Tratadores Térmicos de Petróleo

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EMULSIONES DE PETROLEO Y GAS : 

EMULSIONES DE PETROLEO Y GAS Rafael Osorio Simpe Septiembre 2009

Esquema : 

Esquema Definición Métodos de tratamiento 3. Tratadores térmicos 4. Diseño del equipo de tratamiento 5. Cálculo de la capacidad de un tratador Cálculo de la capacidad de un despojador Aplicaciones

Definicion : 

Definicion En una emulsión, un líquido está dispersado sobre otro. Se diferencia de los coloides. Emulsión: Agua en petróleo (mousse) La viscosidad del petróleo aumenta.

Condiciones para una emulsión estable : 

Condiciones para una emulsión estable

Slide 5: 

Tipos de Emulsiones Agua en Petróleo 99% de los campos de oil (Contenido: 10 a 35%). Petróleo en agua 1% de los campos. (1%) Petróleo en agua y agua en petróleo Agua en petróleo y petróleo en agua.

Estabilidad de la emulsión : 

Estabilidad de la emulsión La definición de estabilidad incluye la no coalescencia de las partículas dispersas así como su sedimentación. Factores:

Factores que determinan la estabilidad de una emulsión : 

Factores que determinan la estabilidad de una emulsión

Tratamiento de las emulsiones : 

Tratamiento de las emulsiones En términos generales el tratamiento consiste en el procedimiento que permitirá separar las materias extrañas al crudo como agua, arena, sedimentos e impurezas. Tratamiento de emulsiones: Básicamente separación del agua.

Procedimientos en la operación de Tratamiento : 

Procedimientos en la operación de Tratamiento Puede incluir los siguientes procedimientos. Dar tiempo para el asentamiento y drenar el agua que se separa. Aplicación de calor Aplicación de compuestos químicos Adición de diluyentes Dispositivos como: Tanques de asentamiento, lavado, separadores y deshidratadores. Sistema mecánico Sistema eléctrico Sistema químico

Tratamiento del emulsificador : 

Tratamiento del emulsificador El objetivo primario de un tratamiento de emulsión es impedir el efecto emulsificante que mantiene los glóbulos en suspensión con el fin de que éstos puedan fusionarse y sedimentarse. Los procedimientos de tratamiento deben aprovechar los factores que desfavorecen la emulsificación. Los procedimientos descritos anteriormente deben acelerar el rompimiento de la película que envuelve a los glóbulos:

Tratamiento del emulsificador : 

Tratamiento del emulsificador El calor reduce la viscosidad y aumenta la gravedad diferencial. Aumentar el tamaño de las partículas de agua mediante los compuestos químicos. Reducción de la viscosidad y aumento de la gravedad diferencial pero con diluyentes en petróleos pesados. Otros: acción centrífuga y destilación.

Sistemas mecánicos de tratamiento : 

Sistemas mecánicos de tratamiento Pueden ser clasificados de acuerdo a: Separación gravitacional Aplicación del calor Filtración Centrifugación Suelen trabajar en conjunto con los sistemas eléctricos y químicos. Los métodos de tratamiento varían con el área y la intensidad de la emulsión.

Separación gravitacional : 

Separación gravitacional Aprovecha la gravedad diferencial. El agua (o la salmuera) tiene una gravedad específica mayor que el petróleo, y por lo tanto se precipita al fondo del tanque que contiene a los dos. Este principio es un componente básico de todos los procedimientos de tratamiento. El asentamiento gravitacional será solamente efectivo después que la emulsión ha sido rota por algún otro tipo de tratamiento. Si las películas protectoras y las cargas eléctricas que estabilizan los glóbulos no son primeramente neutralizadas, cualquier asentamiento que ocurra será a un ritmo bastante lento para ser económicamente factible. La emulsión debe ser previamente calentada.

Separación gravitacional : 

Separación gravitacional Para lograr el asentamiento de la emulsión:

Ritmo de asentamiento : 

Ritmo de asentamiento El ritmo de asentamiento de los glóbulos de agua que descienden se calculan con la siguiente expresión: Donde: v = ritmo de asentamiento d = diámetro de los glóbulos ∆D = diferencia de las densidades entre los glóbulos y la fase continua g = aceleración de la gravedad μ = viscosidad de la fase continua Partículas de agua: 1.3x10-6 cm. de diámetro Ley de Stokes

Ritmo de asentamiento : 

Ritmo de asentamiento El tiempo total de asentamiento dependerá de: Viscosidad del petróleo Densidades del petróleo y agua Turbulencia en el tanque de asentamiento Movimiento ascendente de fluido en el tanque Diámetro de los glóbulos de agua

Aplicación de Calor : 

Aplicación de Calor El calor produce el choque de las gotitas cada vez con más frecuencia y mayor fuerza lo que va a producir que la película circundante se rompa y las gotas se junten y por consiguiente sedimenten. Temperatura de ebullición del agua. Afecta también la viscosidad y la tensión superficial entre el petróleo y el agua. Desventajas: Pérdidas de las partes volátiles de los hidrocarburos pérdida de volumen y gravedad.

Sistemas de inyección de calor : 

Sistemas de inyección de calor Inyección de vapor o aire caliente comprimido Poco usado Uso de una caldera. Uso de intercambiador de calor Calor por pase a través de una capa de agua caliente. Previo al Tratador de Calor o Heater

Tratadores Térmicos : 

Tratadores Térmicos El tratador tipo presurizado incorpora 3 unidades principales: Sección de separación petróleo-gas Sección de calentamiento Sección de deshidratación

Procedimiento en el Tratador Térmico : 

Procedimiento en el Tratador Térmico

Diseño del Tratador - Tamaño : 

Diseño del Tratador - Tamaño Puntos básicos para la determinación de su tamaño: Determinar el tipo de emulsión del pozo productor. Emulsión suelta (500 bpd) y emulsión apretada (150 bpd). Determinar si hay producción de agua libre en el pozo. Determinar las características físicas del aceite, agua y gas. Determinar el tiempo de estadía en el laboratorio. Determinar la temperatura de tratamiento (120ºF a 160ºF) Determinar la capacidad de la caja de fuego.

Factores en consideración para la Caja de Fuego : 

Factores en consideración para la Caja de Fuego Calentar la emulsión al fluir a través del baño de agua caliente. Asignar un valor de 20% de cantidad de agua emulsificada si su valor no es conocido. La caja de fuego debe ser concebida para un quemado intermitente. Deben considerarse las pérdidas de calor en el tratador.

Capacidad de calentamiento : 

Capacidad de calentamiento Donde: Q = calor requerido Btu/hr. w = peso del líquido calentado lb/hr. Cp = calor específico del líquido, Btu/lbºF ∆T = Cambio de temperatura, ºF La altura del tratador vertical es determinada por el tamaño de la sección de asentamiento y por la carga requerida para que el aceite pueda fluir, a través del tratador a los tanques de almacenamiento.

Cálculo de la cantidad de calor requerido : 

Cálculo de la cantidad de calor requerido Datos: Producción total = 700 STB/día Producción de crudo = 400 STB/día Producción de agua = 300 STB/día Gravedad específica del crudo = 0.815 Gravedad específica del agua = 1.02 Emulsión = 20% de la producción de agua. Temperatura de flujo = 90 ºF Temperatura de tratamiento = 150 ºF Presión de flujo = 20 psig. Calor específico del crudo = 0.50 Btu/lb/ºF Calor específico del agua = 1.00 Btu/lb/ºF Tipo de emulsión = medio dispersa. Tiempo de asentamiento = 2.5 hr El peso del crudo es: El calor requerido es: El peso del agua es: Y el calor requerido para el agua es: Luego el calor total requerido es:

Despojadores de petróleo : 

Despojadores de petróleo Está diseñado para remover gotas de petróleo remanentes en el agua de un tratador de petróleo o un tanque de asentamiento para poner a disposición de una inyección de agua al pozo

Cálculo de la capacidad de un Despojador : 

Cálculo de la capacidad de un Despojador Datos: Producción de agua = 2500 bbl/día Producción de petróleo = 50 bbl/día Gravedad específica del agua = 1.05 Gravedad del petróleo = 32.5 ºAPI (γ = 0.863) Diámetro de las partículas de agua = 150 micrones o 3.28x10-6x150=4.92x10-4 ft Viscosidad del petróleo = 2.35 cp ó 1.578x 10-3 lb/ft sec Viscosidad del agua = 0.80 cp o 5.376x10-4 lb/ft sec Velocidad de asentamiento de agua en petróleo: Velocidad con la cual las partículas de petróleo aumentan en el agua: La velocidad ascendente del petróleo es menor que la velocidad descendente del agua El tiempo de retención tr para el petróleo en minutos es dado por:

Sedimentación por gravedad de esferas en fluido : 

Sedimentación por gravedad de esferas en fluido

Diseño del Tratador - Tamaño : 

Diseño del Tratador - Tamaño La capacidad del agua del recipiente qw, en bbl/día, esta dada por: Aw: Área del espacio de agua: Donde “r” es radio del recipiente en pies y “y” es la diferencia entre la altura de la interfase petróleo agua “h” y el radio “r” en pies.

Slide 29: 

Gracias!

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