aplicación del vapor en la industria petrolera

7/22/2019 Aplicacin Del Vapor en La Industria Petrolera

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Universidad NacionalAutnoma De Mxico

Divisin: Ciencias de la TierraMateria: Procesos de bombeoProfesor: Enrquez Poy ManuelAlumnos:Hernndez Moreno Luis Ernesto

Loe Martnez Ralm

Mora Jurez Marco Antonio

Visita al laboratorioFacultad de ingeniera


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Aplicacin del vapor en la industria petrolera

CALDERAUna caldera es una maquina o dispositivo de ingeniera que sesta diseadopara generar vapor saturado. Este vapor se genera a travs de unatransferencia de calor a presin constante, en la cual el fluido(agua),originalmente esta en estado liquido, se calienta y cambia de estado.

La caldera es todo aparato a presin en done el calor procedente decualquier fuente de energa se transforma en energa utilizable, a travs de unmedio de transporte en fase liquida o vapor. Estas son un caso particular en elque se eleva a altas temperaturas en intercambiadores de calor, en las cualesse produce un cambio de fase. Adems son recipientes a presin, por lo cualson construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchoscontenedores de gas.


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA CALDERA PARA GENERAR

VAPOREl agua de alimentacin que va a la caldera es almacenada en un tanque ocmara de agua (nombre que se le da al espacio que ocupa el agua en elinterior de la caldera) con capacidad suficiente para atender la demanda de lacaldera, as una vlvula de control de nivel mantiene el tanque con agua, a suvez una bomba de alta presin empuja el agua hacia adentro de la caldera pormedio de tuberas (tubos), al tiempo que, se da la combustin en el horno uhogar, esta es visible por el funcionamiento del quemador en forma de flama.

El quemador es controlado automticamente para pasar solamente el

combustible necesario (el combustible puede ser solid, liquido o gaseoso,dentro de los mas conocidos se encuentran el carbn, el combustoleo, y elgas), la flama o calor es dirigida y distribuida a las superficies de calentamientoo tuberas donde la energa trmica liberada en el proceso de combustin setransmite al agua contenida en los tubos (en algunos casos el agua fluye atravs de los tubos y el calor es aplicado por fuera a este diseo se le conocecomo Acuotubulares, en otros casos los tubos estn sumergidos en el agua y elcalor pasa por el interior de los tubos a este diseo se le conoce comoPirotubular, estos dos diseos de calderas son los mas utilizados) donde por

medio de los procesos de radiacin, conduccin y conveccin el agua setransforma en vapor, dicho vapor es conducido por tuberas a los puntos de uso


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o puede ser colectado en cmaras para su distribucin; en la parte superior dela caldera se encuentra una chimenea la cual conduce hacia afuera los humoso gases de la combustin; en el fondo de la caldera se encuentra una vlvulade salida llamada purga de fondo por donde salen del sistema la mayora depolvos, lodos y otras sustancias no deseadas que son purgadas de la caldera.En conjunto en la caldera existen mltiples controles de seguridad para aliviarla presin si esta se incrementa mucho, para apagar la flama si el nivel delagua es demasiado bajo o para automatizar el control del nivel del agua


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Aplicaciones

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua,las calderas son muy utilizadas en la industria petrolera por ejemplo en:

La generacin de electricidad a travs de un ciclo Rankine

Calentar aceites pesados para mejorar su fluidez

En la industria petrolera, la extraccin del crudo de los yacimientos implicamodificaciones en el equilibrio de las fases gas-lquido al presentarse unasignificativa reduccin de la presin al realizar la transferencia hacia lasuperficie. Generalmente, uno de los objetivos en el rea de produccin dehidrocarburos es maximizar la recuperacin de hidrocarburos lquidos debido a

su mayor valor comercial; y con este criterio se aborda la separacin de fasesen el proceso de separacin de crudo y gas.

Existen una variedad de simuladores comerciales capaces de predecir este tipode procesos empleando diversas metodologas de clculo. Con ayuda de estasherramientas el ingeniero puede mejorar la operacin y control de los equiposutilizados en las instalaciones de superficie (entre ellos separadores gas-crudo).

Una caldera es una maquina o dispositivo de ingeniera que sesta diseadopara generar vapor saturado. Este vapor se genera a travs de una


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transferencia de calor a presin constante, en la cual el fluido(agua),originalmente esta en estado liquido, se calienta y cambia de estado.

La caldera es todo aparato a presin en done el calor procedente de cualquierfuente de energa se transforma en energa utilizable, a travs de un medio de

transporte en fase liquida o vapor. Estas son un caso particular en el que seeleva a altas temperaturas en intercambiadores de calor, en las cuales seproduce un cambio de fase. Adems son recipientes a presin, por lo cual sonconstruidas en parte con acero laminado a semejanza de muchoscontenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua,las calderas son muy utilizadas en la industria petrolera por ejemplo en:

La generacin de electricidad a travs de un ciclo Rankine, alentar aceites

pesados para mejorar su fluidez

La mayora de los operadores tratan de producir la mayor cantidad de petrleoposible utilizando mtodos de recuperacin primaria; etapa denominada deproduccin en fro y a temperatura de yacimiento.Los factores de recuperacin tpicos para la produccin en fro varan de 1 a10%. Dependiendo de las propiedades del petrleo, la produccin en fro conlevantamiento artificial, incluyendo la inyeccin de un petrleo liviano, o

diluyente, para disminuir la viscosidad puede resultar exitosa. Aunque muchosyacimientos producen ms eficientemente con pozos horizontales. En algunoscasos, se prefiere un plan de produccin fomentando la produccin de arenajunto con la de petrleo. La eleccin de la estrategia ptima de produccin enfro requiere una comprensin de las propiedades del fluido y del yacimiento,as como de la fsica de la produccin.Una vez que la produccin en fro ha alcanzado su lmite econmico, elprximo paso es generalmente la recuperacin asistida termalmente. Aqutambin, se dispone de varios mtodos.

La tcnica de inyeccin cclica de vapor la cual consiste en estimular los pozosproductores con inyeccin de vapor y luego ponerlos otra vez en produccin.La inyeccin cclica de vapor puede elevar los factores de recuperacin de

20 40%.En los yacimientos con inyeccin de vapor, el vapor bombeadodentro de pozos inyectores calienta el petrleo viscoso, el cual esproducido por los pozos productores. Los pozos inyectores yproductores pueden ser verticales u horizontales. El emplazamientodel pozo y los programas de inyeccin dependen de las propiedadesdel fluido y del yacimiento. En algunas operaciones de inyeccin devapor de agua, los factores de recuperacin pueden alcanzar el 80%.


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Para los productores de petrleo dedicados a la recuperacin de petrleopesado, el emprendimiento requiere una inversin de largo plazo. La altaviscosidad del petrleo pesado aumenta las dificultades de transporte y deobtencin de productos comerciables, requiere tcnicas de refinamientosespeciales y por ende ms costosas. El valor de la tecnologa depende de suhabilidad para reducir el costo total. Debido a que la mayora de los campos depetrleo pesado son someros, los costos de perforacin no han constituido elfactor dominante, pero el uso creciente de pozos horizontales y multilateralescomplejos est introduciendo algunos costos en esta etapa del desarrollo. Elcosto primario reside tpicamente en la energa necesaria para generar einyectar el vapor requerido para movilizar los petrleos viscosos. En muchoscasos, estos costos operativos estn proyectados para continuar por 80 aos oms.

Cada regin posee petrleo con diferentes propiedades fsicas y se halla enuna etapa diferente del proceso de maduracin, de modo que cada una utilizadiferentes tcnicas de desarrollo y de produccin.

Otra gran aplicacin del vapor en la industria petrolera es la recuperacintrmica del petrleo.

La recuperacin asistida es considerada como la tercer o ltima secuencia deprocesamiento del petrleo.

Cuando se descubre el yacimiento y se procede a explotarlo, en principioresulta sencillo sacar los hidrocarburos gracias a los mismos recursos que lanaturaleza provee.

Despus que se produce una disminucin de esa energa, la produccindeclina y se ingresa a la recuperacin secundaria donde normalmente seinyecta agua para sacar los hidrocarburos.

Cuando la inyeccin de agua deja de ser efectiva, se procede a iniciar la

tercera etapa para producir petrleo.Se empieza a entregarle al pozo energa trmica y qumica.

Antes de iniciar la recuperacin asistida, el operador debe recoger tantainformacin como le sea posible acerca del pozo y del estatus y de lascondiciones de saturacin del reservorio. Este estudio se realiza medianteensayos que involucran tcnicas analticas y geolgicas acerca de lamorfologa del terreno. Toda esta cadena de informacin fundamenta las basesracionales para la prediccin de reservas recuperables de petrleo mediantelas distintas tcnicas que puede involucrar una recuperacin asistida.


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RECUPERACIN TERMICA

GENERACIN EFICIENTE DE VAPOR.

El vapor se produce por medio de generadores de vapor convencionales de unpaso o mediante instalaciones de cogeneracin, que producen vapor y energaelctrica. Por ejemplo, en el Valle de San Joaqun de California la empresaChevron cuenta con un centro de control completamente integrado para losgeneradores de vapor, el cual monitorea todas las operaciones de losgeneradores de vapor convencionales. Parmetros crticos, como el flujo degas combustible y aire para la combustin, el exceso de oxgeno y la calidaddel vapor son constantemente medidos y controlados; as mismo, todos losdatos se registran. Los generadores de vapor tienen una configuracin

altamente eficiente con recirculacin de gases de escape y con quemadores decombustin escalonados para reducir las emisiones de xidos de nitrgeno.

El vapor que se inyecta en los campos petroleros es saturado (hmedo) y tienedos faseslquido y vapor, lo que lo hace difcil de medir y controlar. Adems,los sistemas de distribucin de vapor regularmente lo suministran a cientos de

pozos de inyeccin. Cuatro problemas interrelacionados se asocian con estadistribucin.

El flujo de vapor debe ser medido y controlado, tanto en la superficie como enel subsuelo, y la calidad del vapor (cociente de masa de fase vapor sobre faselquida) tambin debe ser medida y controlada conforme el vapor se distribuyea travs del campo. A lo largo de muchos aos, Chevron ha desarrollado yoptimizado econmicamente soluciones para este tipo de problemas.


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El mtodo de estranguladores de orificio fijo en flujo crtico es el preferido parael control y medicin del flujo de vapor. Su desempeo se basa en lasecuaciones desarrolladas en los laboratorios de flujo de vapor de Chevron,verificadas en condiciones de campo. La medicin de la calidad de vapor en elcabezal de pozo se realiza combinando una placa de orificio y un estranguladorfijo. Las ecuaciones para la combinacin de placa y estrangulador se resuelvensimultneamente para el flujo y la calidad de vapor. La instrumentacin demedicin es simple, compacta y de bajo costo. Puede ser operada mediante eluso de paneles solares como fuente de energa y movilizada fcilmente depozo a pozo por una persona.

El control de la calidad de vapor en sistemas de distribucin superficialescomplejos se realiza mediante un dispositivo, desarrollado por Chevron,denominado Splitigator. Este dispositivo suministra el vapor, de una calidadespecfica, a los ramales del sistema de distribucin y que se coloca en lasinterconexiones de dicho sistema. De esta manera, el dispositivo impactar eldesempeo del yacimiento e influir de forma positiva en la economa delproyecto.

Ahora, considerando el subsuelo, la distribucin apropiada de vapor a laszonas individuales es importante si se quiere alcanzar una recuperacin y un

desempeo econmico ptimo de inyeccin de vapor en arenas mltiples. Sehan desarrollado herramientas de pozo para controlar la distribucin de calor yel desempeo del campo y se han demostrado los beneficios de unadistribucin apropiada del mismo.


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Una vez que se trata elvolumen inicial de agua, loscostos adicionales detratamiento esta limitados por aquellos asociados con el agua de reemplazo, esdecir, las operaciones petroleras de campo requieren grandes cantidades devapor para la inyeccin continua y por largotiempo en los yacimientos. Comoesencialmente en estos casos no hay agua condensada limpia para serreutilizada se requiere que elcosto de tratamiento del agua sea relativamentebajo.

El sistema de vapor utilizado en los campos petrolferos , estn formadosprincipalmente por calentadores y calderas

La Mayora de las Calderas o Generadores de Vapor tienen muchas cosas encomn. Normalmente en el fondo esta la cmara de combustin o el horno endonde es ms econmico introducir el combustible a travs del quemador enforma de flama. El quemador es controlado automticamente para pasarsolamente el combustible necesario para mantener la presin en el vapor

deseada. La flama o el calor es dirigido o distribuido a las superficies decalentamiento, que normalmente son tubos, fluxes o serpentines.

En algunos diseos el agua fluye a travs de los tubos o serpentines y el calores aplicado por fuera, estediseo es llamado "Calderas de Tubo de Agua". Enotros diseos de calderas, los tubos o fluxes estn sumergidos en el agua y elcalor pasa en el interior de los tubos, estas son llamadas "Calderas de Tubosde Humo". Si el agua es sujeta tambin a contacto con el humo o gasescalientes ms de una vez, la caldera es de doble, triple o mltiples pasos
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El agua dealimentacin de lascalderasdebe ser bien tratada de lo contrariopudiera causar los siguientesproblemas:

1. Formacin de costra

2. Corrosin

3. Formacin de burbujas de aire

4. Adherencia del vapor al cilindro.

Por los daos que causa utilizar agua no tratada es que existe una unidad detratamiento de las impurezas del agua la cual opera de la siguiente manera:

Como ya se menciono elobjetivo fundamental de esta unidad es reducir ladureza del agua de ro hasta cero por los daos que estos generan, con elobjeto de utilizarla como agua de alimentacin de las calderas.El agua

normalmente contiene una cierta cantidad de sales, entre las ms importantespara la utilizacin en la generacin del vapor se tienen: carbonato de calcio ycarbonato de magnesio. Estas sales de no eliminarse antes de ser usada enlas calderas pueden producir incrustaciones en los tubos. Las incrustaciones esla formacin de depsitos slidos y duros sobre la superficie interna de lostubos. Para evitar esta formacin en la planta de tratamiento de agua se tieneelproceso de suavizacin en caliente que consiste en la formacin deflculosproducto de la reaccin de la cal con las sales y lodos que contiene elagua. Este proceso es llamado Termocirculador.

Luego del proceso termocirculador, se filtra el agua en filtros de carbn yfinalmente se efecta el intercambio inico en los suavizadores de zeolita, en
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donde se disminuye el contenido de carbonato de calcio hastavalores de cero,despus de esto el agua se almacena para alimentar las calderas segnlademanda de vapor.

CRITERIOS DE DISEO EN EL PROCESO DE INYECCIN CONTINUA DE

VAPOR

Petrleo

Viscosidad 201000 cP

Gravedad 1225 API

Composicin No Crtica

Yacimiento

Espesor 30

Porosidad > 30 %

Profundidad 3003300 pies

Saturacin de Petrleo > 500 Bbls (acrepie)
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Transmisibilidad kh/ > 100 mD pies cP

Permeabilidad > 200 mD

Agua

Las propiedades del agua de formacin no son crticas.

El agua para la generacin del vapor debera ser relativamentesuave, ligeramente alcalina, libre de oxigeno, de slidos, de petrleo,de H2S y de hierro disuelto.

Litologa

Contenido de arcillas bajo.

Factores Favorables

Alto h

Bajo costo de los combustibles

Disponibilidad de pozos que puedan ser utilizados

Alta calidad del agua

Alta densidad de pozo

Alto espesor neto con relacin al total

Factores Desfavorables

Fuerte empuje de agua

Capa grande de gas

Fracturas extensivas

Otras consideraciones adicionales importantes son: el tamao del arreglo, as,ste podra determinar las prdidas de calor va el tiempo de flujo. La presindel yacimiento es un factor importante y significativo, ya que altas presiones delyacimiento requerirn altas presiones de inyeccin de vapor, lo cual se traduceen mayores temperaturas de inyeccin.


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CONCLUSIN

El vapor, algo tan sencillo de producir, se puede utilizar para muchsimascosas. En este trabajo, solo pusimos algunas aplicaciones en la industriapetrolera, sobre todo, en la que mayor nfasis pusimos, fue en la recuperacinsecundaria por inyeccin de vapor. Cuando un pozo se encuentra en una etapa

en que econmicamente no conviene producirlo debido al alto costo que estoconlleva , podemos utilizar la inyeccin de vapor para lograr explotar dichopozo.

REFERENCIAS

Metodologa para Evaluar Sistemas de Generacin y Distribucin de Vapor".Conae 2000, 1. Edicin, Mxico.

Plauchu Lima, Alberto, "Eficiencia en Calderas", 1a. Edicin, Mxico, D. F.

aplicación del vapor en la industria petrolera

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