Separador Bifasico.

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

ESCUELA DE INGENÍERIA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

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PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO

DISEÑO DE LOS EQUIPOS PARA LOS SISTEMAS DE PRUEBAS DE PRODUCCIÓN DE LOS POZOS ASOCIADOS A  LAS MACOLLAS CORRESPONDIENTES A PETROINDEPENDENCIA, EDO. ANZOÁTEGUI

Presentado por:

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Br. Fermín José Gutierrez Jiménez

Revisado por:

Barcelona, Julio de 2015

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

PETROINDEPENDENCIA es una empresa filial de PDVSA, conformada por la Central Venezolana de Petróleo, Chevron y Japan Carabobo. Esta se encuentra ubicada en La Faja Petrolífera del Orinoco con una reserva calculada de 39 mil millones de barriles de petróleo. Las tres áreas de producción que comprenden el proyecto son: Bloque Carabobo, Bloque Carabobo Sur y Bloque Carabobo Norte. Se estima una producción de 200 MBPD de crudo extra-pesado (7,5 – 8° API) compuestos por una mezcla compleja de hidrocarburos, agua, partículas de arena y contaminantes.

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Figura  1. Mapa de las divisiones de la Faja Petrolífera del Orinoco [1].

La ingeniería conceptual desarrollada para las instalaciones de superficies Petroindependencia considera la operación en tres diferentes fases: Producción temprana (en frío) antes del arranque del Mejorador; Producción permanente (en frío) una vez arranque el Mejorador; y Producción Térmica. Los grupos de producción múltiple son agrupados en macollas de pozos, con una producción común, diluente y cabezales de servicio y se clasifican en frías, convertibles y térmicas.

Las macollas están constituidas por 32 pozos y cada macolla posee dos Separadores de Prueba. Estos equipos consisten en recipientes horizontales de dos fases que separan el gas producido de los líquidos condensados. El caudal de ambas corrientes es medido, y cuenta con un analizador de corte de agua en la salida de la línea de líquidos. Utilizando este equipo, se puede evaluar la tasa de producción de crudo extra-pesado y su proporción de agua.

A medida que se extrae el crudo, se tiene asociado un volumen tanto de gas como de agua, es de vital importancia pasar por el proceso de separación de fluidos (petróleo, gas y agua). La separación de Gas-Líquido es fundamental en el proceso de  extracción, ya que ésta mezcla conlleva a problemas tales como: corrosión, abrasión de equipos de transporte, aumentos de la caída de presión y disminución de la capacidad de transporte en las líneas. En el proceso de extracción, el petróleo extraído es conducido por tuberías hasta el CPF (Centro de Facilidades y Producción) para luego ser enviado hasta el Mejorador. Sin embargo, el gas que resulta de la extracción del petróleo, es llevado hasta la estaca de venteo. Las partículas de petróleo liviano que se desprenden de la extracción y del paso del fluido por los distintos equipos de la macolla, no son enviado al CPF, sino que es arrastrado por el gas hasta la estaca de venteo, esto ocasiona pérdidas de hidrocarburos y mayor contaminación al ser esparcido en el ambiente.

Tomando en consideración los problemas generados por la mezcla Gas-Líquido, se tiene previsto la colocación de los equipos (separadores, válvulas y bombas) que conforman el sistema de prueba. Se calculará, diseñará y seleccionarán los equipos conforme a las normas PDVSA.

Con la selección adecuada del separador de prueba se determinará el balance de masas del crudo extraído permitiendo el monitoreo de  la cantidad de crudo producido por día para alcanzar las metas de producción estimada para cada macolla dentro de las exigencias de Petroindependencia.

1. OBJETIVOS DEL PROYECTO

1. Objetivo General

Diseñar los equipos para los sistemas de pruebas de producción de los pozos asociados a  las macollas correspondientes a PetroIndependencia.

1. Objetivos específicos

1. Conocer las condiciones básicas y de operación de los pozos de extracción de crudo de las Macollas.
2. Diseñar un separador de pruebas cumpliendo con los requerimientos de flujo y condición operacional proporcionados por PDVSA
3. Elaborar una simulación del separador de pruebas con el software PVELITE con las condiciones de flujo del crudo.
4. Diseñar el sistema de drenajes y los equipos de bombeo aguas abajo del separador para las facilidades de los sistemas de pruebas.
5. Elaborar los planos de construcción asociados al diseño de las facilidades para los sistemas de pruebas.

1. RESUMEN DE CONOCIMIENTOS PREVIOS

1. Antecedentes de la Investigación

Dentro de los trabajos e investigaciones consultadas, se tendrá como referencias los siguientes proyectos:

En el año 2010 Boutto, L. [2] realizó el diseño del cuerpo de un depurador de gas – líquido, para ser utilizado en la estación de flujo Orocual 1, PDVSA Distrito Norte, Estado Monagas. Se consideró la selección del depurador mediante los cálculos que se realizaron para su dimensionamiento del equipo, en donde se utilizaron las normas de PDVSA para el diseño de estos y cuyos valores fueron verificados mediante el uso del software SEPAVERTICAL.EXE,  se obtuvo gran similitud entre los resultados arrojados por el software y los cálculos realizados para el dimensionamiento del recipiente.  Se seleccionó el material para el cuerpo del recipiente, las boquillas de entradas y salida de flujo, etc. mediante la norma ASME sección VIII, simulando las condiciones de operación.

En el año 2010 Romero B. y Fermín K. [3] Evaluaron los criterios de diseño y configuración de los recipientes a presión, mediante la identificación de recipientes a presión, de acuerdo a su función como recipientes de proceso, almacenamiento y transporte. Según su presión (atmosféricos, de vacío, de baja, media y alta presión) y por su geometría (recipientes esbeltos, cilíndricos, cilíndricos combinados y esféricos). Se especificaron las características de diseño según el Código ASME para Recipientes a Presión, Sección VIII, División 1. Una vez establecidos los parámetros se calculó un recipiente esférico para el almacenamiento de 100000 barriles de propano a una presión de 339,7 Psia., usando el simulador SAP2000.

En el año 2009 Valderrama, E. [4] realizó el diseño de un separador horizontal bifásico (gas-petróleo) para la empresa ALMECA. La empresa  no se regía por las normas establecidas para el diseño de separadores y recipientes a presión como lo son las normas PDVSA y las normas ASME. El autor se propuso diseñar un separador siguiendo los lineamientos de las normas anteriormente mencionadas. El diseño y selección de las partes internas del separador se hicieron de acuerdo a las normas PDVSA Nº MDP – 03 – S – 03 “Manual de diseño de procesos para tambores separadores líquido – vapor” y la Nº 90616.1.027 “Manual de ingeniería de diseño para separadores líquido - vapor”. El dimensionamiento de los espesores del cuerpo y cabezales se hicieron a través de las normas ASME en su sección VIII. Se usó el programa asistido para simulación a través de elementos finitos, ANSYS, para verificar ciertos cálculos realizados y el diseño se hizo estimando la vida útil del equipo en 20 años de servicio.

Los estudios técnicos citados, difieren del proyecto a realizar en cuanto a la zona de estudios y filosofías de funcionamientos, servirán de referencia ante cualquier consulta en cuanto a la metodología, normas utilizadas y simuladores utilizados para el diseño de las facilidades de los sistemas de pruebas de las macollas de PetroIndependencia. La diferencia de este proyecto con respecto a los mostrados, se caracteriza por su ubicación (PetroIndependencia), el alcance de los sistemas de venteo y bombeo aguas abajo, como también el cálculo de las dimensiones del separados multifásico y la simulación de los esfuerzos a los que es sometido en simulador PVELITE.

1. Resumen de Conocimientos Previos

1. Facilidades de Producción

Las Facilidades de Producción comprenden los procesos, equipos y materiales requeridos en superficie para la recolección, separación y tratamiento de fluidos, así como la caracterización y medición de cada una de las corrientes provenientes de los pozos productores, bien sea crudo, gas o agua e impurezas.

1. Macollas

En Venezuela se usa el término “macolla” para referirse a la técnica de perforar los pozos de petróleo agrupados en una sola locación o instalación superficial de perforación, desde allí se hacen perforaciones verticales u horizontales, direccionales, con esto se optimiza el uso del suelo, y se evitan daños ambientales a la tierra.

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