TRABAJO ESPECIAL DE GRADO DISEO Y EVALUACIN DE SEPARADORES BIFSICOSY TRIFSICOS Presentado ante la ilustre Universidad Central de Venezuela Por los Brs. Requena G. Jos L Rodrguez M, Mauricio F Para optar por el Ttulo de Ingeniero de Petrleo Caracas, 2006 TRABAJO ESPECIAL DE GRADO DISEO Y EVALUACIN DE SEPARADORES BIFSICOSY TRIFSICOS TUTOR ACADMICO: Prof. Sandro Gasbarri Presentado ante la ilustre Universidad Central de Venezuela Por los Brs. Requena G. Jos L Rodrguez M, Mauricio F Para optar por el Ttulo de Ingeniero de Petrleo Caracas, 2006 iii Requena G., Jos L. Rodrguez M., Mauricio R. DISEO Y EVALUACIN DE SEPARADORES BIFSICOS Y TRIFSICOS Tutor Acadmico: Prof. Sandro Gasbarri. Tesis. Caracas, U.C.V. Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera de Petrleo. Ao 2006, 256 pginas. Palabras Claves: Separadores, Separacin, Dimensionamiento Resumen:Lafinalidaddeestetrabajoespecialdegradoeseldimensionamientode losseparadoresbifsicootrifsico.Sediseunprogramacomputacionalque permitedeterminarlasvariablesprincipalesqueintervienenenlaseleccindel mismo,talescomo:dimetro,longituddelseparador,ubicacindeboquillade entrada de los fluidos, ubicacin de boquilla de salida de los fluidos. Laseleccindelseparadormsadecuadosebasa,enaquelquecumplatodoslos parmetrosdeoperacinydiseo.Tomandoencuentaentrelosparmetrosde operacinpresin,temperatura,gravedadesespecficasdelosfluidosprovenientes del pozo, tasas de fluidos, para adquirir un separador al precio ms econmico. Serealizounprogramacomputacionalquepermiteevaluareldesempeode separadorestomandoencuentalosparmetrosdeoperacin,talescomo:presin, temperatura,gravedadesespecficas,tasasdefluidosprovenientesdelpozo,quese esperan producir. El programa computacional de evaluacin, determina la tasa que se va a producir con las caractersticas especficas de las variables de diseo y parmetros de produccin,calcula la tasa de produccin de los fluidos y la compara con las tasas que se esperan producir. De esta manera se determina el funcionamiento del separador existente. iii Dedicatoria iv DEDICATORIA A mis padres y mis hermanos; Lus, Teolinda, Tati y Luisito; por todo lo que me ayudaron y sobre todo lo que me aguantaron durante todos mis estudios. A ellos principalmente les dedico este gran logro. Y a todas aquellas personas que me apoyaron y ayudaron para poder lograr esta gran meta en mi vida. Requena G, Jos L Agradecimientos v AGRADECIMIENTOS LeagradezcoalaUniversidadCentraldeVenezuelaporpermitirrealizarmis estudiosyayudarmeamejorarcomopersonaypoderconvertirmeeningenieroy poder tener un futuro exitoso. Anuestrotutor,elprof.SandroGasbarri,portodosutiempoydedicacin incondicionalparaconnosotros,sinesonohubisemospodidorealizarnuestra investigacin. Muchsimasgraciasalaprof.IraimaMogolln,porsugentilazaaldedicarnos tiempo para leer y corregir nuestra tesis y poder realizar un buen trabajo. Amicompaerodetesis,esdecir,MauricioRodrguez,porquesinsuapoyoy constante dedicacin no hubisemos terminado nunca. MUCHAS GRACIAS. Yporsupuesto,principalmenteleagradezcoaDIOSyamifamilia,mispadres, LuisyTeolinda,ymishermanos,LuisitoyTati,quienesconstantementeme ayudaron y apoyaron en todo momento, y mejor ni les digo todo lo que me seguirn ayudando. Un beso y un fortsimo abrazo para ellos. Amisgrandesamigos,Vidal,Manuel,elYugoslavoyStefan,porquesiemprehan estadocuandolosnecesitoycuandonotambien,aMayralit,Carelia,Carlitos Rodrguez,HarryMilRodrguezporsuapoyoyporsiempreestarpendiente, gracias a Eddi Lpez por ayudarnos con todas las copias que le dimos. Requena G, Jos L. Dedicatoria vi DEDICATORIA A la Virgen del Valle por haberme dado la fortaleza, coraje, apoyo y sabidura para culminar de manera exitosa esta etapa de mi vida. A mis padres,Mercedes y Pablo que han sido mi inspiracin para lograr esta meta, sin su apoyo, amor y dedicacin no lo hubiese logrado. A mis hermanos Marcelo y Pablito, por su confianza durante toda la carrera. A mi segunda familia por haberme abiertos las puertas de su casa y haberme acogido como un hijo mas, Ta Sara y El Reinaldo. A mi primo Andrs Enrique que este momento no se encuentra entre nosotros, pero siempre estar presente por su carisma y empeo en lograr sus metas... Rodrguez M, Mauricio F. Agradecimientos vii AGRADECIMIENTOS Es difcil nombrar a todas las personas que contribuyeron de alguna manera con esta meta,porquesonmuchasyparaellasestasprimeraslneas,esaspersonasqueno estnnombradasynomenosimportantes,alleerestaslneassabenqueaellasme refieroygraciasdetodocoraznporhabercolocadoungranitodearenaenla finalizacin de esta etapa de mi vida. AgradezcoaDiostodopoderosoporhabermeguiadoporelcaminocorrecto,para finalizar esta tan importante etapa de mi vida que sea el principio de muchos xitos. AlaUniversidadCentraldeVenezuela,porhabermeabiertolaspuertasypermitir queconstruyaconbasesslidaselporvenirdemifuturoesyseguirsiendopor siempre La Casa que Vence las Sombras. Al tutor el Profesor Sandro Gasbarri, por el empeo, dedicacin y paciencia, con sus conocimientos se consolida este Trabajo Especial de Grado. AlaProfesoraIraimaMogolln,porsuvaliosacolaboracinenlacorreccin gramatical del Trabajo Especial de Grado. Amiamigo,ademsdecompaerodeTesisElPortugus,porsudecisiny optimismo en la realizacin de este proyecto. A mi familia por haber credo en mi y haberme apoyado de la forma que lo hicieron, mispadres:MercedesyPablo,mishermanos:PablitoyMarcelo,missobrinos: Cesar y Fabin,mis tas y tos: Sara, Carlucho, Haydee, Caca, Clemencita, Lola, ElReinaldoyElka,misprimos:Sarai,Nano,Lisandra,Toty,Isabel,Marianela, Chochy y Pilincho (Tito) y mi cuada como parte de la familia Margot. AalguienmuyespecialElizabethCardona,personaqueessmbolodefortalezay dedicacin, para ella No Hay Meta Imposible Sino Camino Difcil De Recorrer. Mis compaeros de la Universidad los que me acompaaron en la carrera, ayudaron yensearon muchas cosas: Carelia, Issa y Mayralit; Los compaeros que estn dentro de la Universidad por contar con su apoyo: Carlitos, Harry Mil y Carlos Julio. Losamigosdeinfanciaporapoyarmeyestarpresentecuandoselesnecesitaba: Tigre, Papa, Enriquito y Gregorio. Rodrguez M, Mauricio F. ndice viii NDICE INTRODUCCIN........................................................................................................ 1 CAPTULO I................................................................................................................. 3 ASPECTOS GENERALES .......................................................................................... 3 1.1 Objetivo general................................................................................................... 3 1.2 Objetivos especficos ........................................................................................... 3 1.3 Justificacin ......................................................................................................... 3 1.4 Alcance ................................................................................................................ 5 CAPTULO II ............................................................................................................... 6 MARCO REFERENCIAL............................................................................................ 6 2.1 Descripcin de las propiedades de los fluidos y tipos de yacimientos ................ 6 2.1.1 Propiedades de los fluidos [1]......................................................................... 6 2.1.1.1 Densidad de un fluido[2].......................................................................... 6 2.1.1.2 Gravedad especfica[1]............................................................................. 6 2.1.1.3 Gravedad API[1]....................................................................................... 7 2.1.1.4 Viscosidad[1]............................................................................................ 8 2.1.1.4.1 Tipos de viscosidades[1].................................................................... 9 2.1.1.4.1.1 Viscosidad Cinemtica ............................................................... 9 2.1.1.4.1.2 Viscosidad Absoluta o Dinmica ............................................... 9 2.1.1.4.1.3 Viscosidad Relativa.................................................................... 9 2.1.1.4.1.4 Viscosidad aparente.................................................................. 10 2.1.1.5 Cambios de la viscosidad de un fluido hidrocarburo.[1]........................ 10 2.1.1.6 Factores que afectan la viscosidad. [3]................................................... 10 2.1.1.6.1 Temperatura.................................................................................... 10 2.1.1.6.2 Presin ............................................................................................ 11 2.1.1.7 Tensin Superficial[1]............................................................................ 11 2.2 Tipos de fluidos de yacimiento [6, 7]................................................................... 13 2.2.1 Clasificacin de los tipos de fluidos de yacimientos................................... 14 2.2.1.1 Petrleo Negro (black oil) Crudo:......................................................... 15 ndice ix 2.2.1.1.1 Identificacin de campo:................................................................. 16 2.2.1.1.2 Anlisis de laboratorio:................................................................... 16 2.2.1.2 Petrleo Voltil ..................................................................................... 17 2.2.1.2.1 Identificacin en Campo:................................................................ 18 2.2.1.2.2 Anlisis de laboratorio:................................................................... 18 2.2.1.3 Gas Retrgrado ..................................................................................... 19 2.2.1.3.1 Identificacin de campo:................................................................. 20 2.2.1.3.2 Anlisis de laboratorio:................................................................... 20 2.2.1.4 Gas Hmedo.......................................................................................... 21 2.2.1.4.1 Identificacin en campo:................................................................. 22 2.2.1.5 Gas Seco................................................................................................ 23 2.3 Principios de separacin [8]................................................................................ 24 2.3.1 Separacin por gravedad [3,9]....................................................................... 24 2.3.1.1 Numero de Reynolds[10]........................................................................ 28 2.3.2 Fuerza centrfuga [3]..................................................................................... 28 2.3.3 Choque de partculas o coalescencia [3, 9].................................................... 28 2.4 Funcin de un separador [12].............................................................................. 31 2.4.1 Separador Gas-Lquido [13, 14]...................................................................... 31 2.4.2 Separador gas-petrleo agua [3, 12 ,13 ]......................................................... 31 2.5 Proceso de separacin [12].................................................................................. 32 2.6 Etapas de separacin [12, 15, 16]............................................................................ 32 2.6.1 Seccin Primaria [16].................................................................................... 32 2.6.2 Seccin Secundaria [12, 15, 16]........................................................................ 33 2.6.3 Seccin de Extraccin de Neblina [12, 15]..................................................... 33 2.6.4 Segregacin Final [12,15,16]............................................................................ 33 2.7 Factores que afectan la eficiencia de separacin [9]........................................... 33 2.7.1 Viscosidad del gas [9, 3]................................................................................ 34 2.7.2 Temperatura [9, 3].......................................................................................... 34 2.7.3 Densidad del lquido y gas [3]...................................................................... 36 2.7.4 Tamao de las partculas de lquido [3]........................................................ 36 ndice x 2.7.5 Velocidad del gas [3].................................................................................... 37 2.7.6 Presin de separacin [3].............................................................................. 37 2.8 Consideraciones iniciales en el diseo de un separador gas-lquido [8]............. 37 2.9 Fases (en operaciones de Produccin y Refinacin de Petrleo) lquido[8]....... 38 2.9.1 Vapor-Lquido............................................................................................. 38 2.9.2 Hidrocarburo lquido-Agua ......................................................................... 38 2.9.3 Agua-hidrocarburo lquido. ......................................................................... 38 2.10 Parmetros que intervienen en el diseo de separadores [8, 15]......................... 39 2.10.1 Composicin del fluido que se va a separar .............................................. 39 2.10.2 Flujo normal de vapor ............................................................................... 39 2.10.3 Presin y temperatura de operacin .......................................................... 39 2.10.4 Factor de compresibilidad del gas (z) en condiciones de trabajo.............. 40 2.10.5 Densidad de los fluidos en las condiciones de operacin.......................... 40 2.10.6 Velocidad crtica........................................................................................ 40 2.10.7 Constante de K (Souders & Brown).......................................................... 40 2.10.8 Tiempo de retencin [12, 15]......................................................................... 41 2.10.9 Relacin longitud/dimetro[9].................................................................... 41 2.10.10 Dimensionamiento del separador ............................................................ 42 2.11 Dispositivos internos del separador [9, 17]......................................................... 42 2.11.1 Desviadores de Entrada [9]......................................................................... 42 2.11.2 Placas antiespuma [9].................................................................................. 43 2.11.3 Rompedores de Vrtices [9]....................................................................... 43 2.11.4 Extractor de Neblina [9].............................................................................. 44 2.11.5 Rompedores de Olas [9].............................................................................. 46 2.12 Funciones internas de los equipos del separador [8]......................................... 46 2.13 Accesorios externos [12].................................................................................... 47 2.13.1 Vlvula de seguridad y alivio.................................................................... 47 2.13.2 Vlvulas de control de contra-presin....................................................... 47 2.13.3 Vlvulas de control de lquido................................................................... 47 2.13.4 Controles de procesos................................................................................ 47 ndice xi 2.13.5 Dispositivos de alivio ................................................................................ 48 2.13.6 Lneas de descarga..................................................................................... 48 2.14 Clasificacin de los separadores [17]................................................................. 49 2.14.1 Separadores bifsicos[12]............................................................................ 49 2.14.2 Separadores trifsicos[15]........................................................................... 49 2.14.3 Separadores Horizontales [9, 18].................................................................. 50 2.14.4 Separadores verticales [9, 18]....................................................................... 51 2.14.5 Separadores Esfricos [11].......................................................................... 53 2.14.6 Otras configuraciones [16, 20]...................................................................... 54 2.15 Ventajas y desventajas de los separadores [12, 16]............................................. 56 2.16 Problemas operacionales tpicos a tomar en cuenta en el diseo [8]................ 58 2.16.1 Formacin de espuma................................................................................ 58 2.16.2 Flujo de avance.......................................................................................... 58 2.16.3 Materiales pegajosos ................................................................................. 58 2.16.4 Presencia y acumulacin de slidos .......................................................... 58 2.16.5 Bajas temperaturas..................................................................................... 59 2.16.6 Crudos viscosos......................................................................................... 59 2.17 Consideraciones generales para estimar las dimensiones en separadores horizontales [12]........................................................................................................ 59 2.18 Consideraciones generales para estimar las dimensiones en separadores verticales [12]............................................................................................................. 60 2.19 Parmetros que intervienen en el dimensionamiento de separadores [21]........ 65 2.19.1 Volumen de operacin............................................................................... 65 2.19.2 Tiempo de retencin.................................................................................. 65 2.19.3 Nivel bajo-bajo de lquido (o bajo, cuando aplique) ................................. 65 2.19.4 Longitud efectiva de operacin (Leff)....................................................... 65 2.20 Dimensionamiento de separadores bifsicos [6, 8,9, 12, 15, 18, 22]......................... 66 2.20.1 Separadores horizontales bifsicos............................................................ 66 2.20.1.1 Factor de compresibilidad (z) [6].......................................................... 66 2.20.1.2 Calculo de la viscosidad del gas ......................................................... 67 ndice xii 2.20.1.3 Calculo la velocidad de asentamiento................................................. 69 2.20.1.3.1 Calculo del coeficiente de arrastre (CD) ....................................... 69 2.20.1.4 Calculo de la constante K (Souders & Brown) ................................... 70 2.20.1.5 Capacidad de Gas................................................................................ 70 2.20.1.6 Capacidad de Lquido ......................................................................... 73 2.20.1.7 Longitud de costura a costura y relacin longitud-dimetro............... 74 2.20.1.8 Calculo el dimetro de la boquilla de entrada..................................... 74 2.20.1.9 Calculo el dimetro de la boquilla de salida de gas ............................ 75 2.20.1.10 Calculo el dimetro de la boquilla de salida de lquido .................... 76 2.20.2 Separadores verticales bifsicos ................................................................ 76 2.20.2.1 Parmetros semejantes entre separadores verticales y horizontales bifsicos. ........................................................................................................... 76 2.20.2.2 Capacidad de Gas................................................................................ 77 2.20.2.3 Capacidad de Lquido ......................................................................... 78 2.20.2.4 Longitud de costura-costura y relacin longitud-dimetro. ................ 78 2.20.2.5 Calculo de los dimetros de las diferentes boquillas .......................... 78 2.21 Dimensionamiento de separadores trifsicos [6, 8,9, 12, 15, 18, 22]......................... 79 2.21.1 Separadores horizontales trifsico............................................................. 79 2.21.1.1 Parmetros semejantes entre separadores horizontales trifsicos y horizontales bifsicos. ....................................................................................... 79 2.21.1.2 Capacidad de gas................................................................................. 80 2.21.1.3 Tiempo de retencin............................................................................ 80 2.21.1.4 Longitud de costura-costura y relacin longitud-dimetro. ................ 82 2.21.1.5 Calculo el dimetro de la boquilla de entrada..................................... 82 2.21.1.6 Calculo el dimetro de la boquilla de salida de gas ............................ 83 2.21.1.7 Calculo el dimetro de la boquilla de salida de lquido ...................... 83 2.21.2 Separadores verticales trifsicos................................................................ 83 2.21.2.1 Parmetros semejantes entre separadores horizontales trifsicos y horizontales bifsicos. ....................................................................................... 83 2.21.2.2 Capacidad de Gas................................................................................ 84 ndice xiii 2.21.2.3 Tiempo de Retencin .......................................................................... 85 2.21.2.4 Longitud costura a costura y relacin longitud-dimetro. .................. 85 2.21.2.5 Calculo de los dimetros de las diferentes boquillas .......................... 86 CAPITULO III ............................................................................................................ 87 MARCO METODOLOGICO..................................................................................... 87 3.1 Revisin Bibliogrfica ....................................................................................... 87 3.2 Seleccin de parmetros que intervienen en el diseo del separador ................ 87 3.2.1 Parmetros de Operacin............................................................................. 87 3.2.2 Propiedades de los Fluidos .......................................................................... 88 3.3 Parmetros a determinar para el dimensionamiento de separadores ................. 88 3.4 Secuencia para el diseo de separadores ........................................................... 88 3.4.1 Secuencia para el diseo de separadores bifsicos...................................... 89 3.4.1.1 Dimensionamiento separador gas-lquido horizontal ........................... 89 3.4.1.2 Dimensionamiento separador gas-lquido vertical................................ 96 3.4.2 Secuencia para el diseo de separadores trifsicos ..................................... 98 3.4.2.1 Dimensionamiento separador gas-petrleo-agua horizontal................. 99 3.4.2.2 Dimensionamiento separador gas-ptrleo-agua vertical..................... 103 3.5 Procedimiento utilizado para la evaluacin o diagnostico de separadores. ..... 106 3.5.1 Secuencia para ldiagnostico de separadores bifsico. ........................... 107 3.5.1.1 Diagnostico separador gas-lquido horizontal..................................... 107 3.5.1.2 Diagnostico separador gas-lquido vertical......................................... 111 3.5.2 Secuencia para ldiagnostico de separadores trifsico............................ 113 3.5.2.1 Diagnostico separador gas-petrleo-agua horizontal .......................... 113 3.5.2.2 Diagnostico separador gas-petrleo-agua vertical ............................ 116 3.6 Programa computacional ................................................................................. 118 3.7 Nomogramas ................................................................................................ 118 CAPITULO IV.......................................................................................................... 120 RESULTADOS......................................................................................................... 120 4.1 Validacin de resultados. ................................................................................. 120 4.1.1 Validacin de la secuencia de diseo........................................................ 120 ndice xiv 4.1.1.1 Validacin de la secuencia de diseo de separadores bifsicos. ......... 120 4.1.1.1.1 Validacin diseo separadores gas-lquido horizontal ................. 121 4.1.1.1.1.1 Validacin diseo 1 separadores gas-lquido horizontal ........ 121 4.1.1.1.1.2 Validacin diseo 2 separadores gas-lquido horizontal ........ 123 4.1.1.1.2 Validacin diseo separadores gas-lquido vertical...................... 125 4.1.1.1.2.1 Validacin diseo 3 separadores gas-lquido vertical ............ 125 4.1.1.1.2.2 Validacin diseo 4 separadores gas-lquido vertical ............ 127 4.1.1.2 Validacin de la secuencia de diseo de separadores trifsicos. ........ 129 4.1.1.2.1 Validacin diseo separadores gas-petrleo-agua horizontal....... 129 4.1.1.2.1.1 Validacin diseo 5 separadores gas-petrleo-agua horizontal.................................................................................................................. 129 4.1.1.2.1.2 Validacin diseo 6 separadores gas-petrleo-agua horizontal.................................................................................................................. 132 4.1.1.2.2 Validacin diseo separadores gas-petrleo-agua vertical ........... 134 4.1.1.2.2.1 Validacin diseo 7 separadores gas-petrleo-agua vertical.. 134 4.1.1.2.2.2 Validacin diseo 8 separadores gas-petrleo-agua vertical.. 136 4.1.2 Validacin de la secuencia de evaluacin o diagnostico de separadores. . 138 4.1.2.1 Validacin de la secuencia de evaluacin o diagnostico de separadores bifsicos. ......................................................................................................... 138 4.1.2.1.1 Validacin de evaluacin de separadores gas-lquido horizontal. 138 4.1.2.1.1.1 Validacin evaluacin 1 separadores gas-lquido horizontal . 138 4.1.2.1.1.2 Validacin evaluacin 2 separadores gas-lquido horizontal . 141 Resultados.................................................................................................... 141 4.1.2.1.2 Validacin evaluacin deseparadores gas-lquido vertical......... 143 4.1.2.1.2.1 Validacin evaluacin 3 separadores gas-lquido vertical ..... 143 4.1.2.1.2.2 Validacin evaluacin 4 separadores gas-lquido vertical ..... 145 4.1.2.2 Validacin de la secuencia de evaluacin o diagnostico de separadores trifsicos. ......................................................................................................... 146 4.1.2.2.1 Validacin de la evaluacin de separadores gas-petrleo-agua horizontal ..................................................................................................... 146 ndice xv 4.1.2.2.1.1 Validacin evaluacin 5 separadores gas-petrleo-agua horizontal.................................................................................................. 147 4.1.2.2.1.2 Validacin evaluacin 6 separadores gas-petrleo-agua horizontal.................................................................................................. 149 4.1.2.2.2 Validacin evaluacin deseparadores gas-petrleo-agua vertical..................................................................................................................... 151 4.1.2.2.2.1 Validacin evaluacin 7 separadores gas- petrleo-agua vertical.................................................................................................................. 151 4.1.2.2.2.2 Validacin evaluacin 8 separadores gas- petrleo-agua vertical.................................................................................................................. 153 4.1.3 Validacin de nomogramas ....................................................................... 155 4.1.3.1 Nomograma separador horizontal bifsico ......................................... 155 4.1.3.1.1 Nomogramas separador horizontal bifsico, programa computacional. ............................................................................................. 155 4.1.3.1.1.1 Capacidad de gas .................................................................... 156 4.1.3.1.1.2 Capacidad de Lquido............................................................. 157 4.1.3.1.2 Nomogramas separador horizontal bifsico, Manual del Ingeniero...................................................................................................................... 159 4.1.3.1.2.1 Capacidad de gas .................................................................... 159 4.1.3.1.2.2 Capacidad de Lquido............................................................. 160 4.1.3.2 Nomograma separador vertical bifsico.............................................. 161 4.1.3.2.1 Nomogramas separador vertical bifsico, programa computacional...................................................................................................................... 162 4.1.3.2.1.1 Capacidad de Gas ................................................................... 162 4.1.3.2.1.2 Capacidad de Lquido............................................................. 163 4.1.3.2.2 Nomogramas separador vertical bifsico, Manual del Ingeniero. 164 4.1.3.2.2.1 Capacidad de gas .................................................................... 164 4.1.3.2.2.2 Capacidad de Lquido............................................................. 165 CAPITULO V........................................................................................................... 168 ANLISIS DE RESULTADOS............................................................................... 168 ndice xvi ANLISIS ................................................................................................................ 168 CONCLUSIONES .................................................................................................... 184 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS...................................................................... 187 NOMENCLATURA................................................................................................. 189 GLOSARIO DE TRMINOS................................................................................... 192 APNDICE A........................................................................................................... 202 APNDICE B........................................................................................................... 235 ndice de Tablas xvii NDICE DE TABLAS Tabla 1. Clasificacin de los crudos segn API.[17]..................................................... 8 Tabla 2. Tiempos de retencin. [15].............................................................................. 41 Tabla 3. Ventajas y desventajas de los separadores.................................................... 56 Tabla 4. Recomendacin de tipo de separador [8]....................................................... 57 Tabla 5. Nomenclatura para niveles de lquido. [21].................................................... 64 Tabla 6. Relacin de niveles (separador vertical). [12]................................................. 64 Tabla 7. Datos de diseo 1 separador horizontal bifsico......................................... 121 Tabla 8. Resultado, diseo 1 separador horizontal bifsico...................................... 121 Tabla 9. Datos de diseo 2 separador horizontal bifsico......................................... 123 Tabla 10. Resultado, diseo 2 separador horizontal bifsico.................................... 124 Tabla 11. Datos de diseo 3 separador vertical bifsico........................................... 125 Tabla 12. Resultado, diseo 3 separador vertical bifsico........................................ 126 Tabla 13. Datos de diseo 4 separador vertical bifsico........................................... 127 Tabla 14. Resultado, diseo 4 separador vertical bifsico........................................ 128 Tabla 15. Datos de diseo 5 separador horizontal trifsico ...................................... 130 Tabla 16. Resultado, diseo 5 separador horizontal trifsico ................................... 130 Tabla 17. Datos de diseo 6 separador horizontal trifsico ...................................... 132 Tabla 18. Resultado, diseo 6 separador horizontal trifsico ................................... 132 Tabla 19. Datos de diseo 7 separador vertical trifsico .......................................... 134 Tabla 20. Resultado, diseo 7 separador vertical trifsico........................................ 134 Tabla 21. Datos de diseo 8 separador vertical trifsico .......................................... 136 Tabla 22. Resultado, diseo 8 separador vertical trifsico........................................ 136 Tabla 23. Datos de evaluacin 1 separador horizontal bifsico................................ 138 Tabla 24. Resultados, evaluacin 1 separador horizontal bifsico ........................... 139 Tabla 25. Datos de evaluacin 2 separador horizontal bifsico................................ 141 Tabla 26. Resultados, evaluacin 2 separador horizontal bifsico ........................... 141 Tabla 27. Datos de evaluacin 3 separador vertical bifsico.................................... 143 Tabla 28. Resultados, evaluacin 3 separador vertical bifsico................................ 143 ndice de Tablas xviii Tabla 29. Datos de evaluacin 4 separador vertical bifsico.................................... 145 Tabla 30. Resultados, evaluacin 4 separador vertical bifsico................................ 145 Tabla 31. Datos de evaluacin 5 separador horizontal trifsico ............................... 147 Tabla 32. Resultados, evaluacin 5 separador horizontal trifsico........................... 147 Tabla 33. Datos de evaluacin 6 separador horizontal trifsico ............................... 149 Tabla 34. Resultados, evaluacin 6 separador horizontal trifsico........................... 149 Tabla 35. Datos de evaluacin 7 separador vertical trifsico.................................... 151 Tabla 36. Resultados, evaluacin 7 separador horizontal trifsico........................... 151 Tabla 37. Datos de evaluacin 8 separador vertical trifsico.................................... 153 Tabla 38. Resultados, evaluacin 8 separador horizontal trifsico........................... 153 Tabla 39. Anlisis de resultado diseo 1 verificacin............................................... 169 Tabla 40. Anlisis de resultado diseo 1 programa computacional.......................... 170 Tabla 41. Anlisis de resultado diseo 7 programa computacional.......................... 171 Tabla 42. Anlisis de resultado diseo 4 verificacin............................................... 172 Tabla 43. Anlisis de resultado diseo 4 programa computacional.......................... 172 Tabla 44. Anlisis de resultado diseo 1 programa computacional.......................... 174 Tabla 45. Datos de diseo 1 separador horizontal bifsico....................................... 202 Tabla 46. Paso 1 diseo 1 separador horizontal bifsico .......................................... 202 Tabla 47. Paso 2 diseo 1 separador horizontal bifsico .......................................... 203 Tabla 48. Paso 3 y 4 diseo 1 separador horizontal bifsico .................................... 203 Tabla 49. Paso 5 diseo 1 separador horizontal bifsico .......................................... 203 Tabla 50. Capacidad de gas diseo 1 separador horizontal bifsico......................... 203 Tabla 51. Paso 6 diseo 1 separador horizontal bifsico .......................................... 203 Tabla 52. Paso 7 diseo 1 separador horizontal bifsico .......................................... 204 Tabla 53. Paso 8 diseo 1 separador horizontal bifsico .......................................... 204 Tabla 54. Paso 9 diseo 1 separador horizontal bifsico .......................................... 204 Tabla 55. Paso 10 diseo 1 separador horizontal bifsico ........................................ 205 Tabla 56. Datos de diseo 2 separador horizontal bifsico....................................... 205 Tabla 57. Paso 1 diseo 2 separador horizontal bifsico .......................................... 205 Tabla 58. Paso 2 diseo 2 separador horizontal bifsico .......................................... 205 ndice de Tablas xix Tabla 59. Paso 3 y 4 diseo 2 separador horizontal bifsico .................................... 206 Tabla 60. Paso 5 diseo 2 separador horizontal bifsico .......................................... 206 Tabla 61. Capacidad de gas diseo 2 separador horizontal bifsico......................... 206 Tabla 62. Paso 6 diseo 2 separador horizontal bifsico .......................................... 206 Tabla 63. Paso 7 diseo 2 separador horizontal bifsico .......................................... 207 Tabla 64. Paso 8 diseo 2 separador horizontal bifsico .......................................... 207 Tabla 65. Paso 9 diseo 2 separador horizontal bifsico .......................................... 207 Tabla 66. Paso 10 diseo 2 separador horizontal bifsico ........................................ 208 Tabla 67. Datos de diseo 3separador vertical bifsico.......................................... 208 Tabla 68. Paso 1 diseo 3 separador vertical bifsico .............................................. 208 Tabla 69. Paso 2 diseo 3 separador vertical bifsico .............................................. 208 Tabla 70. Paso 3 y 4 diseo 3 separador vertical bifsico ........................................ 209 Tabla 71. Paso 5 diseo 3 separador vertical bifsico .............................................. 209 Tabla 72. Paso 6 diseo 3 separador vertical bifsico .............................................. 209 Tabla 73. Paso 7 diseo 3 separador vertical bifsico .............................................. 209 Tabla 74. Paso 8 diseo 3 separador vertical bifsico .............................................. 210 Tabla 75. Paso 9 diseo 3 separador vertical bifsico .............................................. 210 Tabla 76. Paso 10 diseo 3 separador vertical bifsico ............................................ 210 Tabla 77. Datos de diseo 4separador vertical bifsico.......................................... 210 Tabla 78. Paso 1 diseo 4 separador vertical bifsico .............................................. 211 Tabla 79. Paso 2 diseo 4 separador vertical bifsico .............................................. 211 Tabla 80. Paso 3 y 4diseo 4 separador vertical bifsico ......................................... 211 Tabla 81. Paso 5 diseo 4 separador vertical bifsico .............................................. 211 Tabla 82. Paso 6 diseo 4 separador vertical bifsico .............................................. 211 Tabla 83. Paso 7 diseo 4 separador vertical bifsico .............................................. 211 Tabla 84. Paso 8diseo 4 separador vertical bifsico ............................................... 212 Tabla 85. Paso 9 diseo 4 separador vertical bifsico .............................................. 212 Tabla 86. Paso 10 diseo 4 separador vertical bifsico ............................................ 212 Tabla 87. Datos de diseo 5 separador horizontal trifsico ...................................... 213 Tabla 88. Paso 1 diseo 5 separador horizontal trifsico.......................................... 213 ndice de Tablas xx Tabla 89. Paso 2 diseo 5 separador horizontal trifsico.......................................... 213 Tabla 90. Paso 3 y 4 diseo 5 separador horizontal trifsico.................................... 213 Tabla 91. Paso 5 diseo 5 separador horizontal trifsico.......................................... 214 Tabla 92. Capacidad de gas diseo 5 separador horizontal trifsico ........................ 214 Tabla 93. Paso 6 diseo 5 separador horizontal trifsico.......................................... 214 Tabla 94. Paso 7 diseo 5 separador horizontal trifsico.......................................... 215 Tabla 95. Paso 8 diseo 5 separador horizontal trifsico.......................................... 215 Tabla 96. Paso 9 diseo 5 separador horizontal trifsico.......................................... 215 Tabla 97. Datos de diseo 6 separador horizontal trifsico ...................................... 215 Tabla 98. Paso 1 diseo 6 separador horizontal trifsico.......................................... 216 Tabla 99. Paso 2 diseo 6 separador horizontal trifsico.......................................... 216 Tabla 100. Paso 3 y 4 diseo 6 separador horizontal trifsico.................................. 216 Tabla 101. Paso 5 diseo 6 separador horizontal trifsico........................................ 216 Tabla 102. Capacidad de gas diseo 6 separador horizontal trifsico ...................... 216 Tabla 103. Paso 6 diseo 6 separador horizontal trifsico........................................ 217 Tabla 104. Paso 7 diseo 6 separador horizontal trifsico........................................ 217 Tabla 105. Paso 8 diseo 6 separador horizontal trifsico........................................ 217 Tabla 106. Paso 9 diseo 6 separador horizontal trifsico........................................ 218 Tabla 107. Datos de diseo 7 separador vertical trifsico ........................................ 218 Tabla 108. Paso 1 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 218 Tabla 109. Paso 2 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 218 Tabla 110. Paso 3 y 4 diseo 7 separador vertical trifsico...................................... 219 Tabla 111. Paso 5 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 219 Tabla 112. Paso 6 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 219 Tabla 113. Paso 7 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 219 Tabla 114. Paso 8 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 219 Tabla 115. Paso 9 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 220 Tabla 116. Datos de diseo 8 separador vertical trifsico ........................................ 220 Tabla 117. Paso 1 diseo 8 separador vertical trifsico............................................ 220 Tabla 118. Paso 2 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 220 ndice de Tablas xxi Tabla 119. Paso 3 y 4 diseo 7 separador vertical trifsico...................................... 221 Tabla 120. Paso 5 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 221 Tabla 121. Paso 6 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 221 Tabla 122. Paso 7 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 221 Tabla 123. Paso 8 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 222 Tabla 124. Paso 9 diseo 7 separador vertical trifsico............................................ 222 Tabla 125. Datos de evaluacin 1 separador horizontal bifsico.............................. 222 Tabla 126. Paso 1 evaluacin 1 separador horizontal bifsico ................................. 223 Tabla 127. Paso 2 evaluacin 1 separador horizontal bifsico ................................. 223 Tabla 128. Paso 3 y 4 evaluacin 1 separador horizontal bifsico ........................... 223 Tabla 129. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 1 separador horizontal bifsico, para d=32pulg................................................................................................................................... 223 Tabla 130. Datos de evaluacin 2 separador horizontal bifsico.............................. 224 Tabla 131. Paso 1 evaluacin 2 separador horizontal bifsico ................................. 224 Tabla 132. Paso 2 evaluacin 2 separador horizontal bifsico ................................. 224 Tabla 133. Paso 3 y 4 evaluacin 2 separador horizontal bifsico ........................... 224 Tabla 134. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 2 separador horizontal bifsico, para d=80pulg................................................................................................................................... 225 Tabla 135. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 2 separador horizontal bifsico, para d=86pulg................................................................................................................................... 225 Tabla 136. Datos de evaluacin 3 separador vertical bifsico.................................. 225 Tabla 137. Paso 1 evaluacin 3 separador vertical bifsico...................................... 226 Tabla 138. Paso 2 evaluacin 3 separador vertical bifsico...................................... 226 Tabla 139. Paso 3 y 4 evaluacin 3 separador vertical bifsico................................ 226 Tabla 140. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 3 separador vertical bifsico, para d=32pulg .. 226 Tabla 141. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 3 separador vertical bifsico, para d=38pulg .. 226 Tabla 142. Datos de evaluacin 4 separador vertical bifsico.................................. 227 Tabla 143. Paso 1 evaluacin 4 separador vertical bifsico...................................... 227 Tabla 144. Paso 2 evaluacin 4 separador vertical bifsico...................................... 227 Tabla 145. Paso 3 y 4 evaluacin 4 separador vertical bifsico................................ 227 ndice de Tablas xxii Tabla 146. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 4 separador vertical bifsico, para d=107pulg 228 Tabla 147. Datos de evaluacin 5 separador horizontal trifsico ............................. 228 Tabla 148. Paso 1 evaluacin 5 separador horizontal trifsico................................. 228 Tabla 149. Paso 2 evaluacin 5 separador horizontal trifsico................................. 229 Tabla 150. Paso 3 y 4 evaluacin 5 separador horizontal trifsico........................... 229 Tabla 151. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 5 separador horizontal trifsico, para d=70pulg................................................................................................................................... 229 Tabla 152. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 5 separador horizontal trifsico, para d=88pulg................................................................................................................................... 229 Tabla 153. Datos de evaluacin 6 separador horizontal trifsico ............................. 230 Tabla 154. Paso 1 evaluacin 6 separador horizontal trifsico................................. 230 Tabla 155. Paso 2 evaluacin 6 separador horizontal trifsico................................. 230 Tabla 156. Paso 3 y 4 evaluacin 6 separador horizontal trifsico........................... 230 Tabla 157. Paso 5, 6 , 7 evaluacin 6 separador horizontal trifsico, para d=66pulg................................................................................................................................... 231 Tabla 158. Paso 5, 6 , 7 evaluacin 6 separador horizontal trifsico, para d=78pulg................................................................................................................................... 231 Tabla 159. Datos de evaluacin 7 separador vertical trifsico.................................. 231 Tabla 160. Paso 1 evaluacin 7 separador vertictal trifsico.................................... 232 Tabla 161. Paso 2 evaluacin 7 separador vertictal trifsico.................................... 232 Tabla 162. Paso 3 y 4 evaluacin 7 separador vertictal trifsico.............................. 232 Tabla 163. Paso 5, 6 y7 evaluacin 7 separador vertictal trifsico, para d=83pulg.. 232 Tabla 164. Paso 5, 6 y7 evaluacin 7 separador vertictal trifsico, para d=143pulg 232 Tabla 165. Datos de evaluacin 8 separador vertical trifsico.................................. 233 Tabla 166. Paso 1 evaluacin 8 separador vertictal trifsico.................................... 233 Tabla 167. Paso 2 evaluacin 8 separador vertictal trifsico.................................... 233 Tabla 168. Paso 3 y 4 evaluacin 8 separador vertictal trifsico.............................. 233 Tabla 169. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 8 separador vertictal trifsico, para d=75pulg. 234 Tabla 170. Paso 5, 6 y 7 evaluacin 8 separador vertictal trifsico, para d=129pulg................................................................................................................................... 234 ndice de Figuras xxiii NDICE DE FIGURAS Fig. 1 Relacin entre API y viscosidad ..................................................................... 11 Fig. 2 Tensin interfacial ............................................................................................ 12 Fig. 3 Diagrama de fase (petrleo negro).................................................................... 15 Fig. 4Diagrama de fase (petrleo voltil) ................................................................. 17 Fig. 5 Diagrama de fase (gas retrgrado).................................................................... 19 Fig. 7 Diagrama de fase (gas seco) ............................................................................. 23 Fig. 26 Diseo 1 programa computacional ............................................................... 122 Fig. 27 Diseo 2 programa computacional ............................................................... 124 Fig. 28 Diseo 3 programa computacional ............................................................... 126 Fig. 29 Diseo 4 programa computacional ............................................................... 128 Fig. 30 Diseo 5 programa computacional ............................................................... 131 Fig. 31 Diseo 6 programa computacional ............................................................... 133 Fig. 32 Diseo 7 programa computacional ............................................................... 135 Fig. 33 Diseo 8 programa computacional ............................................................... 137 Fig. 34 Evaluacin 1 programa computacional......................................................... 139 Fig. 35 Evaluacin 2 programa computacional......................................................... 142 Fig. 36 Evaluacin 3 programa computacional......................................................... 144 Fig. 37 Evaluacin 4 programa computacional......................................................... 146 Fig. 38 Evaluacin 5 programa computacional......................................................... 148 Fig. 39 Evaluacin 6 programa computacional......................................................... 150 Fig. 40 Evaluacin 7 programa computacional......................................................... 152 Fig. 41 Evaluacin 8 programa computacional......................................................... 154 Fig. 42, nomograma capacidad de gas separador horizontal, programa computacional................................................................................................................................... 156 Fig. 43, nomograma relacin capacidad de gas-longitud separador horizontal, programa computacional........................................................................................... 157 Fig. 44,nomograma capacidad de lquido separador horizontal, programa computacional ........................................................................................................... 158 ndice de Figuras xxiv Fig. 45, nomograma relacin capacidad de lquido-longitud separador horizontal, programa computacional. .......................................................................................... 158 Fig. 46, nomograma capacidad de gas separador horizontal Manual del Ingeniero. 160 Fig. 47, nomograma capacidad de lquido separador horizontal Manual del Ingeniero.................................................................................................................................... 161 Fig. 48, nomograma capacidad de gas separador vertical, programa computacional................................................................................................................................... 162 Fig. 49, nomograma capacidad de lquido separador vertical, programa computacional ........................................................................................................... 163 Fig. 50, nomograma relacin capacidad de lquido-longitud separador vertical, programa computacional. .......................................................................................... 164 Fig. 51, nomograma capacidad de gas separador vertical Manual del Ingeniero. .... 165 Fig. 52, nomograma capacidad de lquido separador horizontal Manual del Ingeniero.................................................................................................................................... 166 Fig. 53. Anlisis de resultado evaluacin 1 programa computacional...................... 175 Fig. 54. Anlisis de resultado evaluacin 5 programa computacional...................... 176 Fig. 55. Anlisis de resultados capacidad de gas separador horizontal .................... 177 Fig. 56. Anlisis de resultados relacin capacidad de gas longitud separador horizontal .................................................................................................................. 178 Fig. 57 Anlisis de resultados capacidad de lquido separador horizontal ............... 179 Fig. 58. Anlisis de resultados relacin capacidad de gas longitud separador horizontal .................................................................................................................. 180 Fig. 59. Anlisis de resultados capacidad de gas separador vertical......................... 181 Fig. 60 Anlisis de resultados capacidad de lquido separador vertical.................... 182 Fig. 61 Anlisis de resultados relacin capacidad de lquido altura separador vertical................................................................................................................................... 183 Introduccin 1 INTRODUCCIN Generalmente, el flujo que se obtiene de un yacimiento es de naturaleza multifsica. Laseparacinfsicadeestasfasesesunadelasoperacionesesencialesenla produccin, tratamiento, transporte de crudos y gases. Losfluidosproducidosson,enlamayoradeloscasos,mezclascomplejasde hidrocarburos, agua, partculas de arena y contaminantes. Durante el recorrido de los fluidos,desdeelyacimientohastalasuperficie,sutemperaturaysupresinse reducen,locualtraecomoconsecuenciaelaumentodelgasliberadodelos hidrocarburos lquidos. Por lo tanto, los patrones de flujo pueden cambiar desde uno monofsicolquido,pasandoporvariostiposdemultifsicoyenalgunoscasos, puedellegarasertotalmentegaseoso.Estosdiferentesestadosdelosfluidosyla influenciaquepuedenejercerenlasdiversasfuerzasfsicasdebensertomadosen cuenta. El objetivo fundamental de un proceso de separacin es disgregar los componentes y contaminantes con el fin de optimizar el proceso de comercializacin del petrleo y el gas. Elseparador,porlogeneral,representalaprimerafacilidaddelprocesamiento.Por estaraznundiseonoapropiadodelseparadorpuedecrearunadisminucinenla capacidad de operacin de la totalidad de las instalaciones asociadas con el separador. Eldiseoylaevaluacindelseparadorbifsicoytrifsico,analizarlosprincipales requisitosparaobtenerunaseparacinadecuada,losprincipiosyprocedimientosde clculos en el diseo de separadores, y presentar especificaciones que generalmente se utilizan en la adquisicin de un separador. Unseparadorlquido-gastienedosseccionesbsicas.Enlaseccinsuperiorelgas fluyehaciaarribaoatravsdelrecipienteylasgotitasdelquidocaenatravsdel mismo hacia la fase de lquido. La seccin inferior permite que las burbujas de gas en ellquidoemerjanypasenalafasedegas.Unrecipientedetamaosatisfactorio proveerespacioapropiadoencadaseccinparapermitirqueestasfuncionesse llevenacaboconalgunaeficienciaarbitraria.Siemprehabralgnarrastredecada Introduccin 2 faseenlaotra.Porello,esconvenientemantenerelarrastredentrodelmites razonables. No debe hacerse una seleccin arbitraria entre un separador vertical y uno horizontal; cualquieradelosdostiposserefectivo,siestdiseadodebidamente.Laeleccin debeestarbasadaenmuchosfactores,incluyendoeleconmico.Unseparador horizontal dar ms capacidad por el mismo dinero, que un separador vertical cuando secomparanloscostosdelequipo.Sinembargo,unseparadorverticalpuedeser preferible en situaciones donde el espacio est limitado o la arena es un problema. EnelCapituloIseestablecenlosaspectosgeneralesdeltrabajoespecialdegrado describiendo, objetivos generales, objetivos especficos, justificacin y alcance. En el Capitulo II se desarrolla el marco refencial, basadoen suministrar los conocimientos talescomo:descripcindelaspropiedadesdelosfluidosytiposdeyacimientos, principiosdeseparacin,procesosdeseparacin,parmetrosqueintervienenenel diseodeseparadores,clasificacindelosseparadoresentreotros,parael entendimientodelcontenidodeltrabajoespecialdegrado.CapituloIIIserefiereal marco metodolgico, donde se describen las secuencias utilizadas para el diseo y la evaluacin de los separadores bifsicos y trifsicos. En el Capitulo IV se validan los resultadosdelassecuenciasexpuestasenelmarcometodolgico.CapituloV comprendeelanlisisdelosresultadosobtenidosyporultimoseconcluyeyse realizan algunas recomendaciones. Captulo I Aspectos Generales 3 CAPTULO I ASPECTOS GENERALES 1.1 Objetivo general Proporcionarfundamentostericosquepermitanunaptimacomprensindela terminologarelacionadaconelreadelasseparacionesfsicasdefluidos,haciendo nfasis en la separacin gas-lquido, con el fin de entregar suficiente informacin para eldiseodeseparadoresgas-lquidocilndricos,yaseanverticalesuhorizontales, bifsicos o trifsicos. Desarrollarunprogramacomputacionalparaeldiseoyevaluacindeseparadores bifsicos y trifsicos. 1.2 Objetivos especficos Revisin del estado del arte en separacin bifsica gas-lquido y trifsica gas-petrleo-agua;equiposycomponentesdeseparacin;bibliografaclsicay artculos recientes Programarelcdigocomputacionalparadiseoyevaluacindeequiposde separacin mediante modelos clsicos. Verificar el funcionamiento de la herramienta computacional con los diversos ejemplos descritos en la literatura. Generar/reproducirnomogramasdediseoyevaluacindeseparadores verticales y horizontales gas-lquido para diversas condiciones de operacin. Evaluarlaincorporacindelaprogramacindeprocedimientosdescritosen artculosrecientescomoopcionalesenlaherramientaydescribirsu aplicacin. 1.3 Justificacin Losequiposdeseparacincomo,sunombreloindica,seutilizanenlaindustria petrolera para separar mezclas de gases y lquidos. Captulo I Aspectos Generales 4 Esimportanterealizarunaseparacingas-lquidoadecuada,debidoaqueen estacionesdeflujodondenosecuentaconlosequiposdeseparacinadecuados,en losprocesosdeseparacingas-petrleo,granpartedelgasesventeadooquemado. Enesteprocesopartculasdepetrleolivianosonarrastradasconelgas,loque ocasiona una prdida econmica significativa. Esnecesariorealizarunaseparacineficazyefectivadelgas,eliminandolamayor cantidad de lquido presente en el mismo, ya que ste presenta problemas tales como: corrosin,abrasindeequiposdetransporte,aumentosdelacadadepresiny disminucin de la capacidad de transporte en las lneas. Por estas razones es conveniente seleccionar las variables de dimensionamiento de los separadoresbifsicosytrifsicos,bienseahorizontalovertical,parateneruna separacin efectiva entre los fluidos presentes en el yacimiento. La separacin ptima de los fluidos presentes en los diferentes tipos de yacimientos, permite obtener un margen de ganancias mayor a las empresas operadoras, ya que si realizaunaptimaseparacindelosfluidospresentesenelmismo,setendrel mayor provecho econmico de los fluidos. Elpropsitoesencialdetodoseparadoresliberarlafasedeseadacompletamentede la(s)otra(s)comoseaposible,yparaestohayqueseleccionarelprocesofsico adecuado. Por medio de esta investigacin se crear un algoritmo para el diseo de separadores bifsicosytrifsicos,elcualservirdeapoyoparalosfundamentosimpartidos (relacionados con este tema) en la materia Ingeniera de Produccin II de la Escuela de Petrleo, Universidad Central de Venezuela. As mismo, la creacin de este algoritmo nos proporciona la oportunidad de aplicar y consolidarlosconocimientosadquiridosalolargodelacarreraynosfamiliarizar condiversasfasesdeltrabajoadesempearduranteeldesarrolloprofesional,dada nuestraparticipacindirectaenactividadespropiasdelaindustriapetrolera, especficamente en el rea de produccin. Captulo I Aspectos Generales 5 1.4 Alcance Seestudiarelclculodeprocesodeseparadoresgas-lquidohorizontalyvertical, bifsicoytrifsico,principalmenteparaoperacionesdegas,incluyendoel diseo/especificacindeboquillasdeprocesoeinternosnecesariosparauna operacin confiable del equipo con respecto a la instalacin donde est presente. Loslquidosaquconsideradossesuponenesencialmenteinmiscibles,aproximacin bastante buena para las operaciones a realizar, como es la separacin gas-lquido. Esencialmente, se estudiar y realizar el diseo de los siguientes separadores: Separadores bifsicos (horizontales y verticales) Separadores trifsicos (horizontales y verticales) Lainvestigacinserelacionasoloconeltamaobsicodelosseparadoresdesdeel puntodevistadelproceso,porejemplo,especificacindelongitudcostura-costura, dimetro interno y niveles aproximados de lquidos. Los detalles de diseo mecnico no sern discutidos en esta investigacin. La frmula para el tamao del separador no incluyen correcciones especficas para la espuma,latensinsuperficialysimilares.Sinembargo,sedanalgunas recomendaciones referentes a estos factores. En esta investigacin se establecen tamaos mnimos aceptables de recipientes, como soporte de los estudios econmicos o para mejorar las solicitudes que suelen hacerse a los suplidores o fabricantes. Captulo IIMarco Referencial 6 CAPTULO II MARCO REFERENCIAL 2.1 Descripcin de las propiedades de los fluidos y tipos de yacimientos 2.1.1 Propiedades de los fluidos [1] Ladescripcindelaspropiedadesdelosfluidosesdesumaimportanciaenla seleccindelseparador.Debidoaqueestaspropiedadesinfluyenenlaseleccin adecuadadelosseparadoresyesnecesariotenerconocimientosdedichas propiedades. 2.1.1.1 Densidad de un fluido[2] Es la relacin entre la masa y el volumen de un fluido y viene dado por la siguiente ecuacin: Vm= ........Ec. 1 Donde: = Densidad del fluido (gr/cc) m= Masa (gr) V=Volumen (cc) 2.1.1.2 Gravedad especfica[1] La gravedad especfica de un lquido es la relacin de la densidad del lquido con la del agua pura @ 60F (15.5C). all Ge= ..... Ec. 2 Donde l= Densidad del lquido (gr/cc) o (lb/pie3) Captulo IIMarco Referencial 7 a= Densidad del agua=1gr/cc= 62.4lb/pie3 La gravedad especfica de un gas es la relacin de la densidad del gas con la densidad delaireacondicionesestndardepresinytemperatura(condicionesestndar: Presin14.7lpc(1atm),TemperaturaTStd=60F(15.5C)).Podraserrelacionado con el peso molecular por la siguiente ecuacin: 97 , 28ggPMGe = ...Ec. 3 Donde: Geg= Gravedad especfica del gas (adimensional) PMg= Peso molecular (lb/lb-mol) PMa= Peso Molecular del aire = 28.97 (lb/lb-mol) 2.1.1.3 Gravedad API[1] Laindustriapetroleramundialhadispuestoclasificarelpetrleodeacuerdoconsu densidadrelativaconrespectoaladelagua,esdecir,siesmsomenosdensoque ella.EstosehalogradomediantelaadopcindeladenominadagravedadAPI (AmericanPetroleumInstitute).LagravedadAPIdiferencialascalidadesdelcrudo pormediodeunaescalanumricasencillayuniversal,expresadaengradosAPI oAPI.Enestaescala,cuantomslivianoeselpetrleomayoreslagravedadAPIy, mientras ms pesado, menor el valor de oAPI. La gravedad API puede ser calculada en funcin de la siguiente frmula: 1315 . 141 = l GeAPI...Ec. 4Donde: Gel= Gravedad especfica del lquido (adimensional) Captulo IIMarco Referencial 8 La clasificacin del crudo de acuerdo a los API se observa en la siguiente tabla: Tabla 1. Clasificacin de los crudos segn API.[17] TIPO DE CRUDOGRAVEDAD Condensadoa partir de 42 Livianoms de 30 Medianode 22,0 hasta 29,9 Pesadode 10,0 hasta 21,9 ExtrapesadoHasta 9,9 Bitumenpromedio 8,2 2.1.1.4 Viscosidad[1] Es una propiedad importante que se usa para la clasificacin del petrleo es de suma importanciaparalaproduccin,transporteyrefinacin.Esunamedidadela resistencia que ofrece un fluido a moverse, a fluir y su unidad de medicin comn es elpoise.Conelfindereconocerpequeasvariacionesdelaviscosidad,suvalorse expresatambinencentipoise.Porlogeneral,amedidaqueloscrudossonms densos y pesados tambin son ms viscosos. La viscosidad del petrleo depende de la temperatura, se puede disminuir mediante calentamiento. La viscosidad del petrleo depende de dos factores principales: de la temperatura del yacimientoydelgasensolucin.Elprimerfactorsepuedeconsiderarcomouna constanteatravsdelaproduccindelcampo,peroelsegundocambia constantementeamedidaqueseliberaelgasqueestdisuelto.Porconsiguiente,es necesariodeterminarlaviscosidaddelpetrleoalatemperaturaypresindelfondo del pozo con una solubilidad variable del gas. Captulo IIMarco Referencial 9 2.1.1.4.1 Tipos de viscosidades[1] 2.1.1.4.1.1 Viscosidad Cinemtica El tiempo requerido para que una cantidad fija de aceite atraviese un tubo capilar bajo la fuerza de gravedad. La unidad de viscosidad cinemtica es el Stoke o el centistoke (1/100 del Stoke).t C * = ...................Ec. 5 Donde: =Viscosidad cinemtica (Cs) C= Constante del viscosmetro (Cs/seg) t= Tiempo de flujo (seg) 2.1.1.4.1.2 Viscosidad Absoluta o Dinmica Es la relacin entre la tensin de deslizamiento aplicada y el grado de deslizamiento logrado.Esloquecomnmentesellamaviscosidaddelfluido,eslarazndel esfuerzo de corte a la velocidad de corte. Es una propiedad de un fluido, medida de la resistencia interna de un lquido al flujo, su unidad de medida es el poise, viene dada por la siguiente ecuacin: * =..............Ec. 6 Donde: = Viscosidad absoluta (Cp) =Viscosidad cinemtica (Cs) =Densidad (gr/cc) 2.1.1.4.1.3 Viscosidad Relativa Es la relacin de la viscosidad del fluido respecto a la del agua @ 20 C la viscosidad del agua pura es 1,002 centipoise. Captulo IIMarco Referencial 10 2.1.1.4.1.4 Viscosidad aparente El cociente del esfuerzo de corte a la velocidad de corte de un fluido no newtoniano, talcomolagrasalubricante,calculadodelaecuacindePoiseuilleymedidoen poises. La viscosidad aparente cambia con diferentes razones de corte y temperatura y,porlotanto,debeser reportadacomoelvalor aunarazn decorteytemperatura dadas. 2.1.1.5 Cambios de la viscosidad de un fluido hidrocarburo.[1] Laviscosidaddelcrudoseveafectadaprimordialmentepordosparmetros: temperaturaycontenidodegasensolucin.Latemperaturasepuedeconsiderar comoconstanteatravsdelahistoriadeproduccindelcampo,peroelsegundo cambiaconstantementeamedidaqueseliberaelgasqueestdisuelto.Por consiguiente,esnecesariodeterminarlaviscosidaddelpetrleoalatemperaturay presin de fondo del pozo con una solubilidad variable del gas, que es determinada a travs de anlisis PVT sobre muestras de crudo representativas del yacimiento. Apresionesinferioresdelapresindesaturacin,laliberacindelgasaumentala viscosidaddelpetrleoresidualenmayorgradoquesiesreducidoporexpansin volumtrica; el resultado es un aumento neto en la viscosidad. 2.1.1.6 Factores que afectan la viscosidad. [3] 2.1.1.6.1 Temperatura Laviscosidadesla resistenciaqueoponeunfluidoaserdeformado.Estapropiedad se origina por la atraccin de las molculas entre s, mediante fuerzas de cohesin que dificultanundesplazamientorelativo,siaplicamostemperaturaaunfluidoviscoso, sefavorecelaagitacintrmicadelasmolculas,yaquesedisminuyelafuerzade cohesin entre ellas, por lo que se induce a una disminucin de la viscosidad para el casodelquidos.Paralosgasesesanlogoelcomportamiento,yaqueengaseslas fuerzasdecohesinsonprcticamenteinexistentes,enelloslaagitacintrmicade lasmolculasgeneraunaumentodelaviscosidadyaqueseaumentalainteraccin entre las molculas. Captulo IIMarco Referencial 11 Lamedidadequtantocambialaviscosidaddeunfluidoconlatemperaturaest dadaporelndicedeviscosidad.Unfluidocomnconaltondicedeviscosidad muestrauncambiopequeodeviscosidadconrespectoalatemperatura;unfluido conunbajondicedeviscosidadexhibeuncambiograndeensuviscosidadcon respecto a la temperatura. El ndice de viscosidad se establece mediante la medicin de la viscosidad de un fluido a 40 C y a 100 C; y se comparan estos valores con los fluidos de referencia. 2.1.1.6.2 Presin Lapresinenloslquidosafectamuypocolaviscosidad,yaquestospuedenser consideradosincompresibles.Enelcasodelosgaseselaumentodelapresines proporcional al aumento de viscosidad. Enlafigura1semuestralarelacinentrelaviscosidadylosAPIparacrudosde determinados campos: Fig. 1 Relacin entre API y viscosidad. [4] 2.1.1.7 Tensin Superficial[1] Cuando se est tratando con un sistema de flujo multifsico es necesario considerar el efectodelasfuerzasqueestnactuandoenlainterfaseentredosfluidosqueson inmiscibles. Captulo IIMarco Referencial 12 En un fluido cada molculainteracciona con las que le rodean. El radio de accin de las fuerzas moleculares es relativamente pequeo, abarca a las molculas vecinas ms cercanas. Se determina de forma cualitativa, la resultante de las fuerzas de interaccin sobre una molcula que se encuentra en: A, el interior del lquidoB, en las proximidades de la superficieC, en la superficie Fig. 2 Tensin interfacial [5] ConsideremosenlaFig2,unamolculaencolorrojoenelsenodeunlquidoen equilibrio,alejadadelasuperficielibre,talcomoenlaposicinA.Porsimetra,la resultantedetodaslasfuerzasatractivasprocedentesdelasmolculasencolorazul que la rodean, ser nula. En cambio, si la molcula se encuentra en la posicin B, por existirenvalormediomenosmolculasarribaqueabajo,lamolculaencuestin estarsometidaaunafuerzaresultantedirigidahaciaelinteriordellquido.Sila molcula se encuentra en la posicin C, la resultante de las fuerzas de interaccin es mayor que en el caso B. Lasfuerzas deinteraccin,hacenquelasmolculassituadasenlasproximidadesde la superficie libre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del lquido. Captulo IIMarco Referencial 13 Enlasregioneslimtrofesentredosfasessiempreexistirundesbalancedefuerzas moleculares,elresultadonetodeesteesfuerzoesunatendenciaareducirelreade contacto. Latensinsuperficialsepuededefinircomolatendenciaacontraersequeposeela superficielquidaexpuestaagases.Latensininterfacialesunatendenciasimilar existente cuando dos lquidos inmiscibles se hallan en contacto. La tensin superficial entre la fase lquida y su vapor en equilibrio, depende fundamentalmente de presin, temperaturaycomposicindelasfases.Enelcasodelassustanciaspuras,dicha tensin se puede definir nicamente especificando la presin y la temperatura. En el caso de mezclas puede especificarse una de las dos variables, determinando la otra en lascurvasdepresindevapor.Engeneral,latensinsuperficialdisminuyeconla temperatura,yaquelasfuerzasdecohesindisminuyenalaumentarlaagitacin trmica.Lainfluenciadelmedioexteriorsecomprendeyaquelasmolculasdel medioejercenaccionesatractivassobrelasmolculassituadasenlasuperficiedel lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquido. 2.2 Tipos de fluidos de yacimiento [6, 7] EngeneralelPetrleoyelGassonmezclasdehidrocarburosdeunacomposicin qumicacompleja,queseencuentraadeterminadascondicionesdepresiny temperatura en el yacimiento. Estas condiciones pueden variar ampliamente; se puede hablardepresionesdesde100psiahasta10000psiay,anms,lastemperaturas pueden variar desde 80F (26.6C) hasta 400F (204.4C). Elestadodeunamezcladehidrocarburosacondicionesde superficiedependedela composicin de la mismaen el yacimiento y a su vez a la composicindelfluido quepermaneceenelyacimiento.Estesufrecambiosdebidoaloshidrocarburos producidos.Lareduccindepresinenelyacimiento,traecomoconsecuenciala variacinenlasproporcionesdegasyliquidoexistentesenelmismo.El conocimientodelaspropiedadesfsicasdetalesmezclasdehidrocarburos,es indispensablepara evaluar la cantidadde lquido y gas acondiciones normales, que produce el yacimiento. Captulo IIMarco Referencial 14 La meta en el estudio de fases es llegar a predecir, cuando se conoce la composicin de un sistema, las cantidades y composiciones de las fases en equilibrio de tal sistema a cualquier presin y temperatura. El estudio del comportamiento de las fases se divide en dos partes: estudio cualitativo y estudio cuantitativo de las fases. Enelprimercasoseestudianlosdiferentesdiagramasdepresin-temperatura,p-T, presin-volumen, p-V, composicin, etc. En el segundo caso se desarrol1an frmulas y mtodos para calcular la composicin y cantidades de las fases de un sistema, a una presin y temperatura dada. 2.2.1 Clasificacin de los tipos de fluidos de yacimientos Los diversos tipos de fluidos de yacimientos son: Petrleo Negro Petrleo Voltil Gas Retrogrado Gas Hmedo Gas seco Para determinar cualquiera de los cinco tipos de fluidos de yacimiento es necesario un anlisis de laboratorio que confirme el tipo de fluido; conocer laRGP (relacin Gas-Petrleo) del pozo, la gravedad del fluido y el color del fluido, a pesar de que no es unbuenindicadordeformaindependiente,losdatosPVT;conocerlascondiciones iniciales de presin y temperatura. Captulo IIMarco Referencial 15 2.2.1.1 Petrleo Negro (black oil) Crudo: Fig. 3 Diagrama de fase (petrleo negro). .[6] Consiste en una mezcla con amplia variedad de especies qumicas caracterizadas por tenerenpromediomolculasgrandes,pesadasynovoltiles.Eldiagramadefases cubreunampliorangodetemperatura;elpuntocrticosesitabienarribadela pendiente de la envolvente de fases y las curvas de isovolumen estn espaciadas ms o menos en forma constante (Fig. 3). Lalnea1_2_3esunareduccinisotrmicadepresin,obsrvesequeelpuntoque representa el separador se encuentra a condiciones de presin (p) y temperatura (T) de superficies. Cuando la presin del yacimiento cae entre los puntos 1 y 2 se dice que el crudo es subsaturado, es decir, se encuentra por encima de la presin de burbujeo y es capaz de disolver ms gas si estuviera presente. Cuando la presin del yacimiento se encuentraenelpunto2,elcrudoestenelpuntodeburbujaysedenominacrudo saturado,elcrudocontieneensolucinlacantidadmximadegasqueleesposible disolver. Estando en el punto 2, una reduccin de presin har que el gas se libere del lquidoformando una capa de gas en el yacimiento. Reduciendo la presin entre los puntos 2 y3,secontinaliberandogas,lascurvasdeiso-volumenlquidovanreducindose Captulo IIMarco Referencial 16 desde100%hastacercade55%enelpunto3,loquecorrespondeaunaumentode gas desde 0% a 45%. Entrelospuntos2y3elcrudotambinsedenominasaturado;enlamedidaquese reducelapresinylatemperaturahastaqueelfluidollegaalseparador,msgasse sigueliberandodelcrudoocasionandounareduccinenelvolumendellquido.Sin embargo una cantidad relativamente grande de lquido llega a la superficie. 2.2.1.1.1 Identificacin de campo: Relacin gas/petrleo a 2000 PCN/Bbl. La historia de produccin de la relacin gas/petrleoincrementar mientras la presin del yacimiento cae por debajo de la presin de burbuja. Lagravedaddelcrudodetanquesermenora45APIydecrecerunpoco con el tiempo. Elcrudodetanqueesmuyoscuroindicandolapresenciadehidrocarburos pesados,frecuentementeesnegroperoalgunasvecestienetonalidades verdosas o es marrn. 2.2.1.1.2 Anlisis de laboratorio: El factor de formacin volumtrico es menor o igual a 2.0 BY/BN. Composicin de la fraccin de heptanos plus (C7+) ser mayor al 20%. El diagrama de fases cumple cubre un amplio rango de temperatura, el punto crtico se ubica hacia la derecha. Imposiblecondensacinretrogradaacondicionesdeyacimiento,poca diferenciaentrelatemperaturacrtica(Tc)ylatemperaturacricondetrmica (Tct). Captulo IIMarco Referencial 17 2.2.1.2 Petrleo Voltil Fig. 4Diagrama de fase (petrleo voltil).[6] En comparacin con el petrleo negro posee menor cantidad de componentes pesados ymscompuestosintermedios(etano-hexano),eldiagramadefasescubremenor rangodetemperatura,latemperaturacrticaesmenoryescercanaalatemperatura delyacimiento,lascurvasdeisovolumenestnespaciadasmenosregularmentey tienden a pegarse hacia la lnea de los puntos de burbuja (fig. 4). Lalnea1_2_3esunareduccinisotrmicadepresin,obsrvesequeelpuntoque representa el separador se encuentra a condiciones de presin (p) y temperatura (T) de superficies, una pequea reduccin de presin por debajo de la fresn de burbuja (pb) punto 2, causa la liberacin de una gran cantidad de gas en el yacimiento. Un crudo voltil puede llegar a ser 50% gas en el yacimiento al reducirse la presin solo unas pocoslibraspordebajodelapb,lacurvadeiso-volumenquecruzalascondiciones del separador muestra un menor porcentaje de lquidos. Las ecuaciones de balance de materiales desarrolladas para crudo negro, no funcionan para crudos voltiles, ya que el gas asociado a un crudo negro, se considera gas seco (ciertoapresionesrelativamentealtas),mientrasqueelgasasociadoauncrudo voltil es muy rico y se considera gas retrogrado. Este gas libera una gran cantidad de Captulo IIMarco Referencial 18 lquidos en su viaje hasta la superficie, lo que invalida el uso de las ecuaciones para crudo negro. 2.2.1.2.1 Identificacin en Campo: Lalneadivisoriaentrepetrleonegroypetrleovoltilescasiarbitraria,la diferenciadependedelpuntoenelcuallasecuacionesdebalancede materiales comienzan a tener una precisin intolerable. Lalneadivisoriaentrecrudovoltilygasretrogradoesclara,yaqueun crudovoltildebetenerlatemperaturacrticamayorquelatemperaturadel yacimiento. Larelacingas/petrleodeproduccininicialestenelrangoentre2000y 3300 PCN/Bbl. Larelacingas/petrleodeproduccinincrementarconlaproduccin mientras la presin del yacimiento est por debajo de la presin de burbuja. Lagravedaddelcrudoentanqueesalrededorde40APIomayoryse incrementar cuando la presin del yacimiento caiga por debajo de la presin de burbujeo. El crudo en tanque es de color marrn, naranja y algunas veces verde. 2.2.1.2.2 Anlisis de laboratorio: El factor de formacin inicial del crudo ser mayor que 2.0 BY/BN. LacomposicindelafraccindeC7+estarenelrangoentre12.5%y20% molar, el valor de 12.5% de la fraccin plus es una buena lnea divisoria entre crudo voltil y el gas retrogrado. Si la concentracin de los C7+ es mayor que 12.5%, el fluido de yacimiento es por lo general lquido y exhibe un punto de burbuja. Si la concentracin de los C7+ es menor que 12.5%, el fluido de yacimiento es casi siempre gas y exhibe un punto de roco. Captulo IIMarco Referencial 19 2.2.1.3 Gas Retrgrado Fig. 5 Diagrama de fase (gas retrgrado).[6] Eldiagramadefasesdeungasretrgradoesmspequeoqueeldeloscrudos,el puntocrticoestmuchomsabajoenelladoizquierdodelaenvolvente.Estasdos caractersticassedebenalhechodequelosgasesretrgradoscontienenmenor cantidad de componentes pesados que los crudos (fig. 5). Latemperaturacrticadelgasretrgradoesmenorquelatemperaturadel yacimiento,lacricondetermaesmayorquelatemperaturadelyacimiento.Estetipo de gas algunas veces es llamado gas condensado, sin embargo se debe evitar utilizar estadenominacinquesueletraerconfusinyutilizarelnombrecorrectodegas retrgrado.Ellquidoproducidoenelseparadorprovenientedelgasesllamado condensadoyellquidoproducidodirectamentedelyacimientotambinesllamado condensado. Un mejor nombre es lquido retrgrado. Enlalnea1_2_3,inicialmenteelpunto1esgasretrgrado,totalmenteenel yacimiento.Cuandolapresindecreceenelyacimientohastaelpunto2,elgas retrgrado exhibe un punto de roco. Conforme la presin continua disminuyendo en Captulo IIMarco Referencial 20 elyacimiento,lquidocondensadesdeelgas,formandounacapadelquidoenel yacimiento;normalmenteestelquidonofluirynopodrserproducido.Enel laboratorio se ha observado que conforme se contina bajando la presin (lnea 2_3), ellquidocomienzaarevaporizarse.Sinembargonoseesperarepetireste comportamiento en el yacimiento ya que las composiciones cambian. 2.2.1.3.1 Identificacin de campo: El lmite menor de la relacin gas/petrleo de produccin inicial es alrededor de330PCN/Bbl;ellmitesuperiornoestbiendefinido,valoressobre 150000 PCN/Bbl. Ha sido observada una relacin gas/petrleo inicial de produccin en el rango de3300a5000PCN/Bbl,loqueindicaunagasretrogradomuyrico,que condensarasuficientelquidoparallenar35%omsdelvolumendel yacimiento. Generalmente, este lquido no fluir y no podr ser producido. Entrminosprcticos,silarelacingas/petrleoinicialdeproduccines mayorque50000PCN/Bbl,lacantidaddelquidosretrgradosenel yacimiento es muy pequea y el fluido del yacimiento puede ser tratado como un gas hmedo. Larelacingas/petrleodeproduccinincrementarconlaproducciny mientras la presin del yacimiento cae por debajo de la presin de roco. Lagravedaddelcrudoentanqueestentre40y60APIyseincrementar cuando la presin del yacimiento caiga por debajo de la presin de roco. Loslquidossondecoloresmuyclarosmarrn,naranja,tonosverdososo lechosos. 2.2.1.3.2 Anlisis de laboratorio: Gasesretrgradosexhibenunpuntoderococuandolapresindecrecea temperatura de yacimiento. La fraccin de los C7+ es menor del 12.5% molar. Captulo IIMarco Referencial 21 Paragasesconmenosde1%deconcentracindelosC7+,tambinocurrir comportamientoretrgradoacondicionesdeyacimiento;sinembargo,para estos gases la cantidad de lquido retrgrado es despreciable. 2.2.1.4 Gas Hmedo El gas hmedo est compuesto en general de hidrocarburos con molculas pequeas. Elrangodetemperaturaquecubreeldiagramadefasessermenorquela temperaturadelyacimiento,lalnea1_2duranteelprocesodeagotamientoa temperatura constante, no se tocar la regin de dos fases. El fluido siempre estar a Fig. 6 Diagrama de fase (gas hmedo).[6] Captulo IIMarco Referencial 22 condicionesdeyacimiento;lascondicionesdelseparadorcaenenlaregindedos fases, por lo que algo de lquido se forma a condiciones de superficie. Ellquidoensuperficiealgunasvecessellamacondensadoyalyacimientodegasfrecuentementeselellamayacimientodegascondensado,loqueaumentala confusin con el yacimiento de gas retrgrado. El trmino hmedo no se refiere a la presencia de agua con el gas, sino a los hidrocarburos lquidos que condensan del gas ensuperficie,sinembargo,elgasdelyacimientosiempreestsaturadoconagua (fig.6) 2.2.1.4.1 Identificacin en campo: La relacin gas/petrleo de produccin es siempre muy alta y se mantiene a lo largo de la vida productiva del yacimiento. En trminos prcticos, si la relacin gas/petrleo de produccin es mayor que 50000PCN/Bbl.Puedesertratadocomosifueraunyacimientodegas hmedo. Lagravedaddelcrudodetanqueestenelmismorangoqueladegases retrgrados, sin embargo, la gravedad API se mantiene constante a lo largo de la vida productiva del yacimiento. Los lquidos son generalmente de colores muy claros con tonos lechosos. Captulo IIMarco Referencial 23 2.2.1.5 Gas Seco Fig. 7 Diagrama de fase (gas seco).[6] Lacomposicindelgassecoesprincipalmentemetanoconalgunosintermedios. Todoeldiagramadefasesestaunatemperaturamenorquelatemperaturade yacimiento,lamezcladehidrocarburosquecomponenelgasnaturalsemantiene comogasdurantetodalavidadelyacimiento,inclusivealascondicionesdel separador en la superficie, algunas veces se condensa algo de agua en la superficie. Estosyacimientosnormalmenteseconocencomoyacimientosdegas.Estotrae confusinsialosyacimientosdegashmedoogasretrgradotambinsolosele llamanyacimientosdegas.Lasecuacionesdebalancedematerialesdesarrolladas paragasseco,puedenserusadasparagashmedosisetienecuidadoaldefinirlas propiedades del gas hmedo. Son aplicables para yacimientos de gas retrgrado solo si la presin del yacimiento est por encima de la presin de roco (fig. 7). Captulo IIMarco Referencial 24 Esnecesarioconocerlaspropiedadesdelosfluidosylascaractersticasdeltipode fluidodeyacimiento,almomentodeseleccionarodisearelseparador,para optimizar tamao, caractersticas, diseo del mismo. De esta manera, el conocer estos datos permite un diseo eficaz y eficiente. 2.3 Principios de separacin [8] Eneldiseodeseparadoresesnecesariotomarencuentalosdiferentesestadosen quepuedenencontrarselosfluidosyelefectoquesobrestospuedantenerlas diferentes fuerzas o principios fsicos. Losprincipiosfundamentalmenteconsideradospararealizarlaseparacinfsicade vapor, lquidos o slidos son: la fuerza de gravedad, la fuerza centrfuga y el choque departculasocoalescencia.Todaseparacinpuedeemplearunoomsdeestos principios, pero siempre las fases de los fluidos deben ser inmiscibles y de diferentes densidades para que ocurra la separacin. 2.3.1 Separacin por gravedad [3,9] Es el mecanismo de separacin que ms se utiliza, debido a que el equipo requerido esmuysimple.Cualquierseccinampliadaenunalneadeflujo,actacomo asentador, por gravedad, de las gotas de lquido suspendidas en una corriente de gas. El asentamiento se debe a que se reduce la velocidad del flujo, en los separadores el asentamientoporgravedadtienelugarprincipalmenteenlaseccinsecundaria,que se conoce tambin como seccin de asentamiento por gravedad. Si el flujo es vertical hacia arriba como en los separadores verticales, las partculas de lquido que se van a separarcaenacontraflujodelgas.Estaspartculasdelquidoquedesciendenporla accindelagravedadseaceleran,hastaquelafuerzadearrastresebalanceaconla fuerza gravitacional.Despusdeestemomento,laspartculascontinancayendoa una velocidad constante, conocida como velocidad de asentamiento o velocidad final. Lavelocidaddeasentamientocalculadaparaunagotadelquidodeciertodimetro indicalavelocidadmximaquedebetenerelgasparapermitirquegotasdeeste dimetro o mayor se separen. Captulo IIMarco Referencial 25 Lavelocidaddeasentamientovienedadaporelbalancedefuerzadelassiguientes ecuaciones: ((

=gVA C FtD D2* * *2......................................................Ec. 7 Donde: FD= Fuerza de arrastre (lb) CD= Coeficiente de arrastre (adimensional) A= rea de la gota (pie2) = Densidad de la fase continua (lb/pie3) Vt= Velocidad de asentamiento de la gota (pie/seg) g= Constante de gravedad 32.2 pie/seg2 Si el flujo de las gotas es laminar por la ley de Stokes, se dice que: Re24= D C .................Ec. 8 Donde: Re= Nmero de Reynolds. ElnmerodeReynoldsesunparmetroadimensionalquerelacionalasfuerzas inerciales y viscosas. Se expresa de forma general por la siguiente ecuacin: '* *Re t t V D= ..... Ec. 9 Donde: Dt= dimetro interno de la tubera (pie) = Viscosidad (lb/pie-seg2) Considerando las gotas de lquido como, partculas esfricas y rgidas su volumen es: Captulo IIMarco Referencial 26 6*3DVesfera= ........................Ec. 10 Donde: D= dimetro de las esfera (pie) = Constante adimensional 3.1416 El rea viene dada por: 4*2DAesfera=............Ec. 11 gVDgV DFttD* 2* *4* *** *2422' |||

\|=........Ec. 12 Sustituyendo las ecuaciones. 8, 11 y 12 en la ecuacin 7 nos queda: Stokes de Ley V D FtD * * * * 3' = .... ........................................................Ec. 13 La fuerza de flotabilidad sobre una esfera por el principio de Arqumedes es: ( )6**3DFg lB =...Ec. 14 Donde: l = densidad de lquido (gr/cc) g = Densidad del gas (gr/cc) Cuando la fuerza de arrastre es igual a la fuerza de flotabilidad, la aceleracin de las gotas es cero, debido a que la velocidad es constante, por lo tanto: FB=FD Donde: FB = fuerza de flotabilidad Igualando las ecuaciones 13 y 14 nos queda: Captulo IIMarco Referencial 27 ( )6** * * * * 33'DV Dg l t =( )2'** 18D Vg lt = ........... ...Ec. 15 Donde: = *2.088*10-5. = Viscosidad (cp) D=(dm)*(3.281*10-6) Dm= Relacin entre el dimetro de la tubera y el dimetro de las gotas (micras). l= 62.4*Ge PMg= 28.97*Ge Ge= Gravedad especifica, relativa al agua Por lo tanto la ecuacin 15 nos queda: ( )52 610 * 088 . 2 * * 18) * 10 * 281 . 3 ( * * 4 . 62=mtd GeV Finalmente: 2 6* ) ( * 10 * 78 . 1mtd GeV=.......Ec. 16 Cuandoelf1ujodegasqueentraenesaseccindeseparacineshorizontal,la velocidaddeasentamientoesaquellaalacuallaspartculassuspendidasviajana travsdelacorrientedegas.Estavelocidadsepuedeutilizarparadeterminarel tiempo de retencin requerido para que una partcula de un tamao dado, se deposite desde la parte superior al fondo de la seccin de separacin. Tanto en los separadores verticalescomoenloshorizontales,lasvelocidadesaltasinducenturbulenciaala Captulo IIMarco Referencial 28 corriente de gas, ocasionando que algunas partculas de lquido sean arrastradas en el flujo de gas. 2.3.1.1 Numero de Reynolds[10] Permiteidentificarlanaturalezadelflujo,esdecir,sieslaminaroturbulento,ysu posicin relativa en una escala que muestra la importancia relativa de las tendenciasturbulentas a laminares. 2.3.2 Fuerza centrfuga [3] Lafuerzacentrfugaqueseinducealaspartculasdelquidosuspendidasenuna corrientedegas,puedesermuchomsgrandequelafuerzadegravedadqueacta sobrelasmismaspartculas.Esteprincipiomecnicodeseparacinseempleaenun separadortantoenlaseccindeseparacinprimariacomoenalgunostiposde extractores de niebla, por ejemplo en el extractor tipo ciclnicoLaspartculasdelquidocolectadasenlasparedesdeunextractordenieblatipo ciclnico,difcilmentesonarrastradasporlacorrientedegas.Sinembargola velocidaddelgasenlasparedesdeltubociclnico.Serecomiendaquelavelocidad del gas no sea mayor de un cierto valor crtico (Fig. 8). 2.3.3 Choque de partculas o coalescencia [3, 9] Estemecanismodeseparacinestalvezelquemsseempleaenlaeliminacinde laspartculaspequeasdelquidosuspendidasenunacorriente.Laspartculasde lquido que viajan en el flujo de gaschocanconobstruccionesdondequedan depositadas. La separacin por choque se emplea principalmente en los extractores de nieblatipoveleta(Fig.9)