1 Diseño de Instalaciones de Producción
ÍNDICE INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 3 OBJETIVO GENERAL ............................................................... ............................... .................................................. .................. 4 1.
RECOLECCIÓN DE LA PRODUCCIÓN, MUESTREO Y ANÁLISIS DE LOS FLUIDOS Y CALIDAD DE LOS FLUIDOS PRODUCIDOS .......................... 5
2.
ECUACIÓN DE ESTADO .................................................................. 18
3.
EQUILIBRIO LÍQUIDO – VAPOR ....................................................... ................................ ....................... 28
4.
SEPARACIÓN DE LOS FLUIDOS PRODUCIDOS ................................... 59
5.
TRATAMIENTO DE CRUDO .............................................................. 87
6.
ESTABILIZACIÓN DE CRUDO ........................................................ 104
7.
ALMACENAMIENTO DE CRUDO ...................................................... 120
8.
MEDICIÓN DE HIDROCARBUROS ................................................... 127
9.
TRANSPORTE TRANSPORT E DE CRUDO C RUDO .............................................................. ................................ .............................. 146
10.
ACONDICIONAMIENTO DE GAS ..................................................... 156
11.
BOMBEO Y COMPRESIÓN C OMPRESIÓN .............................................................. ................................ .............................. 169
12.
AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL ..................................................... 188
13.
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN MARINAS .................................. 198
CONCLUSIONES .................................................................................. 209 ANEXOS ............................................................................................. 210 BIBLIOGRAFÍA..................................................................................... 233
2 Diseño de Instalaciones de Producción
ÍNDICE INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 3 OBJETIVO GENERAL ............................................................... ............................... .................................................. .................. 4 1.
RECOLECCIÓN DE LA PRODUCCIÓN, MUESTREO Y ANÁLISIS DE LOS FLUIDOS Y CALIDAD DE LOS FLUIDOS PRODUCIDOS .......................... 5
2.
ECUACIÓN DE ESTADO .................................................................. 18
3.
EQUILIBRIO LÍQUIDO – VAPOR ....................................................... ................................ ....................... 28
4.
SEPARACIÓN DE LOS FLUIDOS PRODUCIDOS ................................... 59
5.
TRATAMIENTO DE CRUDO .............................................................. 87
6.
ESTABILIZACIÓN DE CRUDO ........................................................ 104
7.
ALMACENAMIENTO DE CRUDO ...................................................... 120
8.
MEDICIÓN DE HIDROCARBUROS ................................................... 127
9.
TRANSPORTE TRANSPORT E DE CRUDO C RUDO .............................................................. ................................ .............................. 146
10.
ACONDICIONAMIENTO DE GAS ..................................................... 156
11.
BOMBEO Y COMPRESIÓN C OMPRESIÓN .............................................................. ................................ .............................. 169
12.
AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL ..................................................... 188
13.
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN MARINAS .................................. 198
CONCLUSIONES .................................................................................. 209 ANEXOS ............................................................................................. 210 BIBLIOGRAFÍA..................................................................................... 233
2 Diseño de Instalaciones de Producción
INTRODUCCIÓN El presente manual es un documento de apoyo para los ingenieros que tendrán a su cargo el Diseño de Instalaciones de Producción de Producción de petróleo, en él se han considerando aspectos teóricos y prácticos que en combinación con un buen trabajo de equipo permitirá desarrollar un diseño muy completo. El saber que el crudo es una mezcla de miles de hidrocarburos, nos hace saber que su conocimiento no es trivial, por lo que se debe partir del conocimiento básico para entender lo complejo que resulta. Es fundamental el cocimiento del crudo al que se van a diseñar las instalaciones de producción, dicho conocimiento se adquiere con la toma de muestras y análisis de laboratorio representativas, así como una buena caracterización numérica, que permita reproducir las propiedades del crudo, de acuerdo al cambio de condiciones como son la Presión y Temperatura, entre otros. No existe un libro que cubra de forma integral todos los temas necesarios para el diseño de instalaciones de producción, por lo que si el alumno desea conocer más sobre un tema específico se tendrá t endrá que remitir a uno especializado. La industria petrolera requiere cada día, de nuevas ingenierías que satisfagan la producción de crudos extrapesados, yacimientos relativamente fríos, alto contenido de azufre, aguas profundas, etc. Cada uno de estos diseños tendrá que ser un “traje a la medida” ya que cada crudo y condición de operación so n distintas, por lo que, ante ante tal reto espero espero que este este manual llegue llegue a ser de utilidad.
3 Diseño de Instalaciones de Producción
OBJETIVO GENERAL Al término del curso el participante: Aplicará los conocimientos fundamentales del diseño de instalaciones en el área petrolera, mediante la evaluación de los sistemas de recolección, muestreo, caracterización, caracterización, acondicionamiento y transporte.
4 Diseño de Instalaciones de Producción
1. RECOLECCIÓN DE LA PRODUCCIÓN, MUESTREO Y ANÁLISIS DE LOS FLUIDOS Y CALIDAD DE LOS FLUIDOS PRODUCIDOS
Objetivo específico: al término de la unidad, el participante será capaz de identificar los diferentes tipos de crudos en función de la calidad API, de acuerdo a su envolvente de fases, así como los diferentes tipos de muestreos.
Recolección de la producción Para diseñar de forma adecuada las instalaciones superficiales de producción, que involucran el transporte, acondicionamiento y almacenamiento de los hidrocarburos producidos, es fundamental la adecuada caracterización de los fluidos, así como las condiciones (presión y temperatura) y ubicación del yacimiento (costa fuera, costa dentro, aguas someras, aguas profundas, etc.). La recolección de la producción de hidrocarburos, comienza con el traslado del hidrocarburo desde el yacimiento hasta la superficie a través del pozo productor, de ahí a través de líneas de descarga es recolectado en cabezales para su posterior ingreso a un separador, con el fin de obtener las fases aceite, gas y agua, cada una de estas fases son acondicionadas para cumplir ciertos parámetros para su posterior almacenamiento y/o venta, figura 1.
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Figura 1. Recolección de hidrocarburos Fuente: www.monografias.com/trabajos72/facilidades-superficie-industria-petrolera/facilidadessuperficie-industria-petrolera.shtm
El sistema de acondicionamiento de las fases dependerá principalmente de la composición de cada fase y de los lineamientos que debe de cumplir para su venta, dicho acondicionamiento podrá ser relativamente simple o incluir muchos componentes, figura 2.
Figura 2. Acondicionsamiento de separación de fases. Fuente: Oilfield processing Vol. 2, crude oil, Manning. Diseño de Instalaciones de Producción
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Muestreo y análisis de los fluidos El conocer las propiedades físico-químicas de los fluidos y sus variaciones en función de la Presión-Volumen-Temperatura, son esenciales para el adecuado diseño de las instalaciones de producción, la forma de obtener dichas propiedades, es mediante pruebas de laboratorio a partir de muestreos, mismos que se describen a continuación. Los puntos más comunes para muestrear los hidrocarburos son: a) Muestreo en fondo de pozo: las muestras se toman directamente enfrente al yacimiento con una herramienta especial, de la que baja una bala que es sumergida en el seno del líquido, tomando la muestra a condiciones de presión y temperatura del yacimiento. b) Muestras del separador: se toman muestras de las fases separadas líquido y aceite, y con el modelado de una recombinación se obtiene el crudo original. c) Muestra del cabezal del pozo: se toma la muestra directamente en el cabezal del pozo, este muestreo está limitado a que se tenga fluido monofásico. Se recomienda tomar como mínimo tres muestras, con el fin de tener muestra comparativa en caso de tener que aclarar algún error. Para los hidrocarburos líquidos normalmente se realizan los siguientes análisis de laboratorio: Análisis PVT: conjunto de pruebas de laboratorio: a) Composición de la muestra del fluido: por cromatografía y destilación, para gases sólo aplica cromatografía (C1 al C11; a veces al C 6+ o C7+) o por destilación fraccionada.
7 Diseño de Instalaciones de Producción
b) Expansión a Composición Constante: es una prueba de liberación instantánea donde la muestra original es sometida a un proceso de expansión disminuyendo la presión, a composición y temperatura constante (Temperatura de yacimiento, Ty). El gas liberado se mantiene en contacto con el crudo. Con esta prueba se determina la presión de burbuja (Pb), figura 3.
Figura 3.Expansión a composición constante Fuente: PVT And Phase behaviour of petroleum reservoir fluids, Ali Danesh.
c) Liberación Diferencial Isotérmica: la muestra es sometida a un proceso de expansión disminuyendo la presión y manteniendo la T constante (Ty). El gas liberado en cada etapa se libera del contacto con el crudo, la expansión llega hasta la presión atmosférica, de dicha prueba se pueden obtener las siguientes propiedades: composición del gas liberado, Relación Gas Aceite (RGA), Factor volumétrico del aceite, densidad del aceite, factor volumétrico del gas (Bg), gravedad específica del gas liberado (g) figura 4.
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Figura 4.Liberación diferencial isotérmica. Fuente: PVT And Phase behaviour of petroleum reservoir fluids, Ali Danesh.
d) Prueba de separadores: son estudios de liberación instantánea que se hacen en un separador (en laboratorio), con la meta de cuantificar el efecto de las condiciones de separación (P, T) en la superficie sobre las propiedades del crudo (Bo y Rs). Al variar la Presión de separación (Ps) se puede encontrar la P que produzca la mayor cantidad de crudo en el tanque. e) Curva de viscosidad a condiciones de yacimiento (P, T). Existen asociaciones nacionales e internacionales que han descrito procesos para obtener una muestra representativa: ASTMD 4057-95: Muestreo manual del petróleo y productos del petróleo. Esta práctica cubre el procedimiento para obtener manualmente muestras representativas de productos del petróleo, líquidos, semilíquidos o sólidos, que tengan una presión de vapor a temperatura ambiente menor de 101 kPa (14.7psia). Si el muestreo es para la determinación precisa de volatilidad, use la práctica D 5842 junto con esta práctica. Para mezclado y manejo de muestras, referirse a la Práctica D 5854. 9 Diseño de Instalaciones de Producción
