Jess Alberto Prez Prianti
MATERIA:Conduccin y transporte de hidrocarburos
1.TEMA:Deshidratacin y Placa de orificio.INDICE.
Introduccin..3
Emulsiones....4
Agentes
emulsionantes.............................................5
Estabilidad de la emulsin..6
Separador gas-lquido..............8
Separador gravitacional...................................8
Gun Barrels..9
Placa de orificio..11
Bibliografa.14
INTRODUCCIN.
Deshidratacin.
La deshidratacin de crudos es el proceso mediante el cual se
separa el agua asociada con el crudo, ya sea en forma emulsionada o
libre, hasta lograr reducir su contenido a un porcentaje
previamente especificado. Generalmente, este porcentaje es igual o
inferior al 1 % de agua.Una parte del agua producida por el pozo
petrolero, llamada agua libre, se separa fcilmente del crudo por
accin de la gravedad, tan pronto como la velocidad de los fluidos
es suficientemente baja.
EMULSIONES.
El agua y el aceite son esencialmente inmiscibles, por lo tanto,
estos dos lquidos coexisten como dos lquidos distintosLas
solubilidades de hidrocarburos son bajas, pero varan desde 0,0022
ppm para el tetradecano hasta 1.760 ppmpara el benceno en agua. La
presencia de dobles enlace carbono-carbono (porejemplo alquenos y
aromticos) incrementan la solubilidad del agua. El agua est lejos
de ser soluble en hidrocarburos saturados (por ejemplo: parafinas o
alcanos) y su solubilidad disminuye con el incremento del peso
molecular de los hidrocarburos.
Existen tres requisitos esenciales para formar una emulsin: Dos
lquidos inmiscibles, como el agua y el aceite. Suficiente agitacin
para dispersar uno de los lquidos en pequeas gotas en el otro. Un
agente emulsionante para estabilizar las gotas dispersas en la fase
continua.En los pozos que se producen por levantamiento con gas
(Gas-lift), la emulsin es causada principalmente en dos lugares: En
el punto donde el gas lift es introducido y en la cabeza del pozo.
Cuando se utiliza un proceso intermitente, la emulsin generalmente
es creada en la cabeza del pozo o en el equipo en superficie. Para
el proceso continuo, la mayor parte de la emulsin es formada en
fondo de pozo, en el punto de inyeccin de gas. En los campos
petroleros las emulsiones de agua en aceite (W/O) son llamadas
emulsiones directas, mientras que las emulsiones de aceite en agua
(O/W) son llamadas emulsiones inversas.En las emulsiones directas,
la fase acuosa dispersa se refiere generalmente como agua y
sedimento (A&S) y la fase continua es petrleo crudo.
Por definicin una emulsin dura es muy estable y difcilde romper,
principalmente porque las gotas dispersas son muy pequeas. Por otro
lado, una emulsin suave o dispersin es inestable y fcil de romper.
En otras palabras, cuando un gran nmero de gotas de agua de gran
dimetro estn presentes, ellas a menudo se separan fcilmente por la
fuerza gravitacional. Se clasifican por:
1) La naturaleza de la fase externa:a) Emulsiones de agua en
petroleob) Emulsiones de petroleo en agua.2) Segun el tamao de las
particulas dispersas: (0.2 < tamao de la particula < 50 )a)
Macroemulsionesb) Microemulsiones
AGENTES EMULSIONANTESLos agentes emulsionantes son numerosos y
pueden ser clasificados de la siguiente manera: Compuestos
naturales surfactantes tales como asfaltenos y resinas conteniendo
cidos orgnicos y bases, cidos naftnicos, cidos carboxlicos,
compuestos de azufre, fenoles, cresoles y otros surfactantes
naturales de alto peso molecular. Slidos finamente divididos, tales
como arena, arcilla, finos de formacin, esquistos, lodos de
perforacin, fluidos para estimulacin, incrustaciones minerales,
productos de la corrosin (por ejemplo sulfuro de hierro, xidos),
parafinas, asfaltenos precipitados. Los fluidos para estimulacin de
pozos pueden contribuir a formar emulsiones muy estables. Qumicos
de produccin aadidos tales como inhibidores de corrosin, biocidas,
limpiadores, surfactantes y agentes humectantes.
Los surfactantes naturales se definen como macromolculas con
actividad interfacial que tienen un alto contenido de aromticos y
por lo tanto relativamente planas con al menos un grupo polar y
colas lipoflicas, con actividad interfacial.La pelcula interfacial
formada estabiliza la emulsin debido a las siguientes causas:
a) Aumenta la tensin interfacial.
b) Forman una barrera viscosa que inhibe la coalescencia de las
gotas. Este tipo de pelcula ha sido comparada con una envoltura
plstica.
c) Si el surfactante o partcula adsorbida en la interfase es
polar, su carga elctrica provoca que se repelan unas gotas con
otras.
ESTABILIDAD DE LA EMULSION
El rompimiento de la emulsin depende de las siguientes
propiedades (Salager 1987 a):
a) Tensin interfacial. Una reduccin de la tensin interfacial no
es suficiente para aumentar la estabilidad de la emulsin. Se ha
encontrado recientemente que los sistemas de tensin ultra-baja
producen emulsiones inestables.
b) Viscosidad de la fase externa. Una viscosidad alta en la fase
externa disminuye el coeficiente de difusin y la frecuencia de
colisin de las gotas, por lo que se incrementa la estabilidad de la
emulsin. Una alta concentracin de las gotas tambin incrementa la
viscosidad aparente de la fase continua y estabiliza la
emulsin.
c) Tamao de la gota. Gotas muy pequeas menores de 10 m
generalmente producen emulsiones ms estables. Una amplia
distribucin de tamaos de partculas resulta en general en una
emulsin menos estable.
d) Relacin de volumen de fases. Incrementando el volumen de la
fase dispersa se incrementa el nmero de gotas y/o tamao de gota y
el rea interfacial. La distancia de separacin se reduce y esto
aumenta la probabilidad de colisin de las gotas. e) Temperatura.
Usualmente, la temperatura tiene un efecto muy fuerte en la
estabilidad de la emulsin. Incrementando la temperatura se reduce
la adsorcin de surfactantes naturales y disminuye la viscosidad de
la fase externa, la rigidez de la pelcula interfacial y la tensin
superficial.
f) pH. La adicin de cidos o bases inorgnicos cambia radicalmente
la formacin de pelculas de asfaltenos y resinas que estabilizan las
emulsiones agua-aceite. Ajustando el pH se puede minimizar la
rigidez de la pelcula que estabiliza la emulsin y aumentar la
tensin superficial.
g) Envejecimiento de la interfase. A medida que la interfase
envejece la adsorcin de los surfactantes se completa y debido a las
interacciones laterales entre las molculas aumenta la rigidez de la
pelcula hasta un valor estable en unas 3 a 4 horas. h) Salinidad de
la salmuera. La concentracin de la salmuera es un factor importante
en la formacin de emulsiones estables. Agua fresca o salmuera con
baja concentracin de sal favorecen la estabilidad de las
emulsiones. i) Tipo de aceite. Los crudos con aceite de base
parafnica usualmente no forman emulsionesestables, mientras que los
crudos naftnicos y de base mixta forman emulsiones estables.
j) Diferencia de densidad. La fuerza neta de gravedad que acta
en una gota es directamente proporcional a la diferencia en
densidades entre la gota y la fase continua.
k) Presencia de cationes. Los cationes divalentes como calcio y
magnesio tienen tendencia a producir una compactacin de las
pelculas adsorbidas, probablemente por efecto de pantalla
electrosttica de un lado, y por otro, la precipitacin de sales
insolubles en la interfase.
l) Propiedades reolgicas interfaciales. Generalmente, cuando una
interfase con molculas de surfactantes adsorbidas se estira o
dilata se generan gradientes de tensin. Los gradientes de tensin se
oponen al estiramiento e intentan restaurar la uniformidad de la
tensin interfacial.
EQUIPOS UTILIZADOS EN LA DESHIDRATACION DEL CRUDO.
Una vez que el crudo es producido a nivel de fondo de pozo, la
produccin proveniente de los diferentes pozos se lleva a un mltiple
de produccin, compuesto a su vez por tres submtiples de acuerdo a
la presin de lnea en baja, alta y de prueba, figura 16. Est
constituido por tuberas de 6 pulgadas de dimetro a travs de las
cuales circula la mezcla gas-crudo-agua que pasar posteriormente a
los separadores gas-lquido donde se elimina el gas disuelto.Luego,
la emulsin pasa a un separador gravitacional para eliminar el agua
libre y el crudo no emulsionado. La emulsin restante se lleva al
sistema de tratamiento seleccionado para la aplicacin de calor y/o
corriente elctrica, y finalmente el crudo separado pasa a un tanque
de almacenamiento. El punto de inyeccin de qumica es a la salida
del mltiple de produccin, antes de los separadores
SEPARADOR GAS-LIQUIDO.
Los separadores horizontales o verticales sirven para separar el
gas asociado al crudo que proviene desde los pozos de produccin. El
procedimiento consiste en que la mezcla de fluidos entrante choca
con las placas de impacto o bafles desviadores a fin depromover la
separacin gas-lquido mediante la reduccin de velocidad y diferencia
de densidad. Se identifican cuatro secciones de separacin:a)
Separacin primaria: Comprende la entrada de la mezcla
crudo-agua-gas.b) Separacin secundaria: Est representada por la
etapa de separacin mxima de lquido por efecto de gravedad. c)
Extraccin de neblina: Consiste en la separacin de las gotas de
lquido que an contiene el gas.d) Acumulacin de lquido: Est
constituida por la parte inferior del separador que acta como
colector, posee control de nivel mediante un flotador para manejar
volmenes de lquidos obtenidos durante la operacin. Los separadores
verticales operan con mayor eficiencia a una baja relacin
gas-petrleo menor de 500 pie3/barril, mientras que los separadores
horizontales poseen mayorrea superficial y tienen controladores de
espumas.
SEPARADORES GRAVITACIONALES
El asentamiento gravitacional se lleva a cabo en grandes
recipientes llamados tanques, sedimentadores, tanques de lavado,
gun barrels y eliminadores de agua libre(EAL Free Water Knockout
FWK). Los eliminadores de agua libre (EAL) son utilizados solamente
para remover grandes cantidades de agua que es producida en la
corriente, pero que no est emulsionada y se asienta fcilmente en
menos de 5-20 minutos, En el interior de estos recipientes que son
de simple construccin y operacin, se encuentran bafles para
direccionar el flujo y platos de coalescencia. El agua es
removidapor la fuerza de gravedad y esta remocin provoca ahorros en
el uso de combustible de los calentadores. Un calentador requiere
de 350 Btu para calentar un barril de agua en 1F, pero solamente
requiere 150 Btu para calentar 1 barril de crudo en 1F. El
calentamiento de agua, aparte de que es un desperdicio de energa
provoca problemas de incrustacin yrequiere del uso adicional de
tratamiento qumico muy costoso para prevenir laincrustacin.Los
eliminadores de agua libre (EAL), no son lo mejor ya que ellos solo
remueven el agua libre. Estn protegidos por nodos de sacrificio y
por aditivos para prevenir la corrosin por el efecto del agua de
sal.
Gun Barrels.
Bsicamente, un tanque de lavado, o ms comnmente llamado
Gunbarrel, es un tanque de asentamiento provisto de una serie de
equipos que nos permite observar y analizar las desemulsificaciones
del crudo.
Existen grandes estudios en parte para estos equipos debido a
que presentan principales principios de rompimiento de emulsiones y
a su vez pueden ser observadas a travs de un anlisis de una
descripcin de pasos en el Gunbarrel.
En general, el Gunbarrel esta compuesto por cinco partes
principales, cada una de las cuales presenta su propia funcin o ms
propsitos especficos.
La lnea de entrada: Es la tubera que conduce la emulsin (agua y
aceite) desde el separador que contiene gas y aceite hasta el
Gunbarrel.
La tubera conductora (tambin conocido como boot, flume o pila)
es una tubera larga a travs de la cual la emulsin pasa antes de
entra al fondo de Gunbarrel. El boot puede ser montado en cualquier
parte, tanto interior como exterior del tanque y funciona para tres
principales propsitos:
Separar el gas de la emulsin en el interior de la tubera
conductora y reducir la turbulencia, que proviene el fluido desde
el separador, dentro del cuerpo del cuerpo.
Esta funciona como un tanque agitador para prevenir pegas de
emulsin siendo expulsadas hacia el Gunbarrel, es decir, aquellas
gomas o pedazos de pegas que provienen de separador no quedan
atrapadas dentro de la tubera conductora, si no que pasan o se
descargan directamente al fondo del tanque del Gunbarrel.
La expansin o incremento de la emulsin y su disipacin dentro del
tanque del Gunbarrel ocurre a travs de un spreader o como un
delantal que esta pegado cerca del fondo del tanque y permite hacer
pasar la emulsin a travs del agua libre y su libre movilizacin.
El cuerpo: o tanque contiene el agua de lavado (o capa de agua),
emulsin y capas de aceites limpios y permite llevar un control de
tiempos para el aceite y el agua por separado.
La salida del agua: tambin llamado patada de agua o sifn
exterior posee dos principales funciones:
Suministrar una salida para el agua que se ha separado de la
emulsin Es usado para regular la cantidad de agua contenida en el
Gunbarrel.
La lnea de salida para el aceite: permite conducir el aceite
limpio del Gunbarrel hacia los tanques de almacenamiento.
La mayora de los Gunbarrel tiene varias partes importantes,
tales como equilibradores de gas entre el tanque y la tubera
conductora, teniendo en cuenta que debido a seguridad industrial,
las lneas son independientes y se envan a sistemas de venteo
diferentes, lneas de gas, lneas de sangrado y medidores
baromtricos.
Placa de Orificio
La placa de orificio es el elemento primario para la medicin de
flujo ms sencillo, es una lamina plana circular con un orificio
concntrico, excntrico segmentado y se fabrica de acero inoxidable,
la placa de orificio tiene una dimensin exterior igual al espacio
interno que existe entre los tornillos de las bridas del montaje,
el espesor del disco depende del tamao de la tubera y la
temperatura de operacin, en la cara de la placa de orificio que se
conecta por la toma de alta presin, se coloca perpendicular a la
tubera y el borde del orificio, se tornea a escuadra con un ngulo
de 900 grados, al espesor de la placa se la hace un biselado con un
chafln de un ngulo de 45 grados por el lado de baja presin, el
biselado afilado del orificio es muy importante, es prcticamente la
nica lnea de contacto efectivo entre la placa y el flujo, cualquier
rebaba, distorsin del orificio ocasiona un error del 2 al 10% en la
medicin, adems, se le suelda a la placa de orificio una oreja, para
marcar en ella su identificacin, el lado de entrada, el nmero de
serie, la capacidad, y la distancia a las tomas de presin alta y
baja. En ocasiones a la placa de orificio se le perfora un orificio
adicional en la parte baja de la placa para permitir el paso de
condensados al medir gases, y en la parte alta de la placa para
permitir el paso de gases cuando se miden lquidos.
Placa de orificio, concntrica, excntrica y segmentada.Con las
placas de orificio se producen las mayores perdidas de presin en
comparacin a los otros elementos primarios para medicin de flujo ms
comunes, con las tomas de presin a distancias de 2 y de 8 dimetros
antes y/o despus de la placa se mide la perdida total de presin sin
recuperacin posterior. Se mide la mxima diferencial posible con
recuperacin de presin posterior y, con tomas en las bridas se mide
una diferencial muy cerca de la mxima, tambin con recuperacin de
presin posterior.
La exacta localizacin de tomas de presin antes de la placa de
orificio carece relativamente de importancia, ya que la presin en
esa seccin es bastante constante. En todas las relaciones de
dimetros D/d comerciales. Desde D antes de la placa en adelante
hasta la placa, la presin aumenta gradualmente en una apreciable
magnitud en relaciones d/D arriba de 0.5; debajo de ese valor la
diferencia de presiones es despreciable. Pero s en la toma de alta
presin, la localizacin no es de mayor importancia, si lo es en la
toma de baja presin, ya que existe una regin muy inestable despus
de la vena contracta que debe evitarse; es sta la razn por la que
se recomienda colocarlas para tuberas a distancias menores de 2
pulgadas de las tomas de placa. La estabilidad se restaura a 8
dimetros despus de la placa pero en este punto las presiones se
afectan por una rugosidad anormal en la tubera.Desventajas en el
uso de la placa de orificio1. Es inadecuada en la medicin de
fluidos con slidos en suspensin.2. No conviene su uso en medicin de
vapores, se necesita perforar la parte inferior.3. El
comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errtico ya que la
placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada.4.
Produce las mayores prdidas de presin en comparacin con otros
elementos primarios de medicin de flujos.Cuando el flujo pasa a
travs de la placa de orificio, disminuye su valor hasta que alcanza
una rea mnima que se conoce con el nombre de vena contracta, en las
columnas sombreadas de la figura siguiente, el flujo llega con una
presin esttica que al pasar por el orificio, las prdidas de energa
de presin se traducen en aumentos de velocidad, en el punto de la
vena contracta se obtiene el menor valor de presin que se traduce
en un aumento de velocidad, en ese punto se obtiene la mayor
velocidad.
Ms delante de la vena contracta, la presin se incrementa, se
genera una perdida de presin constante que ya no se recupera, la
diferencia de presin que ocasiona la placa de orificio permite
calcular el caudal, el cual es proporcional a la raz cuadrada de la
cada de presin diferencial.
Existen dos tipos de placas de orificio segmentadas; fijas y
ajustables.Orificio segmentado fijo:Se usa para medir flujos
pequeos y es una combinacin de orificio excntrico y una parte
segmentada, la parte concntrica se disea para obtener un dimetro
del 98% del dimetro interior de la tubera, se usa para en la
medicin de flujos como son las pulpas y pastas, no es recomendable
para lquidos de alta viscosidad.Orificio segmentado ajustable:En
este caso la relacin entre el dimetro interior y exterior
(0.25-0.85), se modifica por medio de un segmento mvil, el cuerpo
de la placa de orificio se fabrica con bridas de conexin similares
a la de una vlvula, las guas son de acero al carbn, el material del
segmento es de acero inoxidable, se utiliza en tuberas con
variaciones de flujo del 10:1 bajo variaciones de presin y
temperatura considerables. La relacin entre el flujo y la cada de
presin es:
Bibliografa.
ken arnold, Surface Operation, pgs. 151 154
ICP (Ecopetrol), Design of oil Handling Systems and Facilities,
Reviewed for the 1998 edition by Mary E. Thro of Paragon
Engineering Services, Inc.-
http://pdf.rincondelvago.com/hidrocarburos_derrames-y-efectos-ambientales.html
http://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_05/detectores/orificio/
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