........................................................................................ 151

8.2 RECOMENDACIONES ............................................................................... 152

GLOSARIO DE TRMINOS ................................................................................... 154

BIBLIOGRAFA ...................................................................................................... 159

XVIII

NDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. POZOS PRODUCTORES DEL CAMPO VILLANO A............................................. 10

FIGURA 2. POZOS INYECTORES ..................................................................................... 11

FIGURA 3. BATERA DE SEPARACIN CAMPO VILLANO A .............................................. 12

FIGURA 4. TANQUES DE ALMACENAMIENTO VILLANO ALFA ........................................ 16

FIGURA 5. HIDROCICLONES .......................................................................................... 17

FIGURA 6. BOMBAS DE LA LNEA DE FLUJO .................................................................. 19

FIGURA 7. BOMBA PARA INYECCIN DE AGUA WIP ...................................................... 20

FIGURA 8. BOMBAS BOOSTER A/B/C ............................................................................ 21

FIGURA 9. SAMPLER..................................................................................................... 22

FIGURA 10. SISTEMA DE INYECCIN DE QUMICOS ........................................................ 23

FIGURA 11. LAYOUT GENERAL DEL CPF ....................................................................... 24

FIGURA 12. MICROFOTOGRAFA DE UNA EMULSIN AGUA EN PETRLEO ........................ 42

FIGURA 13. ESTABILIZACIN DE LA EMULSIN ............................................................. 42

FIGURA 14. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA DE BOTELLA ............................................. 44

FIGURA 15. EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN LA VISCOSIDAD DE DIFERENTE CRUDOS .. 46

FIGURA 16. ACCESORIOS DE LA SECCIN DE SEPARACIN PRIMARIA ............................ 47

FIGURA 17. ACCIN DE LAS FUERZAS EN LA SEPARACIN DE FASES ............................... 48

FIGURA 18. DISPOSITIVOS DE LA SECCIN DE EXTRACCIN DE NIEBLA ......................... 49

FIGURA 19. SEPARADOR VERTICAL .............................................................................. 45

FIGURA 20. SEPARADOR HORIZONTAL .......................................................................... 47

FIGURA 21. DIMENSIONES TPICAS EN UN SEPARADOR CON ESPACIO PARA VENTEO ........ 48

FIGURA 22. FILTROS COALESCEDORES ......................................................................... 50

FIGURA 23. SEPARADOR DE FILTRO .............................................................................. 51

FIGURA 24. SEPARADOR HORIZONTAL .......................................................................... 53

FIGURA 25. VLVULAS TPICAS PARA MANTENER LA PRESIN ....................................... 56

FIGURA 26.PARTES DE UN VRTICE .............................................................................. 59

FIGURA 27. VRTICES EN UN SEPARADOR .................................................................... 60

FIGURA 28. SEPARADORES HORIZONTALES CON BOTA DECANTADORA ......................... 67

FIGURA 29. SEPARADORES HORIZONTALES CON LAS DOS FASES LQUIDAS DENTRO DEL

CUERPO CILNDRICO ............................................................................................. 69

XIX

FIGURA 30. SEPARADOR HORIZONTAL CON COMPARTIMIENTOS SEPARADOS .................. 71

FIGURA 31. TIPOS DE DEFLECTORES ............................................................................. 73

FIGURA 32.TIPOS DE DISTRIBUIDORES .......................................................................... 74

FIGURA 33. EXTRACTOR DE NIEBLA TIPO MALLA ......................................................... 75

FIGURA 34. EXTRACTORES DE NIEBLA TIPO PLACAS ..................................................... 77

FIGURA 35. EXTRACTOR DE NIEBLA TIPO CICLN ......................................................... 79

FIGURA 36. PLACAS ROMPE-VRTICE .......................................................................... 79

FIGURA 37. PLACAS ROMPE-ESPUMA ........................................................................... 80

FIGURA 38. PLACAS ROMPE-OLAS ............................................................................... 81

FIGURA 39. SISTEMA SAND JET .................................................................................... 81

FIGURA 40. IDENTIFICACIN DE LOS NIVELES EN SEPARADORES .................................... 91

FIGURA 41.NIVELES EN UN SEPARADOR HORIZONTAL .................................................. 92

FIGURA 42. DISTRIBUCIN DE TAMAOS DE GOTA PARA EL AGUA ............................... 102

FIGURA 43. RELACIN DE REAS () VS. ALTURAS () PARA SEPARADORES

HORIZONTALES LLENADOS CON VOLMENES DISTINTOS AL 50% DE LQUIDO. ...... 106

FIGURA 44. CONSTANTE PARA CLCULO DE LA RESTRICCIN POR CAPACIDAD DEL GAS VS.

ALTURA DEL LQUIDO EN SEPARADORES HORIZONTALES LLENADOS CON VOLMENES

DE LQUIDO DISTINTOS A 50% DE SU CAPACIDAD. ................................................ 107

FIGURA 45. DISTRIBUCIN DE LAS LONGITUDES ESTIMADAS EN UN SEPARADOR

HORIZONTAL. ..................................................................................................... 111

FIGURA 46. DETERMINACIN GRFICA DE PARA EL CASO EN ESTUDIO ...................... 120

FIGURA 47. DETERMINACIN GRFICA DE PARA EL CASO EN ESTUDIO ....................... 122

FIGURA 48. GRFICA DEL REA DEL SELECCIN DE LA COMBINACIN D-LSS, PARA EL

SEPARADOR EN ESTUDIO ..................................................................................... 123

FIGURA 49. EQUIPOS Y PROCESO DE TRAZO Y CORTE ................................................... 127

FIGURA 50. PANTGRAFO DE CORTE ........................................................................... 127

FIGURA 51. TORNOS Y MAQUINA FRESADORA ............................................................ 128

FIGURA 52. PROCESO DE DOBLADO PRIMARIO CON DOBLADORA DE 3 RODILLOS .......... 129

FIGURA 53. DOBLADO FINAL DE LA PLANCHA DE ACERO PARA CONFORMAR LOS ANILLOS

DEL CUERPO DEL SEPARADOR ............................................................................. 129

FIGURA 54. MQUINAS BOLEADORAS, PARA CONSTRUCCIN DE CASQUETES ............... 130

XX

FIGURA 55. PROCESOS PREVIOS A LA SOLDADURA; FABRICACIN DE BISELES, PLACAS DE

SUJECIN TEMPORAL DE ANILLOS SOLDADOS, CILINDRO FORMADO POR SUELDAS

PRELIMINARES. .................................................................................................. 131

FIGURA 56. MQUINAS SOLDADORAS DE CORDN CONTINUO ...................................... 132

FIGURA 57. CONSTRUCCIN DE CASQUETES DEL SEPARADOR; HEMISFRICOS Y

ELIPSOIDALES .................................................................................................... 133

FIGURA 58. DISTRIBUCIN DE LAS LONGITUDES EN LOS CASQUETES DEL SEPARADOR .. 133

FIGURA 59. RADIOGRAFA TOMADA A UN CORDN DE SUELDA, MUESTRA CAVIDADES A LO

LARGO DEL CORDN ........................................................................................... 134

FIGURA 60. PRUEBA DE FLUIDOS PENETRANTES, IZQ. DETALLE DE FALLA EN CORDN DE

SUELDA DELATADO POR LA COLORACIN ROJIZA. ................................................ 135

FIGURA 61. DISTRIBUCIN DE LAS BOCAS PARA TOMA DE MUESTRA E INSTRUMENTACIN

EN EL SEPARADOR .............................................................................................. 136

FIGURA 62. DISTRIBUCIN TPICA DE UN MANHOLE PARA SEPARADORES HORIZONTALES

.......................................................................................................................... 136

FIGURA 63. DOMO PARA GAS; DISEO Y CONSTRUCCIN FINAL ................................... 139

FIGURA 64. ESQUEMA Y VISTA PRELIMINAR DE SILLAS PARA REPOSO DEL CUERPO DEL


FIGURA 65. TIPOS DE SOPORTE PARA LOS INTERNOS DEL SEPARADOR .......................... 142

FIGURA 66. DEFLECTOR TIPO CODO DE 90 ................................................................. 143

FIGURA 67. DETALLE DE LA PLACA ROMPE-VRTICES ................................................ 144

FIGURA 68. EXTRACTOR DE NIEBLA, COLOCADO BAJO EL DOMO DE GAS DEL SEPARADOR

.......................................................................................................................... 145

FIGURA 69. DETALLE DE UBICACIN DEL EXTRACTOR DE NIEBLA ................................ 145

FIGURA 70. COALESCEDOR TIPO ALETA, SECCIN DE COALESCENCIA ........................... 145

FIGURA 71. ESQUEMA DEL SISTEMA DE LIMPIEZA SAND JET ......................................... 147

FIGURA 72. COMPARACIN ENTRE SUPERFICIES SIN GRANALLAR (IZQ.) Y GRANALLADA

(DER.) ................................................................................................................ 147

FIGURA 73. SEPARADOR REVESTIDO CON LMINAS DE ACERO INOXIDABLE .................. 149

XXI

NDICE DE ECUACIONES

ECUACIN 1. VELOCIDAD TERMINAL ......................................................................... 40

ECUACIN 2. LEY DE STOKES .................................................................................... 40

ECUACIN 3. LEY DE STOKES (2) ............................................................................... 87

ECUACIN 4. VELOCIDAD DE DECANTACIN .............................................................. 88

ECUACIN 5. N DE REYNOLDS .................................................................................. 88

ECUACIN 6. VELOCIDAD TERMINAL ....................................................................... 100

ECUACIN 7. RELACIN DLEFF ................................................................................ 104

ECUACIN 8. RELACIN DLEFF (SI) ......................................................................... 104

ECUACIN 9. RELACIN D2LEFF .............................................................................. 105

ECUACIN 10. RELACIN D2LEFF (SI) ..................................................................... 108

ECUACIN 11. CLCULO DEL REA FRACCIONAL DEL AGUA W ............................... 108

ECUACIN 12. ALTURA FRACCIONAL W ................................................................. 109

ECUACIN 13. DIMETRO MXIMO .......................................................................... 109

ECUACIN 14. ESTIMACIN DE LSS (SI) ................................................................... 110

ECUACIN 15. ESTIMACIN DE LSS .......................................................................... 110

ECUACIN 16. ESPESOR DE PARED PARA RECIPIENTES CILNDRICOS .......................... 114

ECUACIN 17. ESPESOR DE PARED PARA CABEZAS ELIPSOIDALES 2:1 ........................ 114

ECUACIN 18. ESPESOR DE PARED PARA CABEZAS HEMISFRICAS ............................. 114

ECUACIN 19. PESO DEL CILINDRO........................................................................... 116

ECUACIN 20. PESO DEL CILINDRO (SI) .................................................................... 116

ECUACIN 21. PESO DE CASQ. ELIPSOIDALES ........................................................... 116

XXII

NDICE DE TABLAS

TABLA 1. REFERENCIAS DEL CAMPO VILLANO ALFA ...................................................... 6

TABLA 2. PROPIEDADES FSICAS DEL CRUDO VILLANO-8 ................................................. 7

TABLA 3. PRESENCIA DE CONTAMINANTES EN EL CRUDO VILLANO-8 .............................. 7

TABLA 4. COMPOSICIN DEL CRUDO VILLANO-8............................................................. 8

TABLA 5. VOLUMEN DE FLUIDOS PRODUCIDOS EN EL CAMPO VILLANO ALFA ................ 10

TABLA 6. CONDICIONES DE DISEO DE LOS SEPARADORES............................................. 14

TABLA 7. PARMETROS DE OPERACIN DE LA BATERA DE SEPARACIN ....................... 15

TABLA 8. DIMENSIONES DE LOS SEPARADORES ............................................................. 15

TABLA 9. CARACTERSTICAS DE LOS TANQUES DE VILLANO ALFA ................................ 16

TABLA 10. CARACTERSTICAS DE LAS BOMBAS DE LA LNEA DE FLUJO ......................... 18

TABLA 11. CARACTERSTICAS DE LAS BOMBAS DE TRANSFERENCIA.............................. 19

TABLA 12. CARACTERSTICAS DE LAS BOMBAS DE INYECCIN DE AGUA ........................ 20

TABLA 13. CARACTERSTICAS DE LAS BOMBAS BOOSTER PARA PETRLEO A/B/C ......... 21

TABLA 14. CARACTERSTICAS DE LAS BOMBAS BOOSTER PARA AGUA A/B/C/D ............ 22

TABLA 15. SISTEMA DE INYECCIN DE QUMICOS ........................................................ 23

TABLA 16 IDENTIFICACIN DE NIVELES EN UN RECIPIENTE ............................................ 90

TABLA 17. INFORMACIN REQUERIDA PARA EL DISEO DEL SEPARADOR ...................... 97

TABLA 18. RECOMENDACIONES PARA SELECCIN DEL SEPARADOR ............................... 98

TABLA 19. TIEMPO DE RETENCIN EN FUNCIN DE LA GRAVEDAD API DEL CRUDO ..... 103

TABLA 20. MNIMA DIFERENCIA ENTRE MAWP Y PRESIN DE OPERACIN ................. 113

TABLA 21. INFORMACIN UTILIZADA EN EL DISEO DEL SEPARADOR ........................... 119

TABLA 22. RESULTADOS DE LA ESTIMACIN DE D Y LSS PARA EL SEPARADOR EN ESTUDIO

.......................................................................................................................... 120

TABLA 23. DISTRIBUCIN DE LAS BOCAS DE SALIDA DE FLUIDOS DEL SEPARADOR DEL

SEPARADOR EN ESTUDIO .................................................................................... 137

TABLA 24. DISTRIBUCIN DE LAS BOCAS DESTINADAS A INSTRUMENTACIN EN EL


TABLA 25. CARACTERSTICAS DE LA PLACA ROMPE VRTICES INSTALADA EN EL

SEPARADOR ....................................................................................................... 143

TABLA 26. DATOS DE CONSTRUCCIN DEL SEPARADOR EN ESTUDIO ............................ 152

XXIII

NDICE DE ANEXOS

ANEXO 1. CURVAS DE LONGITUD VS. CAPACIDAD DEL TAMBOR .............. 164

ANEXO 2. LONGITUDES DE CUERDAS Y REAS DE LAS SECCIONES

CIRCULARES VS. ALTURAS DE LA CUERDA ............................................ 165

ANEXO 3. ESFUERZO PERMISIBLE PARA DISTINTOS MATERIALES ............ 166

ANEXO 4. TIPOS DE SOLDADURA PARA RECIPIENTES BAJO PRESIN ....... 167

ANEXO 5. FRMULAS PARA RECIPIENTES BAJO PRESIN INTERNA .......... 168

ANEXO 6. CONSIDERACIONES PARA RECIPIENTES BAJO PRESIN INTERNA

.......................................................................................................................... 169

ANEXO 7. ESPECIFICACIN DE MATERIALES PARA FABRICACIN DE

RECIPIENTES ................................................................................................. 170

ANEXO 8. FORMATO TPICO PARA DISEO DE SEPARADORES.................... 171

ANEXO 9. PROYECCIN DE LAS BOCAS PARA UN RECIPIENTE CILNDRICO

.......................................................................................................................... 172

XXIV

ABREVIATURAS

ASME. American Society of Mechanical Engineers

BFPD Barriles de fluido por da

BPPD Barriles de petrleo por dia

BWPD Barriles a agua por dia

BS&W. Bold Solid and Water, Agua y Slidos totales disueltos

cP centiPoise.

CPF Central Processing Facilities

ESP Bomba electrosumergible

FWKO. Free Water Knockout

SSE. South South East, Sur Sureste

WNW West North West, Oeste Noroeste

W/O Emulsin normal; agua dispersa en petrleo.

WIP Water Injection Pump

CAPTULO I

1

CAPTULO I

4.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Es fundamental en el rea de produccin de petrleo crudo, luego de realizadas las

operaciones de perforacin, pruebas de produccin y completacin del pozo, direccionar

los fluidos producidos hacia las facilidades de produccin, lugar donde se separarn las

distintas fases componentes de la mezcla. El separador trifsico tipo Free Water

Knockout generalmente est ubicado como equipo inicial de este proceso, es

fundamental conocer su estructura, entender su funcionamiento y los fenmenos que

actan en la separacin mecnica de fases, para as poder concebir su diseo.

Conjuntamente el conocimiento del proceso de construccin del equipo ayuda a preveer

posibles problemas de operacin, y es una herramienta para implementar posibles

correcciones o innovaciones futuras al equipo.

4.2. OBJETIVOS 4.2.1. OBJETIVO GENERAL

Estudiar el proceso de diseo un separador trifsico FWKO para las facilidades

de produccin del Campo Villano Alfa y describir su construccin mediante la

aplicacin de directrices emitidas por la Norma ASME Seccin VIII, Divisin I en la

empresa Acero de los Andes SA.

4.2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS

Exponer los antecedentes, limitaciones y metodologa empleada para el estudio

del proceso de diseo y construccin de un separador trifsico FWKO.

Describir los equipos y procesos que constituyen el Campo Villano Alfa.

Exponer los principios bsicos de separacin mecnica de fases y de

funcionamiento del separador.

Detallar la estructura y clasificacin de los equipos de separacin mecnica de

fases.

2

Describir los componentes y clasificacin de los separadores trifsicos Free

Water Knockout.

Estudiar la metodologa manejada para el diseo del separador trifsico para el

campo Villano Alfa.

Establecer las fases y equipos del proceso de construccin del separador trifsico

en la planta industrial de Acero de los Andes.

Plantear las perspectivas operativas del campo Villano Alfa luego de la inclusin

del equipo de separacin adicional.

4.3. JUSTIFICACIN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIN

La presencia de agua, gas y sedimentos asociados al petrleo crudo ha constituido

un serio problema para las operaciones de las facilidades de produccin, debido

principalmente al efecto abrasivo que producen sobre los equipos las sales y sedimentos

disueltos en el agua de formacin.

El agua y el crudo son esencialmente inmiscibles, por lo tanto, estos dos lquidos

coexisten como dos fases distintas. Durante las operaciones de extraccin del petrleo,

la mezcla bifsica de petrleo crudo y agua de formacin se desplazan en el medio

poroso a una velocidad promedio de 1 pie/da, lo que es insuficiente para que se forme

una emulsin. Sin embargo, al pasar por toda la infraestructura de produccin durante el

levantamiento y transporte en superficie (bombas, vlvulas, codos, restricciones, etc.) se

produce la agitacin suficiente para que el agua se disperse en el petrleo en forma de

emulsin agua/petrleo.

La importancia de este trabajo radica en la necesidad de extraer la mayor cantidad

posible de agua libre y gas asociado, hasta lograr reducir su contenido a parmetros de

operacin ptima para las siguientes unidades deshidratadoras de crudo, y finalmente

obtener un petrleo crudo con un porcentaje de BS&W igual o inferior al 0,5%

conforme al Acuerdo Ministerial 014 Reglamento para el Transporte de petrleo crudo

a travs del Sistema de Oleoducto Transecuatoriano y la Red de Oleoductos del Distrito

Amaznico, emitido por la Direccin Nacional de Hidrocarburos.

Prcticamente en todas las facilidades centrales de produccin, CPF por sus siglas

en ingls, se requiere de algn tipo de separacin de fases. El trmino separador es

3

aplicado a una gran variedad de equipos usados para separar mezclas de dos o ms

fases.

Los equipos de separacin mecnica generalmente constituyen procesos inciales en

un CPF por lo que una falla o baja capacidad de separacin afecta directamente a la

capacidad de toda la instalacin.

En el Ecuador se utilizan principalmente equipos separadores con disposicin

horizontal debido principalmente a que se tiene una relativa baja relacin gas-lquido,

adems su costo es menor en comparacin a equipos verticales destinados en su

mayora a separar la fase gaseosa.

En el diseo de separadores es necesario tomar en cuenta los diferentes estados en

que pueden encontrarse los fluidos y el efecto que sobre stos puedan tener las

diferentes fuerzas o principios fsicos.

Los principios fundamentalmente considerados para realizar la separacin fsica de

gas y lquido son: el momentum cantidad de movimiento, la fuerza de gravedad y la

coalescencia. Toda separacin puede emplear uno o ms de estos principios, pero

siempre las fases de los fluidos deben ser inmiscibles y de diferentes densidades para

que ocurra la separacin.

El presente proyecto hace nfasis en compilar y ordenar informacin tcnica

publicada vigente para el diseo y la construccin de separadores trifsicos de agua

libre, esto se hace necesario para un mejor entendimiento y aprovechamiento en razn

de que la bibliografa relacionada es vasta.

Durante esta investigacin se concibi como meta a alcanzar el desarrollo de un

texto que recopile tanto los fundamentos tericos para el diseo y seleccin de

separadores del tipo FWKO as como las tcnicas y equipos utilizados en el ensamblaje

del equipo.

4.4. IDEA A DEFENDER

Si se entiende y maneja los fundamentos de funcionamiento, diseo y construccin

de los separadores trifsicos, especialmente del tipo Free Water Knockout, estos

brindarn al personal tcnico, las habilidades y herramientas necesarias para la

operacin, mantenimiento, diseo, y supervisin de la construccin de equipos de

4

separacin; ayudando a prevenir bajas en la capacidad de operacin de las facilidades de

produccin.

4.5. METODOLOGA 4.5.1. MTODOS

En la elaboracin del presente trabajo se emple el Mtodo Sinttico, para el

manejo de la informacin obtenida a lo largo de la investigacin, el Mtodo Analtico

fue manejado durante la observacin de los procesos de construccin del equipo de

separacin, y manejo de los datos recopilados en el Campo Villano Alfa,

adicionalmente se emple el Mtodo Deductivo durante el estudio del diseo y

construccin del separador.

4.5.2. TCNICAS 4.5.2.1.TCNICA DE CAMPO

Para el levantamiento de la informacin necesaria para la preparacin de este

trabajo se realizaron visitas peridicas a la planta de Industrias Acero de los Andes S.A.

durante el proceso de construccin del separador, de igual manera la recopilacin de la

informacin referente al Campo Villano Alfa fue resultado de una breve estada en sus

instalaciones.

4.5.2.2.RECOPILACIN BIBLIOGRFICA

Se reuni y analiz suficiente informacin para finalmente resumirla e incluir el

material bibliogrfico de mayor importancia en el cuerpo de este estudio, a fin de

consolidar la presente investigacin en un documento de consulta y/o referencia.

CAPTULO II

6

CAPTULO II

2. 2 CAMPO VILLANO ALFA 4.1. UBICACIN

El Campo Villano Alfa est ubicado en la amazona ecuatoriana, aproximadamente

a 185 Km en direccin SSE de Quito, est rodeado de flora y fauna ambientalmente

sensible; el CPF (Central Processing Facilities) est ubicado a unos 40 Km al WNW de

Villano Alfa.

No existe un carretero de acceso a Villano, todas las operaciones de perforacin,

construccin y produccin se vienen realizando ayudadas por helicpteros, no existen

planes para la implementacin de un carretero hacia esta zona.

4.2. DATOS DEL CAMPO

Tabla 1. Referencias del Campo Villano Alfa

Temperatura Ambiente Rango de 50 95 Grados Fahrenheit

Humedad relativa, mx. 100%

Elevacin 414 msnm

Medioambiente Bosque Tropical Lluvioso

Tipo de rea elctrica Clase I Grupo D. Divisin 2

Velocidad mx. del viento 80 millas por hora

Zona ssmica 4

Elaborado por: Toms Freire C.

Fuente: AGIP Oil Ecuador

4.3. CONSIDERACIONES AMBIENTALES

Las instalaciones han sido diseadas de manera que se reduzca de la mejor manera

el impacto al medio ambiente, aplicando la normativa ecuatoriana regente y las

regulaciones de la empresa operadora.

7

La disposicin final del agua producida no se realiza en superficie sino que sta

recibe el tratamiento necesario para la inyeccin del agua en la zona donde va a ser

depositada definitivamente; la legislacin actual requiere que el la presencia de

hidrocarburos totales menor a 35 ppm.

Las facilidades de produccin estn diseadas para minimizar la emisin de residuos

de fluidos del proceso, agua producida y qumicos, se ha incluido un sistema de

recoleccin de fluidos producto de derrames o fugas en las lneas.

4.4. CARACTERIZACIN DEL CRUDO DEL CAMPO VILLANO

ALFA

Para el diseo de las instalaciones se cont con un completo anlisis de las

propiedades fsico qumicas del crudo proveniente del pozo nmero 8, se demostr que

las propiedades de ste eran apropiadas para el diseo de las facilidades en superficie.

Tabla 2. Propiedades fsicas del crudo Villano-8

Peso Molecular (MW) 351.24

Gravedad API 18.0

Gravedad Especfica (SG) 0.9465@60 F

Viscosidad, cP 21.1@138 psig y 215F

Viscosidad cinemtica, cSt 535.95@100F

Viscosidad cinemtica, cSt 37.91@210F

Punto de vertido, F 45


Fuente: Reporte de Laboratorios CORE

Tabla 3. Presencia de Contaminantes en el crudo Villano-8

Azufre, %peso 2.15

Asfltenos, %peso 10.85

Nquel, ppm 66.2

Vanadio, ppm 316.8


Fuente: Reporte de Laboratorios CORE

8

Tabla 4. Composicin del crudo Villano-8

COMPONENTE MOL%

CO2 0.07

N2 0.01

C1 5.19

C2 0.30

C3 0.23

I-C4 0.07

N.C4 0.19

I-C5 0.59

N-C5 0.35

C6s 1.50

C7s 3.08

C8s 4.93

C9s 7.37

C10s 4.75

C11s 3.82

C12s 4.82

C13s 5.71

C14s 4.95

C15s 4.73

C16s 3.91

C17s 3.50

C18s 3.48

C19s 3.30

C20s 33.15

TOTAL 100.00


Fuente: Reporte de Laboratorios CORE, febrero-junio 2000

9

4.4.1. RESULTADOS DE PRUEBAS DE DESMULSIFICACIN

La prueba de botella cargada con 2 desmulsificantes qumicos, DMO-8288 y

DMO-5050 realizada en el laboratorio arroj como resultado una efectiva separacin

del agua en alrededor de 30 minutos, pero se debe tomar en cuenta que gran parte de los

fluidos no son separados en Villano Alfa sino que son enviados hacia el CPF, como

resultado de esto, el efecto del desmulsificante es reducido significativamente debido al

paso de los fluidos del pozo a lo largo de la lnea de flujo lo que genera una re-

dispersin del agua en el petrleo y viceversa. La disminucin de la temperatura de los

fluidos en el CPF resulta en un aumento de la viscosidad que probablemente retarda la

coalescencia de las gotas de agua.

4.5. DESCRIPCIN DE LAS UNIDADES Y DEL PROCESO

4.5.1. SISTEMA DE POZOS PRODUCTORES

Estos pozos producen mediante el mtodo de levantamiento artificial ESP

(Electro Submersible Pump) provedo por CENTRLIFT; la energa elctrica necesaria

para las instalaciones de Villano Alfa es generada en el CPF.

Las bombas ESP estn diseadas para descargar los fluidos del pozo en

superficie con una presin de cabeza de alrededor de 325 a 360 psig, sta presin esta

sobre la presin de burbuja, por ende los gases se mantienen en solucin. En la Fig. 1 se

puede observar la disposicin lineal en que se presentan estos pozos, para el

mantenimiento de stos la estacin cuenta con un taladro para reacondicionamiento.

10

Figura 1. Pozos Productores del Campo Villano A



Los pozos del Campo Villano Alfa producen de la formacin Holln, manejan un

BS&W de alrededor de 88.5%. Al momento del estudio (septiembre, 2009) el Campo

Villano Alfa opera 11 pozos que manejan los siguientes volmenes de fluido:

Tabla 5. Volumen de fluidos producidos en el Campo Villano Alfa

POZO BFPD*

Villano 4 29,180

Villano 5 15,000

Villano 7 8,600

Villano 3 3,500

Villano 8 8,800

Villano 6 21,700

Villano 13 19,300

Villano 17 14,000

Villano 10 9,750

Villano 15 25,000

Villano 16 21,900

TOTAL 176,730 *Valores Promedio



11

4.5.2. SISTEMA DE POZOS INYECTORES

Son pozos que han dejado de ser econmicamente productivos cuya funcin

fundamental es inyectar el agua producida hacia su disposicin final en este caso hacia

la misma formacin de la que fueron producidos conjuntamente con el petrleo, el agua

es tratada con el fin de que cumpla con los parmetros establecidos para su inyeccin,

estos son que exista una concentracin menor a 35 ppm de hidrocarburos totales, stos

parmetros estn regulados por el Reglamento Ambiental Para Operaciones

Hidrocarburferas en el Ecuador (RAOHE), decreto 1215, manejado por la Direccin

Nacional de Proteccin Ambiental Hidrocarburfera.

Villano Alfa cuenta actualmente con dos pozos inyectores (Fig. 2), uno de alta

presin I-9 manejando un volumen de agua de alrededor de 35200 BPD a una presin

de 3522 psig, y un segundo pozo I-12, que inyecta en promedio 32800 BPD.

Figura 2. Pozos Inyectores


Fuente: AGIP

4.5.3. DISTRIBUIDOR DE PRODUCCIN (PRODUCTION MANIFOLD)

El manifold de produccin est diseado para recibir actualmente las lneas de

flujo de 11 pozos del Campo Vilano A, desde este equipo el flujo se distribuye hacia la

batera se separacin, donde se inyectarn qumicos desmulsificantes para acelerar la

12

separacin, el manifold cuenta adems con una lnea de 2 con el siguiente equipo de

instrumentacin un FE (Elemento de Flujo), PIT (Indicadores Transmisores de Presin),

TIT (Transmisores Indicadores de Temperatura), PSHH (Interruptor de Presin Alta),

PSLL (Interruptor de Presin Baja)

4.5.4. EQUIPO DE SEPARACIN FREE WATER KNOCK OUT

La batera de separacin est constituida actualmente por dos equipos de

separacin trifsica tipo Free Water Knockout, denominados como FWKO A y FWKO

B, estos equipos tienen la particularidad de ser equipos hbridos; es decir cuentan con un

sistema de separacin por coalescencia electrosttica y un sistema KO Drum, pero

actualmente nicamente funcionan como separadores de agua libre, el flujo de gas

separado en estos equipos es mnimo, y direccionada hacia un Flare KO Drum donde es

secado para luego ser enviado hacia los tanques de almacenamiento con el fin de

mantener la presin interna y proporcionar una atmosfera no explosiva, manteniendo

bajos los niveles de oxgeno en los tanques.

Figura 3. Batera de separacin Campo Villano A



13

Existe un flujo preferencial por ubicacin hacia el FWKO A, los parmetros de

diseo con los que fueron construidas incluyen los siguientes elementos; una seccin

para coalescencia, celdas electrostticas, sistema de proteccin catdica, sistema para

romper vrtices, colector de petrleo, trampa KO.

4.5.4.1.CARACTERSTICAS DE LOS SEPARADORES

Los separadores Free Water Knockout de la Estacin Villano Alfa estn

diseados para manejar 22,500 BPD de petrleo seco y 40,000 BPD de agua de

formacin, constan de dos secciones:

Primera seccin: Free Water Knockout

Segunda seccin: Deshidratador Electrosttico

La seccin de Deshidratacin Electrosttica se encuentra fuera de

funcionamiento, por lo que nicamente brinda espacio para el almacenamiento y tiempo

de residencia para la separacin del petrleo y el agua.

4.5.4.2.CONDICIONES DE DISEO DE LOS SEPARADORES

A continuacin se presentan las condicionales para las que originalmente fueron

diseados los dos equipos de separacin instalados en el Campo Villano Alfa.

14

Tabla 6. Condiciones de diseo de los separadores

Tasa de petrleo 22,500 BPD

Gravedad API del petrleo 20.4

Punto de vertido 45 F

Tasa de agua 40,000 BPD

Gravedad Especfica del agua 1

Sulfito de Hidrogeno 9 a 65 ppm

Presencia de parafina NO

Formacin de espuma NO

Presin de operacin 250 275 psig

Temperatura de entrada 205 F

Presin de diseo 300 psig

Temperatura de operacin estimada 205 F

BS&W deseado

15

Tabla 7. Parmetros de operacin de la Batera de Separacin

FWKO A

Presin de

operacin 204.3 psig

Temperatura de

operacin 208 F

Taza de Flujo 42,100 BWPD

FWKO B

Presin de

operacin 197 psig

Temperatura de

operacin 205 F

Taza de Flujo 42,000 BWPD



Actualmente los separadores estn trabajando sobre diseo; el FWKO A trabaja

al 104 % y el FWKO B al 102 %, razones por las cuales se hace imperativa la inclusin

de un separador adicional en las instalaciones de Villana Alfa.

Tabla 8. Dimensiones de los Separadores

Dimetro interno 3,000 mm

Longitud total 19,800 mm

Cabezas Elipsoidales

Capacidad nominal 882 Barriles



4.5.5. SISTEMA DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Villano Alfa cuenta con un sistema de tanques construidos para operar a

presiones de 0,5 psi sobre la presin atmosfrica, siendo sta medida en la parte superior

del tanque.

16

Figura 4. Tanques de Almacenamiento Villano Alfa



Tabla 9. Caractersticas de los Tanques de Villano Alfa

Tanque de

almacenamiento de

petrleo

Capacidad nominal 10,000 bbl

Presin de diseo 0.126 psi

Presin interna de

diseo 3.5525 inch WC

Temperatura de

diseo 200 F

Temperatura de

operacin 174.2 F

Tanques de desnatado

A y B

Capacidad nominal 5,000 bbl

Presin de diseo 2 / -0.57 Oz

Presin interna de

diseo 3.5525 WC

Gravedad especifica 1 @ 200 F

Temperatura de

operacin 174.2 F



17

Todos los tanques estn conectados a tierra, o bien aterrizados por medio de

varios cables especiales a una celda de varillas de cobre, para evitar que la gran masa de

hierro y acero de la que estn construidos atraigan las descargas elctricas producidas

por tormentas elctricas. Cuentan adems con sistemas de venteo normal y de

emergencia, vlvulas de presin y vaco, dispositivos arresta llamas, transmisores y

medidores de nivel presin y temperatura. Presentan adems proteccin ante la

corrosin, utilizando recubrimiento epxico en el interior y exterior de los tanques, se

utiliza pintura asfltica de cuerpo grueso, para el exterior se emplea una capa adicional

de acabado con blanco de plomo o zinc.

4.5.6. HIDROCICLONES

Son equipos diseados para separar la fase slida de los fluidos, la mezcla

desciende rotando a travs del hidrocicln. Por efecto de la fuerza centrfuga, la fase

slida es lanzada a las paredes exteriores del hidrocicln. El rendimiento del equipo

depende fundamentalmente del tamao de las partculas slidas.

Figura 5. Hidrociclones



La estacin Villano Alfa cuenta con cuatro Hidrociclones (Figura 5), dispuestos

dos aguas abajo de cada FWKO, pero debido a que actualmente se trabaja sobre la

capacidad de los FWKO, se han removido los internos de los hidrociclones, y no

cumplen funcin alguna.

18

4.5.7. SISTEMA DE BOMBAS

Una bomba es una turbo maquina generadora para lquidos. La bomba se usa

para transformar la energa mecnica en hidrulica. El sistema de bombas en la estacin

Villano Alfa es integrado por los siguientes elementos:

4.5.7.1.BOMBAS CENTRFUGAS

Los pozos en el campo Villano Alfa estn provistos de un sistema de

levantamiento artificial por bombeo electrosumergible, provisto por CENTRILIFT.

Estas son bombas multietapas; cada etapa constituida por un impulsor y un difusor, este

tipo de bomba permite manejar un amplio rango de tasas de flujo incluso mayores a

100,000 BPD. Estn automatizadas para su control y supervisin, el principal

fenmeno fsico de transferencia de energa es el efecto centrfugo ejercido sobre el

fluido. Por otra parte, el efecto de la forma de la carcasa sobre el fluido es la

transformacin de energa (de cabeza de velocidad a cabeza de presin).

4.5.7.2.BOMBAS DE LA LNEA DE FLUJO A/B/C/D

Son bombas horizontales tipo tornillo provistas de una cmara de empuje que

interiormente esta provista de un sello de crudo y un sello de aceite, son las encargadas

de bombear los fluidos hacia el CPF, proporcionan una presin en el oleoducto de 1620

psig y maneja un volumen de fluido de alrededor de 89150 BFD.

Tabla 10. Caractersticas de las Bombas de la Lnea de Flujo

Presin de descarga 1,920 psi

Capacidad de bombeo 20,000 BFPD

Motor 800/400 HP 1800/900 RPM

Tipo Horizontal de tornillo Elaborado por: Toms Freire C.


19

Figura 6. Bombas de la Lnea de Flujo



4.5.8. BOMBAS DE TRANSFERENCIA A/B

La estacin cuenta con dos bombas de desplazamiento positivo, accionadas por

motores elctricos. La funcin especfica de stas bombas es transferir crudo desde el

tanque de almacenamiento en direccin hacia la succin de las bombas de la lnea de

flujo A/B/C/D, manteniendo as un nivel bajo de crudo con un stock estimado de 1500

barriles. Estn provistas de accesorios como PI (Indicador de Presin), RO (Orificio de

Restriccin, Placa Orificio), PDI (Indicador de Diferencial de Presin).

Tabla 11. Caractersticas de las Bombas de Transferencia

Capacidad 200 GPM

Motor 200 HP

Presin de descarga 300 a 600 psi



4.5.9. WATER INJECTION PUMPS A/B/C/D:

Son bombas centrifugas accionadas por un motor elctrico, estn provistas de

dos sellos, en el lado coupling1 y en le lado de la bomba. Son de vital importancia en la

1Acoplamiento, matrimonio motor-bomba

20

Estacin Villano Alfa puesto que su funcin es la de proporcionar presin y caudal

hacia los pozos inyectores I-12 e I-9 (Figura 2), que manejan un volumen de alrededor

de 65,700 BWPD inyectados hacia la formacin Holln; lugar de donde los fluidos

fueron producidos.

Actualmente la estacin maneja cuatro bombas, se espera poner en

funcionamiento una quinta bomba, esto por cuanto Villano Alfa cuenta con la

autorizacin pertinente para utilizar al pozo V-14 como pozo inyector, esto solventar

las necesidades de manejo de agua de formacin para el desarrollo de los campos

Villano A y B.

Figura 7. Bomba para Inyeccin de Agua WIP



Tabla 12. Caractersticas de las bombas de inyeccin de agua

Velocidad 2,890 a 3590 RPM

Tipo Centrfuga

Caudal 20,749 BWPD

Presin de descarga 3,040 psi

Presin de succin 150 psi

Diferencial de cabeza 6820 Ft



21

4.5.10. OIL BOOSTER PUMPS A/B/C

Son bombas centrfugas verticales cuya funcin fundamental es la de

proporcionar la presin de succin requerida para un ptimo funcionamiento de las

bombas de la lnea de flujo con direccin al CPF, la estacin Villano Alfa cuenta con

tres bombas Booster dispuestas en un mismo patn, generalmente la estacin mantiene

en funcionamiento nicamente a dos y la tercera entra en funcionamiento durante tareas

de mantenimiento y reparacin.

Figura 8. Bombas Booster A/B/C



Tabla 13. Caractersticas de las Bombas Booster para Petrleo A/B/C

Capacidad de bombeo 205 m3/h

Capacidad mnima 34.3 m3/h


Diferencial de presin 289 m @capacidad de

bombeo

Temperatura de diseo 220 F

Densidad 877 Kg/m3 @Temp. de bombeo

Viscosidad 15 cP @Temp. de bombeo

Presin de vapor 237 psi @Temp. de bombeo



22

4.5.11. WATER BOOSTER PUMPS A/B/C/D

Villano Alfa cuenta con cuatro bombas Booster para proporcionar la presin de

succin suficiente para la admisin de las bombas WIP (Figura 7) que manejan

presiones de succin de alrededor de 230 psig.

Tabla 14. Caractersticas de las Bombas Booster para Agua A/B/C/D

Velocidad 3600 RPM

Tipo centrfuga

Caudal 30,144 BPD

Presin de descarga 150 psi




4.5.12. UNIDAD SAMPLER O TOMA MUESTRAS

Esta unidad tiene como finalidad permitir la extraccin de muestras desde los

separadores, a travs de un sistema de tuberas que permite acceder a diferentes niveles

de los fluidos al interior del equipo, para poder caracterizarlos durante el proceso, y as

evaluar el proceso de separacin de las distintas fases. Est ubicado entre los equipos de

separacin de agua libre, cuenta con un sistema de intercambio de calor para reducir la

temperatura de la muestra.

Figura 9. Sampler



23

4.5.13. SISTEMA DE INYECCIN DE QUMICOS

Este sistema mantiene la inyeccin continua o alternada de qumicos hacia los

Free Water Knockout A y B, a la lnea de flujo, a los pozos inyectores y hacia el

Manifold de produccin, en la tabla siguiente se presenta la configuracin de este

sistema.

Tabla 15. Sistema de Inyeccin de Qumicos

Bomba Unidad Tipo de Qumico

A Lnea de flujo Desmulsificante

B FWKO A Desmulsificante

C FWKO B Desmulsificante

D Pozos Productores Inhibidor de corrosin

E Manifold de produccin Biocida

F Manifold de produccin Antiescala

G Bomba de respaldo



Figura 10. Sistema de Inyeccin de Qumicos



24

4.6. FACILIDADES CENTRALES DE PRODUCCIN (CPF)

El objetivo fundamental que cumplen estas facilidades de produccin, es el de tratar

los fluidos provenientes del campo Villano Alfa, ubicado en el sector Triunfo Nuevo al

Noroccidente del Bloque 10; el tratamiento que en estas facilidades se realiza consiste

principalmente en la deshidratacin del crudo con el fin de obtener un petrleo crudo

con un porcentaje igual o menor al 0,5% de BS&W; para luego ser bombeado hacia

Sarayacu, y finalmente entregado en el Terminal de Baeza, por medio de una lnea

secundaria de 137 Km.

Otro objetivo que cumplen estas facilidades, es el de manejar un gran volumen de

agua producida en asociacin con el crudo, y que una vez separada del crudo y del gas

debe ser tratada hasta su disposicin final, para ello el CPF, cuenta con el equipo

necesario para la inyeccin de este fluido hacia la formacin Tiyuyacu, el volumen de

agua promedio manejado por estas instalaciones es de 80,000 BWPD.

Cuenta adems con una planta de generacin elctrica, dispone de una potencia

instalada de 26.6 MW suministrada por 5 grupos motor-generador de marca Warsila-

Vasa, adicionalmente cuenta con dos grupos motor-generador marca Caterpillar de 1.63

MW cada uno, que entran en funcionamiento cuando una unidad Warsila est en

mantenimiento o reparacin.

Figura 11. Layout general del CPF



25

4.7. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA

Luego de analizar las variables del proceso de los fluidos en el Campo Villano Alfa

y describir los equipos y sistemas que intervienen en los mismos, surge la necesidad de

incluir un separador de agua libre adicional a los existentes, a continuacin se presentan

aspectos determinantes para esta conclusin:

El FWKO A actualmente se encuentra trabajando al 104% de la capacidad

operacin de la seccin de separacin mecnica, la seccin de separacin

electrosttica ha sido deshabilitada y modificada para funcionar como un espacio

de residencia adicional para la separacin mecnica de los fluidos, esta seccin

est trabajando al 102 % de su capacidad de operacin.

El FWKO B ha sido modificado de la misma forma que el FWKO A, al momento

la seccin de separacin mecnica trabaja al 98% de su capacidad y la seccin

modificada maneja el 102% del volumen para el que fue diseado.

Los internos de los Hidrociclones A y B fueron removidos, para permitir un libre

trnsito del agua de formacin despojada del crudo, as se permite un manejo

ms dinmico de los fluidos dentro del separador, pero la funcin de remocin

de slidos suspendidos en el agua ha sido cancelada.

Adicionalmente a lo antes presentado, se ha planificado la expansin de la

produccin de campo para lo cual se perforarn dos nuevos pozos. Para la disposicin

final del agua asociada producida se transformar en Pozo Inyector al pozo Villano 14 y

se adicionar una quinta bomba de inyeccin de agua (WIP E).

CAPTULO III

3. CAPTULO III

4. 3. SEPARACIN DE FASES

3.1 CONSIDERACIONES BSICAS 4.1.1. PRINCIPIOS DE LA SEPARACIN FSICA

Para el diseo y construccin de separadores se hace necesario tomar en cuenta

los estados en que pueden encontrarse los fluidos y fundamentalmente el efecto que

puedan tener los principios fsicos. Los principios considerandos para realizar la

separacin fsica de vapor, lquidos o slidos son: el momentum o cantidad de

movimiento, la fuerza de gravedad y la coalescencia. Toda separacin puede usar uno o

ms de estos principios. Pero siempre las fases a separarse deben ser inmiscibles2 y de

diferentes densidades.

4.1.2. MOMENTUM (CANTIDAD DE MOVIMIENTO)

Este principio fsico demuestra que fluidos con diferentes densidades tienen

diferentes momentum; as tenemos que si una corriente de dos fases se cambia

bruscamente de direccin, el fuerte momentum o la gran velocidad adquirida por las

fases, no permite que las partculas de la fase pesada se muevan tan rpidamente como

las de la fase liviana, este fenmeno provoca la separacin de fases.

Este mecanismo se logra utilizando una entrada tangencial o un deflector3 a la

entrada del separador, para fines prcticos se puede decir que el tamao mnimo de

gotas que pueden ser separadas por este principio va de 5 a 10 micrones, sta medida

puede ser calculada por medio de la ecuacin de Stokes, reemplazando la fuerza de

gravedad por la Fuerza centrfuga.

4.1.3. FUERZA DE GRAVEDAD

La fuerza gravitacional que acta sobre las gotas de lquido suspendidas en la fase

gaseosa es mayor que la fuerza de arrastre del fluido de gas sobre la gota de lquido. 2 Condicin en la que 2 fluidos no se disuelven entre s, formando un sistema bifsico. 3 Placa ubicada luego de la boca de entrada del fluido a fin de cambiar su direccin.

Estas fuerzas definen la velocidad terminal, la cual matemticamente se presenta usando

la ecuacin siguiente:

Ecuacin 1. Velocidad terminal

Fuente: Arnold, Ken, Liquid-Liquid and Gas-Liquid Separators


Donde:

Vt = Velocidad terminal de la gota de liquido

g = Aceleracin de la gravedad

dg = Dimetro de la gota

g = Densidad del gas

l = Densidad del lquido

C = Coeficiente de arrastre que depende del Nmero de Reynolds

Para el caso de decantacin de una fase pesada lquida discontinua en una fase

liviana lquida continua, aplica la ley de Stokes:

Ecuacin 2. Ley de Stokes

Fuente: Arnold, Ken, Liquid-Liquid and Gas-Liquid Separators


Esta relacin aplica para nmeros de Reynolds de gota menores de 2, y puede

demostrarse que la mayora de los casos de decantacin caen en el rango de la ley de

Stokes. Bsicamente, la ley de Stokes puede usarse para la flotacin de una fase liviana

lquida discontinua en una fase pesada lquida continua, teniendo en cuenta que la

viscosidad es de la fase continua, en este caso, la fase pesada.

'3)(.4

Cdg

Vtg

glp

18)(.. 21 lggdgFVt

Para obtener una buena velocidad de asentamiento se requiere que la viscosidad

del crudo se reduzca y el dimetro de la gota aumente, esto se puede lograr adicionando

calor a la mezcla, la densidad del petrleo no se afecta significativamente ya que est

entre valores de 0,87 y 0,95.

Una gota de lquido que cae bajo la aceleracin de la gravedad, incrementa su

velocidad hasta que la fuerza de friccin sobre la gota se equipare a la fuerza neta de

gravedad. A partir de ese momento, la gota caer con una velocidad constante conocida

como velocidad libre de sedimentacin o velocidad terminal. Esta velocidad es la

utilizada para determinar cunto tiempo requiere una determinada partcula de lquido

para caer una determinada distancia.

No es econmicamente rentable utilizar nicamente ste principio para la

remocin ya que las dimensiones de los separadores serian excesivas para separar gotas

de 40 a 50 micrones. Partculas de 100 a 200 micrones son consideradas como

limitantes para considerar la separacin por efecto de la fuerza de gravedad nicamente.

4.1.4. COALESCENCIA

Las gotas muy pequeas no pueden ser separadas por gravedad, estas gotas se unen,

por medio del fenmeno de coalescencia, para formar gotas de mayor volumen, las

cuales se acercan lo suficiente para superar las tensiones superficiales individuales, y ser

capaces de separarse por gravedad.

4.2. FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIN AGUA-PETRLEO 4.2.1. FORMACIN DE EMULSIONES

Una emulsin constituye una dispersin de gotas de agua en el aceite, que se

vuelven estables por la accin de sustancias naturales o artificiales presentes en el

crudo. Los dimetros de las gotas varan desde una a centenas de micras, aunque la

mayora presentan un dimetro medio de 10 micras. En la Figura 12 se presenta la

distribucin de la fase dispersa (agua) en la fase continua (petrleo), a esto en la

industria petrolera se conoce como una emulsin normal.

Figura 12. Microfotografa de una emulsin agua en petrleo

Fuente: Universidad de los Andes, Venezuela


Para la formacin de una emulsin, adems del agua y el aceite se necesita de

agitacin y la presencia de un agente emulsificante para estabilizar la mezcla, estos son

conocidos como surfactantes, y su funcin es reducir la tensin superficial entre las

fases, dando lugar a la emulsificacin. Entre los surfactantes naturales del crudo

tenemos: asfltenos, resina, sales metlicas, sedimentos, arcillas, productos de corrosin

y slidos. La figura 13 se representa grficamente la estabilizacin de una gota de agua

por agentes emulsionantes presentes en el crudo.

Figura 13. Estabilizacin de la emulsin



La fase acuosa dispersa se refiere generalmente como agua y sedimento (A&S) y

la fase continua es petrleo crudo. El A&S es principalmente agua salina; sin embargo,

slidos tales como arena, lodos, carbonatos, productos de corrosin y slidos

precipitados o disueltos se encuentran tambin presentes, por lo que A&S tambin es

llamada Agua y Sedimento Bsico (BS&W).

El grado de estabilidad de las emulsiones est relacionado con la razn de pelcula

(volumen de surfactante/volumen de la fase dispersa) y la viscosidad del crudo, siendo

esta ltima la que influye en dos formas:

Aumentando el tiempo de floculacin de las gotas dispersas

Mayores fracciones de asfltenos y resinas polares se encuentran presentes en

crudos de alta viscosidad y densidad

Los crudos de alta viscosidad permiten mantener gotas de suspensin, oponindose

a una menor resistencia al asentamiento.

4.2.2. PRUEBA DE BOTELLA

Las pruebas de botella ayudan a determinar el tipo de qumico que es ms efectivo

para romper la emulsin de campo. Los resultados de esta prueba indican la menor

cantidad de qumico desmulsificante necesario para separar la mayor cantidad de agua

de la emulsin W/O. Para el xito de esta prueba se requiere seleccionar una muestra

representativa de la corriente de produccin de la emulsin, la cual debe reunir las

siguientes caractersticas:

Ser representativa de la emulsin a ser tratada.

Contener cantidades representativas de los qumicos presentes en el sistema,

tales como inhibidores de corrosin y parafinas.

Debe ser fresca para evitar la estabilizacin por envejecimiento de la emulsin.

Simular las mismas condiciones de agitacin y temperatura tanto como sea

posible.

La prueba consiste bsicamente en preparar una serie de botellas graduadas y aadir

100 ml de la emulsin agua en crudo fresca o preparada en laboratorio, se dosifican

diferentes concentraciones del producto deshidratante a cada botella dejando una botella

sin deshidratante (botella patrn), se homogeniza la mezcla y se colocan las botellas en

un bao termosttico a la temperatura deseada. Cada 30 minutos se lee el volumen de

agua coalescida y se observa la calidad de la interface, del agua separada y de las

paredes del tubo. Con estos datos se construye la grfica de porcentaje de agua separada

en funcin del tiempo, as como la grfica de estabilidad, que permite conocer el tiempo

necesario para separar 2/3 del volumen de fase acuosa. Tales grficas permiten

determinar la eficiencia del deshidratante.

Figura 14. Procedimiento de la Prueba de Botella



4.2.3. DESMULSIFICACIN

La desmulsificacin; separacin de petrleo-agua se produce en dos etapas:

Floculacin, las gotas de la fase dispersa forman agregados, sin perder

completamente su identidad.

Coalescencia, los agregados se combinan formando gotas individuales.

La separacin se puede producirse por intercambio de calor, que ayuda reduciendo

la viscosidad de la fase continua y disminuyendo la tensin interfacial, asimismo la

adicin de productos qumicos desmulsificantes; cada caso de emulsin requiere un

producto especfico, ya que la emulsin se puede llevar a cabo de diferentes formas.

Otro mecanismo que ayuda en la separacin de fases lquidas es el asentamiento

temporal (asentamiento por gravedad) y tratamiento elctrico, el campo electroesttico

producido en el interior del recipiente, cambia la polaridad de las molculas de la

interface, modificando el estado de fuerzas y reduciendo la tensin interracial,

provocando que las gotas de la fase dispersa se unan.

El tratamiento qumico consiste en aplicar un producto desmulsificante sinttico

denominado en las reas operacionales de la industria petrolera como qumicos

deshidratantes, el cual debe ser inyectado tan pronto como sea posible ya sea en

superficie o en el fondo del pozo. Esto permite ms tiempo de contacto y puede prevenir

la formacin de emulsin corriente abajo. La inyeccin de desmulsificantes antes de una

bomba, asegura un adecuado contacto con el crudo y minimiza la formacin de

emulsin por la accin de la bomba.

El tratamiento mecnico se caracteriza por utilizar equipos de separacin dinmica

que permiten la dispersin de las fases de la emulsin y aceleran el proceso de

separacin gravitacional. Entre ellos se encuentran los tanques de sedimentacin

llamados comnmente tanques de lavado.

Para el tratamiento elctrico se utilizan equipos denominados deshidratadores

electrostticos, y consiste en aplicar un campo elctrico para acelerar el proceso de

acercamiento de las gotas de fase dispersa.

4.2.4. EFECTOS DE LA TEMPERATURA

Con el aumento de temperatura en la mezcla de agua y petrleo, se logra un

aumento del movimiento mo

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