PROCESAMIENTO DEL GAS NATURAL PROCESOS DE Separación DE FLUIDOS

Introducción  El gas natural es un combustible que se obtiene de rocas porosas del interior de la corteza terrestre y se encuentra mezclado con el petróleo crudo cerca de los yacimientos.  El gas natural arrastra desde los yacimientos componentes indeseables como son: el ácido sulfhídrico (H2S), dióxido de carbono (CO2) y agua en fase gaseosa, por lo que se dice que el gas que se recibe es un gas húmedo, amargo e hidratado; amargo por los componentes ácidos que contiene, húmedo por la presencia de hidrocarburos líquidos e hidratado por la presencia de agua que arrastra desde los yacimientos.

Captación Y Separación

Captación

son las instalaciones de superficie requeridas para recolectar el gas de los pozos, para su posterior procesamiento en la Planta de Tratamiento.

Captación en Alta Presión

Se refiere a la recolección de aquellos pozos con presión suficiente para llegar a la Planta de Tratamiento

Captación en Baja Presión

Abarca la recolección de gases asociados al petróleo producido en los separadores de baterías de crudo

Baterías

Baterías

Son aquellas instalaciones cuyo objetivo es reunir las líneas provenientes de los pozos productores de gas en un radio aproximado de 4 Km.

Baterías Tradicionales

Separan el gas, el hidrocarburo y el agua proveniente del pozo, a una presión suficiente para llegar a la Planta de tratamiento Baterías tipo Cluster.
Colecta el gas de diferentes pozos en un manifold, y transporta el fluido en forma bifásica hasta la planta, donde se produce la separación

FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIÓN DE FLUIDOS

Los separadores son dispositivos empleados para la separación de mezclas de líquido y gas.

Las razones principales por las que es importante efectuar una separación adecuada de líquido y gas, son las siguientes: a. En campos de gas y condensado donde no se cuenta con el equipo adecuado de separación y además se quema el gas, una cantidad considerable de condensado que es arrastrado por el flujo de gas también es quemado, ocasionando pérdidas considerables.

B

Muchas veces es necesario transportar el gas a cierta distancia para tratarlo, por lo que, es conveniente eliminarle la mayor cantidad posible de líquido para evitar problemas tales como: • Corrosión • Aumento en las caídas de presión • Disminución de la capacidad de transporte de las líneas.

Para una operación eficiente y estable sobre un amplio rango de condiciones, un separador está constituido por los siguientes componentes:

a. Una sección de separación primaria b. Una sección de separación secundaria c. Una sección de extracción de niebla d. Una sección de almacenamiento de líquidos

Sección PRIMARIA

Es donde se efectúa la separación de la mayor porción de líquido de la corriente y reduce la turbulencia del flujo. Esta separación se efectúa a través de un cambio de dirección mediante una entrada tangencial, la cual imparte un movimiento circular a los fluidos (induciendo una fuerza centrífuga al flujo), reduciendo a la vez, la velocidad de los mismos.

Sección SECUNDARIA

Es donde se remueve las pequeñas gotas de líquido. La mayor fuerza de separación en esta sección es la gravedad, por lo que es importante minimizar la turbulencia y velocidad del gas a la entrada y disponer de una longitud suficiente de separador.

Sección DE Extracción DE NIEBLA

Esta sección remueve las gotas más pequeñas de líquido que no lograron eliminar las secciones primaria y secundaria. El choque y/o fuerza centrífuga son los mecanismos de separación en esta parte del separador.

Sección DE ALMACENAMIENTO DE Líquidos

En esta sección se almacena y descarga el líquido separado de la corriente de gas. Esta parte del separador debe tener suficiente capacidad para manejar posibles baches de líquido, de tal manera que el líquido separado, no sea arrastrado por la corriente de gas.

PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN

Los principios físicos básicos para la separación son:

1.

Insolubilidad entre los fluidos

El estado gaseoso y el líquido en condiciones estables de temperatura y presión, así como el agua y el petróleo, no son solubles, es decir que si bien se mezclan, no son miscibles, conservando su estructura original.

2

Diferencia de densidades

se separan por diferencia de pesos

3

Decantación

Es el efecto de la gravedad sobre los diferentes pesos de los fluidos a separar, haciendo que el más pesado tenga la tendencia a acumularse en lo más profundo.

4. Coalescencia

Las gotas muy pequeñas no pueden ser separadas por gravedad. Estas se unen, por medio del proceso de coalescencia, para formar gotas mayores, las cuales se acercan lo suficiente como para superar las tensiones superficiales individuales y poder de esta forma separarse por gravedad.

FACTORES QUE AFECTAN A LA EFICIENCIA DE Separación

A) Tamaño de las partículas de liquido

Cuando la separación es por choque, el tamaño de las partículas es un factor importante en la determinación de la velocidad de asentamiento en la separación por gravedad, por fuerza centrifuga y en la determinación de la distancia de paro (distancia que una partícula de cierto diámetro viaja a través de una línea de corriente de gas)

B)

Velocidad del Gas

Los separadores se diseñan de tal forma que las partículas mayores de 100 micras sean separados en la sección secundaria y las partículas mas pequeñas en la sección de extracción de niebla.

C) Presión de Separación

La presión de separación afecta a la capacidad de los separadores, al aumentar la presión de separación, aumenta la capacidad de separación de gas y viceversa.

D)

Temperatura de Separación

En cuanto a la recuperación de líquidos, a medida que disminuye la temperatura de separación, se incrementa la recuperación de líquidos en el separador (pero ocasiona grandes pérdidas por evaporación en tanque) y el efecto neto de un aumento en la temperatura de separación es la disminución de la capacidad de separación de gas

E) Densidad del Liquido y Gas

Estos factores afectan la capacidad de manejo de gas en los separadores ya que la capacidad es directamente proporcional a la diferencia de densidades e inversamente proporcional a la densidad del gas

F) Viscosidad del Gas

Utilizando la ley de Stokes para determinar la velocidad de asentamiento de las partículas de cierto diámetro, se deduce que a medida que aumenta la viscosidad del gas, disminuye la velocidad de asentamiento y por lo tanto, la capacidad de manejo de gas del separador.

MECANISMOS DE Separación

Separación Gravitacional

se basa en las leyes de Stokes, pero también toma en cuenta los aspectos no ideales y los efectos de la turbulencia. Se calcula la máxima velocidad horizontal y se compara con la velocidad terminal de la partícula de petróleo que asciende. La ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos movíéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds.

Separación por fuerza centrifuga

. La fuerza centrifuga que se induce a las partículas de líquidos suspendidas en la corriente de gas, varios cientos de veces mayor que la fuerza de gravedad que actúa sobre las mismas partículas. Este principio se aplica en la sección primaria y sección de extracción de niebla del separador ( extractores de niebla tipo ciclónico)

Separación por choque

Es el que mas se emplea en la eliminación de pequeñas partículas de líquidos suspendidas en una corriente de gas, chocan con las obstrucciones de los internos del separador donde quedan adheridas.

Tiempo de residencia

es el tiempo que le lleva al fluido pasar por el separador. Para un determinado caudal o flujo, éste tiempo está fundamentado por el volumen disponible. Está dado por el diámetro del separador el largo, y el nivel de líquido de operación.

Cambio de velocidad

. Asociado al principio de inercia, los cambios de velocidad se manifestarán en una reducción de velocidad de cada una de las fases en forma diferente y consecuente con sus densidades.

Cambio de dirección

Superficie interfase

TIPOS DE SEPARADORES

Los separadores de petróleo y gas son generalmente de dos tipos: dos fases (bifásico) y tres fases (trifásico).

a. El separador bifásico separa el fluido del pozo en líquido y gas, descargando por la parte superior del dispositivo el gas y el líquido por la parte inferior.

b. El separador trifásico separa el fluido del pozo en condensado, gas y agua, el gas es descargado por la parte superior, el condensado por la parte intermedia y el agua, por la parte inferior del separador.

Clasificación DE SEPARADORES

1. Por Configuración a. Vertical b. Horizontal c. Esférico

2. Por Función a. Bifásicos b. Trifásicos

3. Por Presiones de Operación a. Baja presión (20 a 250 psi) b. Mediana presión (250 a 750 psi) c. Alta presión (750 a 1500 psi).

4. Por Aplicación a. Separador de prueba b. Separador de producción c. Separador de baja temperatura

TIPOS DE SEPARADORES POR Función
Los separadores de petróleo y gas son generalmente de dos tipos por la función que cumplen: dos fases (bifásico) y tres fases (trifásico).

A. El separador bifásico

Separa el fluido del pozo en líquido y gas, descargando por la parte superior del dispositivo el gas y el líquido por la parte inferior.

B. El separador trifásico

separa el fluido del pozo en condensado, gas y agua, el gas es descargado por la parte superior, el condensado por la parte intermedia y el agua, por la parte inferior del separador.

TIPOS DE SEPARADORES POR LA Configuración

Ambos tipos de separadores pueden ser diseñados de las siguientes formas:

Horizontales • Monotubos (De un solo barril) • Doble tubo (De dos barriles, uno encima del otro).

VENTAJAS:

1.Tienen mayor capacidad para manejar gas que los verticales.

2. Son mas económicos que los verticales

3.Son mas fáciles de instalar que los verticales

4.Son muy adecuados para manejar aceite aceite con alto contenido de espuema, para esto, donde queda la interfase gas-liquido, se instalan placas rompedoras de espuma.

DESVENTAJAS:

1. No son adecuadas para manejar flujos de pozos que contienen materiales sólidos como arena o lodo, pues es difici limpiar este tipo de separadores.

2. El control de nivel de liquido es mas critico que en los separadores verticales

Verticales

 

VENTAJAS:

1.Es fácil mantenerlos limpios, por lo que se recomienda para mejorar flujos de pozos con alto contenido de lodo, arena o cualquier material solido

2. El control de nivel de liquido no es critico, puesto que se puede emplear un flotador vertical, logrando que el control de nivel sea mas sensible a los cambios.

3.Debido a que el nivel de liquido se puede mover en forma moderada, son muy recomendables para flujos de pozos que producen por bombeo neumático, con el fin de manejar baches improvistos de liquido que entran al separador.

4. Hay menor tendencia de revaporizacion de líquidos

DESVENTAJAS

1.Son mas costosos que los horizontales.

2.Son mas difíciles de instalar que los horizontales

3. Se necesita un diámetro mayor que el de los horizontales para manejar la misma cantidad de gas

Esféricos

VENTAJAS:

1. Mas baratos que los horizontales o verticales.

2. Mas compactos que los horizontales o los verticales, por lo que se usan en plataformas costa afuera

3. Son mas fáciles se limpiar que los separadores verticales

4. Los diferentes tamaños disponibles los hacen el tipo mas económico para instalaciones individuales de pozos de alta presión.

DESVENTAJAS:

1. Tienen un espacio de separación muy limitado