03 Separación de dos fases

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


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


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


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.



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.



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.



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.



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


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


DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Horiz.)


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


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




2.Calcular la capacidad al gas.3.Calcular la capacidad al líquido.

7,02 lreff

QtLd




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





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






6.Determinar la relación de esbeltez para cada diámetro.

d

LSR SS12






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.



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


SEPARADORES VERTICALES


DISEÑO DE SEPARADORES BIFÁSICOS (Verticales)


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



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




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




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 :


12

76h

LSS

12

40

dhLSS





5.Calcular la relación de esbeltez.


d

LSR SS12





5.Calcular la relación de esbeltez.6.Seleccionar la opción que presente una relación de esbeltez entre 3 y 4.



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


SEPARADORES ESFÉRICOS


OTRAS CONFIGURACIONES


•Botas de gas•Separadores de doble barril



•Botas de gas•Separadores de doble barril•Separador horizontal con bota



•Botas de gas•Separadores de doble barril•Separador horizontal con bota•Separadores tipo filtro



•Botas de gas•Separadores de doble barril•Separador horizontal con bota•Separadores tipo filtro•Slug Catchers



•Botas de gas•Separadores de doble barril•Separador horizontal con bota•Separadores tipo filtro•Slug Catchers•Scrubber


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

03 Separación de dos fases

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