Diseño de Una Batería de Separación.

 

 

Ingeniería Petrolera Proyecto Batería de separación Ismucucu tumín Materia Métodos de producción II Docente Rigoberto Núñez Solis Alumnos Chávez Guzmán Luis Ramos Treviño Brandon Bryan Emmanuel Reyes Ramírez Uribe Flores Zulet Yanel Semestre 8º Grupo “B”   “B”

04 de junio del 2018.

 

 

Contenido Introducción Introduc ción .................................................................................................. .................................................................................................................. ................ 3 Capituloo 1. Plantea Capitul Planteamiento miento del problema ............ ............................................................. ........................................................... .......... 4 1.1 Antecedentes de la elaboración del modelo ......................................... ........................................................... .................. 4 1.2 Batería de separación separación ........................................... ............................................................................................ ................................................... 4 1.2.1 Sistema de Recolección Recolección ... ..................................................... ............................................................................ .......................... 4 1.2.2 Separació Separaciónn ................................................................................................... ................................................................................................... 6 1.2.3 Almacena Almacenamiento miento................................................. ........................................................................................... .......................................... 6 1.2.4 Transporte y estació estaciónn de bombeo ...................................................... ................................................................ .......... 7 1.3 Planteam Planteamiento iento del problema ................................. ................................................................................... .................................................. 8 1.3 Objetivo General.......................................... ........................................................................................... ........................................................... .......... 9 Capituloo 2. Desarroll Capitul Desarrolloo del proyecto ............................................. ............................................................................... .................................. 9 2.1 Recolección Recolección ............................................. .............................................................................................. ......................................................... ........ 11 2.2 Almacenamiento. Almacenamiento. ...................................................................................... .............................................................................................. ........ 12 2.3 Potencia de las bombas........................................... ................................................................................... ........................................ 13 Capituloo 3. Resulta Capitul Resultados dos y conclusio conclusiones nes ....................................................................... 15 3.1 Conclusiones Conclusiones ................................................... .................................................................................................... ................................................. 15 3.2 Recomendacione Recomendacioness ............................................................................................ ............................................................................................ 15

04 de junio del 2018.

 

 

Introducción

El presente proyecto se enfoca en el diseño de los componentes de una batería de separación, considerando las propiedades de los fluidos manejados durante la trayectoria del cabezal de pozo hasta el manifold (cabezal de recolección).

En esta investigación, también será descrito, el proceso que consiste en la separación de

fases

contenientes

en

hidrocarburos

(gas,

líquido

y

solido)

provenientes de los pozos productores de un mismo yacimiento. Definiendo una batería de separación con una presión intermedia que va de 25kg/cm 2 a 55kg/cm2, se diseñará los sistemas de control por ejemplo las válvulas, tuberías, conexiones en general, y equipos dinámicos refiriéndose separadores, tanques de almacenamiento y bombas. Con el propósito de transportar y distribuir de manera eficiente los hidrocarburos.

04 de junio del 2018.

 

 

Capitulo 1. Planteamiento del problema 1.1 Antecedentes de la elaboración del modelo

En este capítulo se exponen los elementos que conforman la batería en estudio, así como las expresiones básicas que modelan el flujo a través del componente en función de presiones, diámetros de tuberías, coeficientes, factores de fricción, etc. Estas expresiones intervienen directamente en el desarrollo del modelo.

1.2 Batería de separación

Es el proceso que consiste en la separación de la fase gas-liquido de la mezcla de hidrocarburos provenientes de los pozos productores de un mismo yacimiento, con el propósito de transportar y distribuir de manera eficiente hacia las instalaciones de refinación más cercana para su procesamiento.

Existen cuatro subsistemas principales de proceso en las instalaciones de separación:

1.2.1   Sistema de Recolección 1.2.1

La recolección de los hidrocarburos que fluyen de los pozos productores hasta las facilidades de producción se efectúa mediante líneas y un conjunto de válvulas llamadas manifold, múltiple de distribución o cabezal, que esencialmente consiste en dos o más

04 de junio del 2018.

 

 

líneas paralelas situadas en plano horizontal. Uno o más de estos colectores se utilizan para la producción general y el otro para la medición individual de los pozos. Los diámetros de cada uno de estos son diferentes en cada caso, puesto que su función es directa con los volúmenes de producción a manejar.

Las líneas de descarga de los pozos a las facilidades, tiene en su entrada al manifold , válvulas de retención (check ) que impiden el retroceso del fluido en caso de existir una caída de presión brusca. Todas estas líneas se conectan transversalmente a los colectores e igualmente llevan en sus conexiones válvulas de compuerta, compuerta, las que permiten realizar los movimientos necesarios para impedir que los pozos conectados al colector de producción o de grupo, puedan descargar su fluido al colector de medición o viceversa.

Estos colectores en su otro extremo están cerrados por medio de una brida ciega. Las líneas que llegan hasta el colector de medición cuentan con tantas válvulas de compuerta; como movimiento se requiere para lograr el funcionamiento perfecto de la instalación. De ambos colectores parten las líneas de alimentación a sus respectivos separadores, que también llevan válvulas de control , ubicadas en tal forma que permiten la distribución uniforme de la carga de alimentación.

El sistema de recolección transporta los hidrocarburos en flujos bifásicos (gas condensado/petróleo) o trifásico (gas - condensado/petróleo – condensado/petróleo  – agua  agua de formación); en su diseño es importante determinar los diámetros óptimos para transportar la

04 de junio del 2018.

 

 

producción de cada pozo; con la mínima perdida de fricción y de esta manera ahorrar energía en los reservorios.

1.2.2 Separación

Los fluidos producidos en los pozos son mezclas complejas de diferentes compuestos de carbón e hidrógeno, todos con diferentes densidades, presiones de vapor y otras características físicas que en su conjunto hacen que estas mezclas se encuentren en fase liquida o gaseosa. La separación física de estas fases es una de las operaciones básicas en la producción, procesamiento procesamient o y tratamiento del aceite y gas. En un separador de gas y aceite, se separan mecánicamente de una corriente corri ente de hidrocarburos el líq líquido uido y el gas que coexisten a una temperatura y presión especifica. Los separadores son muy importantes debido a que un tanque de separación es normalmente el componente inicial en cualquier instalación. y un impropio funcionamiento de este elemento puede crear un cuello de botella y reducir la capacidad capaci dad de la instalación completa. La eficiencia de su operación incide directamente en el comportamiento de sistema completo, por tal motivo, se contempla el diagnóstico de su funcionamiento mediante la comparación de las cargas que soportan los sistemas reales y los gastos teóricos que resultan ineludible ineludib le para el modelo a desarrollo. 1.2.3   Almacenamiento 1.2.3

04 de junio del 2018.

 

 

El almacenamiento continúa siendo una actividad indispensable en el transporte y manejo de hidrocarburos. La selección del tipo y tamaño de tanque está regida por la relación producción-consumo, las condiciones ambientales, la localización del tanque y el tipo de fluido a almacenar. Los materiales que se han empleado para su construcción han sido: Madera, concreto, aluminio plástico y acero inoxidable; inoxidable; siendo este último el de mayor demanda por su resistencia y durabilidad. Los tanques pueden fabricarse y transportarse a su lugar de colocación o bien ha empleado para la clasificación de tanques es por las características de su techo, en base a esto los hay de techo fijo y de techo flotante. Estos últimos han tenido gran aceptación debido a la ventaja adicional de controlar automáticamente el espacio armarse en el lugar mismo donde permanecerán. Una forma típica que se disponible a los vapores emisión emi sión de vapores tanto económicos como ambientales. Es de vital importancia durante el diseño de un tanque, las condiciones a las que este va a operar, esto incluye básicamente: presión y temperatura de trabajo la presión de trabajo está en función de la presión de vapor del fluido que se almacenará además de otros factores. 1.2.4Transporte y estación de bombeo

El crudo es recibido en las estaciones de bombeo, pasa inicialmente por un proceso de filtrado a través del cual los sólidos que vienen en el fluido no afecten los diferentes equipos con los que entrará en contacto durante su recorrido. 04 de junio del 2018.

 

 

Finalmente, el crudo ingresa a las bombas centrífugas, las mismas m ismas que le dan la energía necesaria para que el fluido sea desplazado hasta la siguiente estación de bombeo. Estas bombas centrífugas funcionan a través de motores de combustión interna que usan como combustible: petróleo. Los equipos de transferencia de aceite y gas son fundamentales en de producción establecidos, en ocasiones pueden constituir el problema principal del proceso. Por lo tanto, es de suma importancia el control de las condiciones operativas de las plantas de compresión y bombeo, mediante el seguimiento de la potencia entregada por los equipos. Las unidades generadoras de potencia utilizadas en los procesos de transporte son bombas y compresoras. Las bombas son utilizadas en las instalaciones de producción para desplazar líquidos de lugares con baja presión o que se sitúan en terrenos bajos, a otros donde la presión requerida sea mayor o se localicen a mayor elevación.

1.3 Planteamiento del problema

  Se realizó una modelo para una batería de separación, basado en normas, diseño, dimensionamiento y distribución para los de tanques de almacenamiento, separadores, y estación de bombeo con datos supuestos para una batería de presión intermedia. Las dificultades presentadas en el proyecto fue la correcta distribución de cada área, y la realización de los cálculos.

04 de junio del 2018.

 

 

1.3 Objetivo General

Diseñar un modelo de batería de separación de hidrocarburos para operar a presión baja e intermedia y determinar una separación eficaz del gas-liquido gas-liquido   considerando la futura explotación del campo petrolero Ismucucu Tumin.  Tumin. 

Capitulo 2. Desarrollo del proyecto

Se plantea un esquema de explotación para una batería de separación de un campo nuevo denominado Ismucucu Tumin, administrando y ahorrando la energía aportada por los yacimientos de gas y condensado de presión intermedia. Las baterías de separación deben cumplir con las especificaciones especi ficaciones que se describen en las normas dado a los elevados estándares de seguridad, calidad, higiene, etc., requeridos por la industria petrolera.  petrolera.   La batería de separación Ismucucu Tumin pertenece al complejo Rio del Pico, del Activo Integral Terciario del Golfo, de la Región Norte. Geográficamente se ubica en el estado de Veracruz, a 8 km al oeste de la ciudad de Poza Rica. Tiene una Presión Máxima de Operación de 55 kg/cm2, maneja 41 pozos, Temperatura máxima/mínima de operación de 53/42°C Flujo máximo/mínimo de operación aceite de 9000/1,000bpd, flujo máximo/mínimo de agua 3000/1000 bpd con un RGA 6894 m3/m3.

04 de junio del 2018.

 

 

Por lo tanto, se requieren dos tanques de almacenamiento almacenami ento de 5000bl y uno de medición de 2500bl, 22 grados api y 3.3% de azufre en peso.

Manejo de la producción Pozos Chun 01 Chun 02 Chun 03 Chun 04 Xachin 05 Xachin 06

Aceite bruto BPD 605.57 609.01 612.03 597.68 484.82 459.68

Gas MMPCD 1.07 0.56 0.88 0.33 1.36 1.54

%h20 0.0000009 0.0000005 0.000003 0.0000004 0.01 7E-08

Xachin 07 Xachin 08 Xachin 09 Kachun 10 Kachun 11 Kachun 12 Kachun 13 Kachun 14 Bechan 15 Bechan 16 Bechan 17 Bechan 18 Bechan 19 Bechan 20 Total de pozos

530.68 409.68 503.22 405.45 303.34 503.23 403.44 406.61 479.31 300.24 303.34 311.54 106.65 200.03 8535.55

0.14 0.55 0.18 0.55 0.34 0.54 0.15 0.23 0.58 0.44 0.13 0.11 0.23 0.07 9.98

0.024 0.041 0.058 0.075 0.092 0.009 2.6E-10 0.00000043 0.006 0.00000077 0.00000094 1.1E-10 0.008 0.00000095 32.30%

Tabla 1:1 Pozos que invol involucran ucran las Macroperas Macroperas de pro producción. ducción.

04 de junio del 2018.

 

 

Tabla de las condiciones de operación Condiciones De operación Flujo De Gas (Mmpcd) Flujo De Liquido (Aceite-Agua) (Bpd) % De Agua Presión (Kg/Cm2) Temperatura (°C)

Propiedades del Fluido Gravedad Especifica Del Gas Gravedad Especifica Del Crudo Viscosidad Densidad del gas

Máxima 9.98   9.98 8535.55   8535.55

Mínima 5.5 5535.55   5535.55

32.8% 55 53 53  

25.3% 25 42°C   42°C

Máxima 0.6

Mínima 0.63

api

22

18

CP Lb/ft3

0.13 .6

0.11 .53

Datos del separador Eficiencia Requerida 99% Remoción De Mayores De 10 Partículas Micrones Diámetro De Partículas 100 a 150 Para Diseño Del Micrones Separador Parafinas Y Asfáltenos Si Corrosión Permisible 0.125”  (Plg)

2.1 Recolección

Basado en la NRF-001-PEMEX-2007 para el diseño de tuberías de acero para recolección y transporte de hidrocarburos amargos. Se consideran espesores, diámetros internos y externos de la tubería, para determinar, dependiendo la corrosividad que tiene la mezcla.

04 de junio del 2018.

 

 

Considerando que la batería tiene una presión de 25-55kg/cm2, una densidad API de 22 y un gasto promedio de 8500bpd se seleccionará tuberías de línea de acero de grados X-52 a X-60 para la recolección y transporte de hidrocarburos amargos. Que tienen un diámetro de 6   y espesor de 0.154” a 0.500” según el catálogo del 2015 de ”

tuberías de PROCARSA (pag.25).

2.2 Almacenamiento.

Mediante la norma NRF - 031 - PEMEX – PEMEX – 2003.  2003. Para el diseño y cálculo de tanques de almacenamiento, Se deberá proporcionar los datos y la información necesaria para llevar a cabo el proyecto. La información mínima requerida (condiciones de operación y de diseño) es: volumen, temperatura, peso específico del líquido, corrosión permisible, velocidad del viento, coeficientes sísmicos de la zona, etc. Dado que es el que conoce con exactitud las características tanto del fluido que desea almacenar y el lugar donde se ha de instalar dicho tanque. Las baterías que trabajan con una presión por debajo de los 55kg/cm2. Basados en la norma API 650, se obtuvo la capacidad, el gasto por día de los tanques de almacenamiento. Diámetro de 6m. altura de 3m.

04 de junio del 2018.

 

 

Para calcular el Gasto por Día.

  = 4 2  

 

 6   =      =28.27m   2

v=B*H

1  = 533.47 ∗ 7 1000L     1M 19

v=28.27m2*3m= 84.82m3 *

533.4BL

.  ∗ 60   ∗ 2ℎ = 90

1ℎ

2.3 Potencia de las bombas

 

 8535.52BPD

1 

En el anexo de (Descripción de los Trabajos: “ construcción construcción y rehabilitación de instalaciones para el manejo de la producción” especificaciones Generales, pag 104).  104).   Considerando un flujo de 8500 bpd y una viscosidad de 22° API, presión de descarga de 25 a 55 kg/cm2, y presión de succión de 11psia empleando las formulas del libro de Ken Arnold y Maurice Stwart (pag 128). Para el cálculo de la potencia de las bombas: 04 de junio del 2018.

 

 

(− −))  11 

HP=

Donde: HP: Potencia hidráulica teórica. Pd: Presión de descarga (psi). Ps: Presión de succión (psi). E: Eficiencia de la bomba.

Sustituyendo valores

HP=

800((/2−0.68/2) 800 8/2)  11∗ .80

HP= 336.84 HP

Rangos de Potencia: En cuanto al rango de potencia máxima disponible oscila entre 200 a +1000 HP dependiendo de la serie del motor. Para una potencia máxima de 600HP se utiliza un motor de serie 540 y una tubería de transporte 4 ½” OD.  OD.  

Para el diagrama del proyecto se baso en el libro de Ken Arnold y Maurice Stwart (pag 28).

04 de junio del 2018.

 

 

Capitulo 3. Resultados y conclusiones 3.1 Conclusiones

 Al realizar planea planeación ción para una batería de separación separación se debe tomar en cuenta los factores técnicos, ecológicos y económicos que de alguna manera puedan cambiar las condiciones existentes y sus consecuentes problemas, esto mediante la realización de un análisis integral de la capacidad de manejo de la producción en baterías de separación, a fin de alcanzar su optimización. La dificultad de realizar un análisis integral surge al desconocer la capacidad máxima que la instalación puede manejar, ya que en la mayoría de los casos para optimizar el manejo de la producción en baterías de separación, estas cuentan con la infraestructura necesaria para manejar el total de los pronósticos de producción, pero el operar deficientemente los equipos o áreas que componen el proceso, esto se hace imposible de lograr dada la mala organización y lo ejecución de, los parámetros de operación que en algunas instalaciones se tienen, convirtiéndose esta situación en un problema operacional del tipo funcional, lo que obliga al análisis del sistema entero mediante el seguimiento de un plan de integración que permita optimizar el manejo de la producción en baterías de separación. 3.2 Recomendacio Recomendaciones nes

Es indispensable la elaboración de un modelo conceptual del sistema integral, identificando sus principales áreas que lo componen, así como de sus interrelaciones que guardan, con lo que se puede establecer las variables más significativas y permite contar con una visión más amplia de los problemas y de los posibles efectos de las

04 de junio del 2018.

 

 

soluciones propuestas con la finalidad de proporcionarle al ingeniero petrolero una herramienta que permita mejorar la productividad de los procesos, así como la calidad de los productos, se propone el plan de integración que permita maximizar el aprovechamiento de la infraestructura instalada y la rentabilidad operativa de las instalaciones, en el cual se integra paso a paso las modificaciones o consideraciones pertinentes que deben realizarse para alcanzar la optimización de una batería de separación.

04 de junio del 2018.