REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIN SUPERIORUNIVERSIDAD DE ORIENTE NCLEO DE MONAGASLABORATORIO DE PROCESAMIENTO DE HIDROCARBUROSTRATAMIENTO PRELIMINAR DEL CRUDO EN CAMPOPresentado por: Ing. Indira B. Mrquez N.Maturn, Enero de 2012

Contenido:

*Estacin de flujo: definicin, componentes

*Separacin: definicin del proceso, tipos de separadores, tratamiento antiespumante

*Deshidratacin: agua asociada, formas de asociacin de agua-petrleo, emulsiones, factores que promueven la formacin de emulsiones, rompimiento de emulsiones, tratamientos para deshidratar el crudo

*Asfaltenos: definicin, caractersticas, propiedades, asfaltenos en el crudo, factores que afectan la estabilidad de los asfaltenos, tratamiento antiasfaltnico

*Norma ASTM D4007

ESTACIN DE FLUJO

Definicin: es una estructura de mediana complejidad, y se refiere al conjunto de equipos relacionados para recibir, separar, almacenar temporalmente y bombear los fluidos provenientes de los pozos ubicados en su vecindad.

El objetivo fundamental de las Estaciones de Flujo consiste en separar a las presiones ptimas los fluidos del pozo en sus tres componentes bsicos: petrleo, gas y agua, para el posterior tratamiento de los hidrocarburos, con el fin de optimizar el procesamiento y comercializacin de ellos (petrleo y gas).

Diagrama de una estacin de flujo sencilla

Funcionamiento:

El proceso de tratamiento en la estacin se realiza mediante una serie de sub-procesos; entre stos se tienen separacin, deshidratacin, almacenamiento, bombeo, etc. Este sistema se inicia con la recoleccin del crudo a travs del mltiple de produccin, el cual est formado por uno o varios cabezales de produccin y otro de prueba. El cabezal de prueba es utilizado para aislar individualmente la produccin de un pozo con el objeto de evaluarlo.El lquido sale de los separadores y va a los tanques de recoleccin, desde donde es succionado y enviado por las bombas a los patios de tanque, a travs del sistema de recoleccin de crudo (lneas de bombeo) correspondiente.

Algunas de las estaciones de flujo, escogidas estratgicamente, son usadas con puntos de inyeccin de qumicas deshidratantes, cuya funcin es acelerar el proceso de separacin crudo-agua y evitar la formacin de emulsiones fuertes. Tambin se utiliza la inyeccin de qumica antiespumante (mezcla de Silicn ms Gasoil) en el cabezal de produccin o en los separadores, con el propsito de minimizar la formacin de espuma que afecta el proceso de separacin y crea problemas de alto nivel en los tanques de recoleccin e ineficiencia en las bombas de las estaciones.La ubicacin deseable de los centros de recoleccin y almacenamiento debe considerar prioritariamente:

El volumen de fluidos que se producen Las caractersticas de los pozos y las distancias que los separan Programas de desarrollo

El factor econmico es esencial en la seleccin y ubicacin de las estaciones de flujo. A medida que un campo se desarrolla, se hace necesario construir nuevos centros de recoleccin.Diagrama de una estacin de flujo sencilla

Proceso de Manejo del Petrleo dentro de una Estacin de Flujo:Etapa de Recoleccin:

sta es una de las etapas ms importantes del proceso y consiste en recolectar la produccin de los diferentes pozos de una determinada rea a travs de tuberas tendidas desde el pozo hasta la Estacin de Flujo respectiva, o a travs de tuberas o lneas provenientes de los mltiples de petrleo, encargados de recibir la produccin de cierto nmero de pozos.

Mltiple de recoleccin

Tipos de mltiples de recoleccin

Proceso de Manejo del Petrleo dentro de una Estacin de Flujo:Etapa de Separacin:

Una vez recolectado, el petrleo crudo o mezcla de fases (lquida y gas) se somete a una separacin lquidogas dentro del separador. La separacin ocurre a distintos niveles de presin y temperatura establecidas por las condiciones del pozo de donde provenga el fluido de trabajo. Despus de la separacin, el gas sale por la parte superior del recipiente y el lquido por la parte inferior para posteriormente pasar a las siguientes etapas.

Proceso de Manejo del Petrleo dentro de una Estacin de Flujo:

Etapa de Depuracin:

Por esta etapa pasa nicamente el gas que viene de la etapa de separacin, y lo que se busca es recolectar los restos de petrleo en suspensin que no se lograron atrapar en el separador, adems de eliminar las impurezas que pueda haber en el gas, como lo son H2S y CO2. El lquido recuperado en esta etapa es reinsertado a la lnea de lquido que va hacia el tanque de lavado o de almacenamiento segn sea el caso, el gas limpio es enviado por las tuberas de recoleccin a las plantas de compresin o miniplantas, y otra cantidad va para el consumo interno del campo cuando se trabaja con motores a gas.Proceso de Manejo del Petrleo dentro de una Estacin de Flujo:

Proceso de Manejo del Petrleo dentro de una Estacin de Flujo:

Etapa de medicin de petrleo:

El proceso de medicin de fluidos y posterior procesamiento de datos, se hace con la finalidad de conocer la produccin general de la estacin y/o produccin individual de cada pozo.

Etapa de Calentamiento:

Despus de pasar el crudo por el separador, la emulsin agua-petrleo va al calentador u horno, este proceso de calentamiento de la emulsin tiene como finalidad ocasionar un choque de molculas acelerando la separacin de la emulsin. Este proceso es llevado a cabo nicamente en las estaciones en tierra debido a las limitaciones de espacio que existe en las estaciones que estn costafuera (mar, lago, etc.).Proceso de Manejo del Petrleo dentro de una Estacin de Flujo:

Etapa de Deshidratacin del petrleo:

Despus de pasar por la etapa de calentamiento, la emulsin de petrleo y agua es pasada por la etapa de deshidratacin con la finalidad de separar la emulsin y extraer las arenas que vienen desde los pozos. Luego el petrleo es enviado a los tanques de almacenamiento y el agua a los sistemas de tratamiento de efluentes.Proceso de Manejo del Petrleo dentro de una Estacin de Flujo:

Diagrama tpico de deshidratacin local a nivel de estacin de flujo

Etapa de Almacenamiento del petrleo:

Diariamente, en las Estaciones de Flujo es recibido el petrleo crudo producido por los pozos asociados a las estaciones, ste es almacenado en los tanques de almacenamiento despus de haber pasado por los procesos de separacin y deshidratacin y luego, en forma inmediata, es transferido a los patios de tanques para su tratamiento y/o despacho.Proceso de Manejo del Petrleo dentro de una Estacin de Flujo:

Etapa de Bombeo:

Despus de pasar por las distintas etapas o procesos llevados a cabo dentro de la Estacin de Flujo, el petrleo ubicado en los tanques de almacenamiento es bombeado hacia los patios de tanques para su posterior envo a las refineras o centros de despacho a travs de bombas de transferencia.Componentes bsicos en una estacin de flujo:Todas las Estaciones de Flujo para realizar sus funciones, necesitan la interrelacin operativa de una serie de componentes bsicos, como son:

-Mltiples o recolectores de entrada-Lneas de flujo-Separadores de petrleo, agua y gasProceso de Manejo del Petrleo dentro de una Estacin de Flujo:

Generalmente, las estaciones de flujo estn diseadas para cumplir un mismo fin o propsito, por tal razn, los equipos que la conforman son muy similares en cuanto a forma, tamao y funcionamiento operacional. -Calentadores y/o calderas-Tanques-BombasMltiples o recolectores de entrada:

Son arreglos mecnicos de tuberas y vlvulas que consisten generalmente en varios tubos colocados en posicin horizontal, paralelos uno con respecto al otro y conectados a cada una de las lneas de flujo. Su funcin es recolectar la produccin de los pozos que llegan a las estaciones de flujo y distribuirla hacia los diferentes procesos del sistema.

Sin embargo, los arreglos de vlvulas, conexiones y tuberas deben ser de manera tal que, cuando sea requerido, el flujo de cada pozo individual pueda ser aislado para propsitos de prueba de pozos. Esto es que el flujo de cada pozo pueda ser llevado a un separador de prueba, para segregar y medir petrleo o productos de destilacin, produccin de gas y en algunos casos produccin de agua.Lneas de flujo:

Se denomina lnea de flujo a la tubera que se conecta desde el cabezal de un pozo hasta el mltiple de produccin de su correspondiente estacin de flujo. Las lneas de flujo son aquellos sistemas de manejo que transportan el flujo en forma bifsica, desde los pozos hasta un punto de convergencia denominado mltiple. Cada mltiple est conformado por secciones tubulares, cuya capacidad y tamao dependen del nmero de secciones tubulares.

Son fabricados en diferentes dimetros, series y rangos de trabajo y se seleccionan segn el potencial de produccin y presiones de flujo del sistema.

En el diseo de las lneas de flujo se calculan principalmente lo siguiente:

La cada de presin a lo largo de la lnea de flujo, la cual se calcula usando modelos multifsicos

Los espesores ptimos del tipo de material a usar considerando las presiones de trabajo

Los sistemas de limpieza y de mantenimiento

Los sistemas de proteccin

Los sistemas de anclaje

Separadores:

El trmino "separador de petrleo y gas" en la terminologa del argot petrolero es designado a un recipiente presurizado que es utilizado para separar los fluidos producidos de pozos de petrleo y gas en componentes lquidos y gaseosos. Un recipiente de separacin puede ser llamado de las siguientes formas:

Separador de petrleo y gasSeparadorSeparador por etapasTrampaDepurador (depurador de gas), de tipo seco o hmedoFiltro (filtro de gas), de tipo seco o hmedoFiltro-Separador

En muchos sistemas de equipos de produccin en superficie, el separador de gas-petrleo es el primer recipiente hacia donde fluyen los fluidos del pozo luego de ser levantados a superficie. Sin embargo, otros equipos tales como calentadores y retenedores de agua, pueden ser instalados aguas arriba del separador.

SEPARACIN

Separadores: son instrumentos que se utilizan para la separacin fsica de fases. La funcin fundamental de un separador es separar un componente deseado del fluido (crudo, gas, agua, contaminantes, etc.). Es un cilindro de acero que por lo general se usa para disgregar la mezcla de hidrocarburos en sus componentes bsicos, petrleo y gas (los fluidos de inters).

Adicionalmente, el recipiente permite aislar los hidrocarburos de otros componentes indeseables como la arena y el agua. Otras veces, cuando se usa en plantas de tratamientos (deshidratacin y endulzamiento de gas natural), el separador se emplea para separar por ejemplo al glicol, el cual se utiliza como deshidratante del gas natural, de las naftas que se condensan dentro de las torres de absorcin.Componentes del Separador:

Difusor de la entrada (deflectores)Rompeolas (separador horizontal)Platos despumantesRompe vrticeEliminador de neblinaControladores de presinControladores de nivel

8. Vlvulas de alivio de presin y discos de ruptura9. Tabiques10. Tuberas internas

Funciones de un separador:

ste permite una primera separacin entre los hidrocarburos, esencialmente lquido y gaseoso.Refinar an ms el proceso, mediante la recoleccin de partculas lquidas atrapadas en la fase gaseosa, siempre y cuando el proceso de separacin sea realizado entre estas fases.Liberar parte de la fraccin gaseosa que pueda permanecer en la fase lquida.Descargar, por separado, las fases lquida y gaseosa, para evitar que se puedan volver a mezclar, parcial o totalmente.

Proceso de Separacin:

Separacin primaria. El cambio en la cantidad de movimiento de las fases a la entrada del separador genera la separacin gruesa de las fases. Esta zona incluye las boquillas de entrada y los aditamentos de entrada, tales como: deflectores y distribuidores.Separacin secundaria. Durante la separacin secundaria se observan zonas de fase continua con gotas dispersas (fase discontinua), sobre las cuales acta la fuerza de gravedad. Esta fuerza se encarga de decantar hasta cierto tamao las gotas de la fase pesada discontinua en la fase liviana continua. Tambin produce la flotacin de hasta cierto tamao de gotas de la fase lquida liviana (fase discontinua), en la fase pesada continua.

Separacin por coalescencia. En ciertas situaciones, no es aceptable que gotas muy finas de la fase pesada discontinua sean arrastradas en la fase liviana: por ello es necesario que, por coalescencia, tales gotas finas alcancen un tamao lo suficientemente grande para separarse por gravedad. Los dispositivos a usar son los eliminadores de niebla o mallas (separadores lquido-vapor), o las esponjas o platos coalescedores (separacin lquido-lquido).Recoleccin de las fases lquidas. Las fases lquidas ya separadas requieren de un volumen de control y emergencia para una operacin confiable y segura de los equipos aguas abajo.

Secciones de un separador horizontal y verticalSecciones de un separador esfrico

Clasificacin de los separadores:

En el procesamiento del petrleo y gas existe una amplia variedad de separadores de mezclas de diferentes fases: gaseosas, lquidas y slidas. Los separadores se pueden clasificar en base a diferentes criterios tales como:

El nmero de fases a separarLos tipos de fases a separar La forma y posicin del separadorLos procesos de separacin

Segn el nmero de fases a separar:

Separadores bifsicos: separan la fase lquida (mezcla de crudo y agua) de la fase gaseosa.

Separadores trifsicos: son recipientes capaces de separar el gas y las dos fases de los lquidos inmiscibles. Por lo general, resultan muy grandes porque se disean para garantizar que ambas fases (agua y petrleo) salgan completamente libres una de la otra (agua sin petrleo y petrleo sin agua).

Los separadores trifsicos son usados para remover cualquier fase de agua libre que pueda estar presente en la mezcla.Segn los tipos de fases a separar:

Separadores gas-lquido: en estos equipos se realiza el proceso de separacin del gas y lquidos presentes en el fluido producido, pueden trabajar a diferentes presiones, clasificndose segn su presin de operacin en separadores de baja, media y alta presin.

Separadores lquido-lquido: estos recipientes se utilizan para separar dos lquidos inmiscibles, los cuales se pueden separar usando los mismos principios de los separadores gas-lquido.

Un separador lquido-lquido opera de manera similar que un separador gas-lquido, sin embargo, los separadores lquido-lquido son diseados para velocidades mucho ms bajas, debido fundamentalmente a que la diferencia entre las densidades de dos lquidos es mucho menor que entre un gas y un lquido. Segn los procesos de separacin:

Separadores convencionales: un separador convencional es un separador que se usa para separar una mezcla de componentes en una o dos corrientes, una lquida y otra gaseosa. Generalmente, las corrientes lquidas contienen muy poco gas y la corriente gaseosa muy poco lquido.

Depuradores: son separadores que no poseen capacidad para hacer una separacin gas-lquido, cuando los volmenes del lquido pueden ser apreciables y no poseen un tamao suficiente para que el asentamiento por fuerzas gravitacionales sea ptimo. La funcin bsica de un depurador es remover pequeas cantidades del lquido de una mezcla con predominio gaseoso. Tratadores trmicos: es un tipo de separador trifsico (crudo-gas-agua) que adems posee en su interior facilidades para filtrar y calentar los fluidos. Normalmente, trabaja a presiones bajas y se usa en el tratamiento de crudos livianos y medianos.

Tratador trmico vertical

Otras denominaciones:

Separadores tipo filtroFiltrosSeparadores de liberacin instantnea (tanque flash)Separadores tipo pulmn (simples o mltiples)Goteo en lneaTanques de venteoTamborTrampa

Torres de destilacin: permiten separar un fluido de varios componentes de composiciones deseadas. Para ello se utilizan procesos de equilibrio trmico basados en las constantes de equilibrio lquido-vapor. Las torres de destilacin poseen una serie de platos, en los cuales se establecen flujos en dos direcciones el gas en ascenso y el lquido en descenso.

Segn la forma y posicin del separador:

Separadores verticales: en estos equipos la fase pesada decanta en direccin opuesta al flujo vertical de la fase liviana. Normalmente son empleados cuando la relacin gas o vapor-lquido es baja (< 500 PC/Bl). Ms prctico a la hora de remover los slidos acumulados.Separadores horizontales: en estos equipos, la fase pesada decanta perpendicularmente a la direccin horizontal de la fase liviana, permitiendo que la fase liviana pueda viajar a una velocidad superior a la velocidad de decantacin de la fase pesada discontinua. Normalmente empleados cuando la relacin gas o vapor-lquido es alta (> 1000 PC/Bl). Requieren poco espacio vertical para su instalacin.

Separadores esfricos: son compactos, tienen una limitada capacidad para manejar lquidos. Requieren menos acero para una presin dada. Son ms difciles de construir, por lo que resultan poco usados en la industria petrolera.Crudos espumosos (Problema operativo):

La mayor causa de la espuma son aquellas impurezas y el agua contenida en el petrleo crudo que ser imprctico remover antes de que la corriente alcanzase el separador.

De cualquier modo, la formacin de espuma en los separadores genera los siguientes problemas:

El control mecnico de nivel de lquido se complica porque cualquier dispositivo de control debe tratar bsicamente con tres fases en vez de dos.

La espuma tiene una alta relacin volumen a peso. Como resultado puede ocupar mucho del espacio del separador, que de otro modo, podra estar disponible para las secciones de asentamiento por gravedad o recoleccin de lquido.

Puede ser imposible remover el gas separado o el crudo desgasificado del tanque sin entrampar parte del material espumoso en las salidas del lquido o el gas.Burbujas sobre la superficie de un lquido

Espumosidad

Definicin de Espuma. Una espuma es, en muchos aspectos anloga a una emulsin, est constituida por glbulos dispersos de gas en vez de lquido, en fase lquida. Una espuma es el resultado de la incorporacin mecnica de gas dentro de una fase lquida. La consecuencia es la formacin de burbujas en las cuales la pelcula de lquido rodea un volumen de gas que tiende a ascender en una columna de espuma.

Como en las emulsiones, tambin en las espumas, una cuestin es la tendencia a formarse y otra diferente es su estabilidad. Si ambas se forman o se resuelven en forma instantnea o dentro de los tiempos operativos disponibles, no son mayor problema. Los petrleos pueden contener compuestos capaces de estabilizar espumas que no pueden resolverse en tiempos operativos. En este caso los sistemas de tratamiento necesitan, para lograrlo, que al fluido que ingrese se dosifiquen antiespumantes. La estabilidad de la burbuja es funcin de la presin, la temperatura y la fsica de la interfase G-L: elasticidad del film, formacin de una capa gelatinosa y viscosidad de la interfase.

Se est en presencia de un problema de espumas:

Cuando no se puede resolver con los recursos disponibles habituales: instalaciones existentes, tiempos de residencia

2) Cuando "aparecen" temporalmente, por ejemplo, cuando el crudo se contamina con algn agente externo (fluido de tratamiento)Tienen mayor tendencia a espumar:

Los crudos que tienen < 40 API El fluido que tiene < 160 F El fluido que tiene viscosidad > 53 cPs a la temperatura de operacin.

An cuando los separadores ms usuales en produccin son verticales (se prefieren por su flexibilidad operativa) los ms eficientes para el tratamiento de petrleo que espuman son los horizontales, porque proveen mayor relacin rea-volumen (mayor superficie de liberacin de gas). Cmo tratar las espumas:

Cuando se deben separar fluidos con espumas se requieren mayores tiempos de retencin (a veces de tres veces) y/o diseos particulares de separador:

Es muy importante para la ruptura de la espuma: la agitacin, la temperatura operativa y la necesidad de placas coalescedoras internas en el separadorPuede suceder que el mayor entrampamiento de burbujas de gas se deba a un importante aumento en la viscosidad del fluido por enfriamiento

3. La mayor temperatura de separacin favorece la resolucin de espumas porque reduce la tensin superficial (G-L) y la viscosidad. As como la temperatura favorece las colisiones entre gotas de agua en la deshidratacin, tambin lo hace con las burbujas de gas liberado del crudo.

Las Siliconas (antiespumas). Fabricadas a partir de un material natural (cuarzo/arena) y luego de un complejo proceso de transformaciones, las siliconas no estuvieron comercialmente disponibles hasta 1943.

Actualmente, tienen una enorme cantidad de usos y es de inters su propiedad antiespumante.

Una de las siliconas ms comunes es la PDMS o polidimetilsiloxanos, un polmero orgnico con esqueleto inorgnico.

Siendo solubles en hidrocarburos livianos, son fciles de dosificar a la entrada del separador.

La mayor aplicacin de las siliconas como antiespumante es en la separacin gas-petrleo. Por qu espuman los crudos:

Aunque no se ha encontrado correspondencia directa entre la viscosidad y la tendencia a espumar, existen cuestiones de composicin vinculadas a la tendencia a espumar que se conocen desde 60 aos atrs.

Para los crudos, la presencia de cidos especficos y fenoles ha mostrado ser importante en la formacin y estabilidad de las espumas.

Los materiales estabilizadores de espumas son cidos carboxlicos de cadenas cortas (actico, propinico, butrico) y fenoles.Puntos de aplicacin de compuestos qumicos

El amor ahuyenta el miedo y, recprocamente el miedo ahuyenta al amor. Y no slo al amor el miedo expulsa; tambin a la inteligencia, la bondad, todo pensamiento de belleza y verdad, y slo queda la desesperacin muda; y al final, el miedo llega a expulsar del hombre la humanidad misma.

Aldous Huxley