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MEMORIAS FACILIDADES DE PRODUCCION EN CAMPOS PETROLEROS SEMINARIO TALLER FACILITADOR FERNANDO BECERRA SALAMANCA INGENIERO DE PETROLEOS. 2014. Seminario de Facilidades Elite Training 2014 OBJETIVOS DEL Actualizar a los participantes sobre los conceptos para la de los equipos de y facilidades de super...

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MEMORIAS FACILIDADES DE PRODUCCION EN CAMPOS PETROLEROS SEMINARIO – TALLER

FACILITADOR

FERNANDO BECERRA SALAMANCA INGENIERO DE PETROLEOS.

Versión año 2014.

[email protected]

Seminario de Facilidades - Elite Training 2014

OBJETIVOS DEL SEMINARIO-TALLER 

Actualizar a los participantes sobre los conceptos básicos para la operación de los equipos de producción y facilidades de superficie que se requieren para la recolección y separación de fluidos producidos, tratamiento almacenamiento y medición de crudo y procesamiento del gas en campos petroleros.



Familiarizar a los asistentes con los principios y procedimientos operativos de los equipos y facilidades de producción instaladas en un campo petrolero.



Identificar la importancia y el manejo de las principales variables que inciden en las operaciones de superficie en los campos petroleros, y compartir experiencias para mejorar las habilidades, actitudes y aptitudes del personal y optimizar costos de producción.



Mejorar los conocimientos, habilidades y actitudes de los operadores de producción mediante el intercambio de experiencias, la concientización y el uso correcto de los equipos de producción de petróleo, gas y tratamiento de aguas residuales.

BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA.  Surface Productions Operations, Ken Arnold, Maurice Stewart.  Petroleum Production Engineering, Boyun Guo, William C. Lyons, Ali Ghalambor.  Oil and Gas Production, Martin S. Raymond and William L. Leffler.  Petroleum Geology, Exploration, Drilling and Production, Norman J. Hyne  Applied Water Technology, Patton Charles, Campbell Petroleum Series, 1995. NOTA: este manual es un material de trabajo para ser utilizado durante el desarrollo del seminario – taller de “Facilidades de Producción en Campos Petroleros”.

Fernando Becerra Salamanca

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CONTENIDO CAPITULO 1: CONCEPTOS BÁSICOS DE SUBSUELO E INTRODUCCION A LAS FACILIDADES DE PRODUCCION.       

Características y propiedades de los yacimientos. Rocas y fluidos Características y propiedades de los fluidos. Tipos de hidrocarburos Etapas de desarrollo de un campo petrolero. Recobro primario y secundario Presión natural de los yacimientos. Flujo natural y levantamiento artificial. Reservas de hidrocarburos y factor de recobro. Problemas de producción. Operaciones de producción en el subsuelo y en superficie. Ejercicios de aplicación.

CAPITULO 2. FACILIDADES PARA LA RECOLECCION DE CRUDO Y GAS.    

Objetivos de las facilidades de producción. Desarrollo de campos petroleros. Extracción de fluidos. Configuración básica de un sistema de facilidades de producción. Componentes del pozo: cabeza del pozo, tuberías de producción (casing y tubing), cabeza de pozo, árbol de navidad, estranguladores (chokes).  Sistemas de recolección de crudo y gas: equipo de subsuelo y cabezales de pozos; opciones para líneas de flujo de pozos y “manifolds para líneas individuales, líneas comunes y múltiple para altas presiones”. Mapa de procesos de producción y la cadena de valor de los hidrocarburos.  Tipos de Baterías de producción: localización de las baterías. Equipos y componentes para los diferentes procesos que se realizan en la producción y tratamiento de los hidrocarburos.  Ejercicio: conceptualización de los sistemas de facilidades de producción en un campo petrolero. CAPITULO 3 – FACILIDADES PARA LA SEPARACIÓN DE FLUIDOS.     

Conceptos básicos de separación de fluidos producidos (crudo, gas y agua). Principios de separación líquido – gas. Secciones y funciones de un separador. Clases de separadores: separadores de producción general y prueba, bifásicos y trifásicos, verticales y horizontales. Componentes básicos de un Separador. Componentes externos: vasija, cabezales, conexiones de entrada y salida de fluidos, boquillas de instrumentos de medición, control y protección y válvulas de alivio.

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Componentes internos: zona de entrada, platina de impacto, platinas rompeolas, tiempo de residencia, acumulación de líquido, separación, extracción o eliminador de neblina, vertederos y platina antivórtice. Operación y control de los separadores: flujo a través del separador, variables de la separación: presión, temperatura, nivel, capacidad y tiempo de residencia. Dispositivos de seguridad de los separadores. Diseños especiales de separadores: FWKO, separadores filtro, separadores doble barril, scrubers o purificadores de gas. Dimensionamiento de separadores: horizontales y verticales; bifásicos y trifásicos. Separadores generales y de prueba. Ejercicios de aplicación. Problemas potenciales de separación: espumas, parafina, arena y arrastre de líquido (carryover) y descargue de gas (Blowdown). Origen y posibles soluciones. Separación de gas por etapas: separadores de alta, media y baja presión. Normas API para construcción y operación de los separadores gal-líquido.

CAPITULO 4: FACILIDADES PARA EL TRATAMIENTO DE CRUDO E INYECCIÓN DE QUÍMICOS.           

Conceptos básicos sobre emulsiones de petróleo y su tratamiento. Tipos de emulsiones y causas de formación de emulsiones. Factores que inciden en el tratamiento de emulsiones. Métodos de tratamiento para deshidratación y desalación de Crudos. Tratamiento químico. Pruebas de botella y pruebas de campo Tratamiento térmico y tratamiento electrostático. Ventajas y desventajas. Tipos de tratadores térmicos y tratadores electrostáticos. Funcionamiento. Separación mecánica de emulsiones por decantación. Aspectos operacionales y de seguridad en el tratamiento de crudos emulsionados. Otros procesos para desemulsificar y desalar el crudo. Especificaciones para venta. Ejercicios prácticos de deshidratación y desalación de crudo.

CAPITULO 5: FACILIDADES PARA ALMACENAMIENTO, FISCALIZACION Y DESPACHO DE CRUDO.      

Tipos y clasificación de tanques de almacenamiento y fiscalización de crudo. Uso de los Tanques en las facilidades industriales. Tablas de aforo de tanques. Elementos e instrumentación en tanques de almacenamiento y fiscalización de crudos. Medición y fiscalización de Tanques de crudo. Análisis de laboratorio. Transferencia de crudo. Unidades LACT de medición y despacho de crudo Cargaderos de crudo y bombas de despacho a oleoductos. Pérdidas y ganancias.

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CAPITULO 6: FACILIDADES PARA TRATAMIENTO DEL GAS NATURAL.      

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Conceptos básicos sobre gas natural. Composición y características del gas. La cadena productiva del Gas Natural. Facilidades de recolección y separación. Tipos de gases: gas seco y gas húmedo. Gas dulce y gas agrio. Cromatografía de gases. Contaminantes e impurezas. Compresión, transporte y usos del gas natural. Procesamiento del gas natural: plantas de proceso de secado del gas y generación de GLP. Plantas y facilidades para la deshidratación de gas con Glicol: separador de entrada, torre contactora gas-glicol, intercambiador de calor gas/glicol pobre, bombas de inyección de glicol, sistema de regeneración del Glicol y torre despojadora. Métodos de Tratamiento de gases ácidos. Principales aspectos operativos y de seguridad en el tratamiento del gas. Calidad del Gas natural para ventas.

CAPITULO 7: FACILIDADES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS PRODUCIDAS.       

Caracterización de las aguas producidas: volumen y calidad del agua para vertimiento o reinyección. Otros usos de las aguas coproducidas con el crudo. Principios de separación de aguas: coagulación, floculación y coalescencia. Tecnologías y equipos utilizados para el tratamiento de aguas: trampas de grasas y aceites, separadores API, “Skim tanks”, lagunas de oxidación, aireación y desnatadores, Celdas de flotación, filtros y tanques decantadores. Tratamiento químico de las aguas: rompedores inversos/clarificadores, tratamiento bacteriológico y acondicionamiento final de las aguas. Normas y características de las aguas residuales para vertimiento. Manejo de sólidos residuales. Costo de tratamiento de aguas. Facilidades para el tratamiento y el proceso de inyección de aguas.

Nota 1: La temática propuesta se puede ajustar de acuerdo con las necesidades específicas de los asistentes. El seminario es interactivo instructor-estudiantes para facilitar la participación y el aprendizaje y aprovechar las experiencias y conocimientos del grupo. Nota 2: En cada capítulo, se desarrollarán ejercicios individuales o grupales, con el fin de reforzar los conocimientos adquiridos e intercambiar experiencias de campo entre los asistentes.

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CAPITULO 1. CONCEPTOS BÁSICOS DE SUBSUELO E INTRODUCCION A LAS FACILIDADES DE PRODUCCION. Una empresa petrolera se encarga de:   

Explorar nuevos bloques petroleros para encontrar nuevos yacimientos Extraer y tratar los hidrocarburos encontrados en un yacimiento Transportar los hidrocarburos desde los campos de producción de hidrocarburos a los centros de consumo para luego ser transformados y comercializados los diferentes productos obtenidos en los procesos de refinación.

Figura 1. 1 - Etapas de desarrollo de un campo petrolero

Figura 1. 2 - Esquema general de las operaciones de producción: Recolección y separación de fluidos, tratamiento de crudos, gas y agua en campos petroleros. Fernando Becerra Salamanca

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Para poder extraer y tratar los fluidos en forma eficiente y al mejor costo beneficio, es requisito indispensable que las personas que realizan estas operaciones: Conozcan el comportamiento y las características que tienen, los fluidos presentes en un yacimiento, las características del mismo yacimiento y sus condiciones cambiantes con el tiempo. HIDROCARBUROS: Compuestos de carbono e hidrógeno que tienen determinadas propiedades. Se encuentran acumulados en las rocas del subsuelo (porosas y permeables), bien sea en forma: sólida, líquida o gaseosa. Se pueden producir a través de pozos que se han perforado. Generalmente vienen acompañados de: agua y otras impurezas. Requieren tratamiento previo para poder ser utilizados y comercializados. TIPOS DE HIDROCARBUROS. El petróleo o “crudo”, es una mezcla compleja de hidrocarburos cuya composición genética incluye cuatro familias de compuestos: 1. Hidrocarburos saturados, alcanos o parafinas: estructuras en cadena con la fórmula general CnH2n+2.

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Contienen parafina y muy poco material asfáltico. Son aptos para obtener gasolina de bajo octanaje. Producen cera parafínica y aceites lubricantes de alta calidad

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2. Hidrocarburos Naftenos o Cicloalcanos: estructuras en anillo con fórmula CnH2n. 3. Hidrocarburos Aromáticos: anillos hexagonales de carbono con enlaces simples y dobles alternantes. Las unidades básicas son los anillos de benceno. 4. Crudos asfalténicos o mixtos: compuestos de cadenas de anillos bencénicos enlazados, con gran cantidad de otros elementos, los llamados NSO. Las resinas y los asfaltenos son los componentes más pesados de los crudos y los principales en asfaltos. Bitumen: es una materia orgánica inflamable formada de Kerógeno durante el proceso de formación del petróleo. El Bitumen incluye Hidrocarburos como asfaltenos y cera mineral. Por lo general es sólido y de color negro o marrón. Además de los hidrocarburos mencionados, el Petróleo contiene otros elementos o “contaminantes orgánicos”, los cuales incluyen:  Compuestos sulfurados (0,1 a 0,6% en peso)  Compuestos Nitrogenados (N)  Compuestos Oxigenados (O2) Contaminantes Inorgánicos: sólidos de diferente tamaño, vanadio, níquel y radio. Características de los Hidrocarburos: se clasifican en crudos livianos y crudos pesados; se diferencian por su Gravedad API y su Viscosidad. También se clasifican como: Crudos ácidos: son altamente corrosivos debido a su contenido de dióxido de carbono y ácido sulfhídrico. Crudos dulces: No poseen gases o sustancias corrosivas asociadas con el petróleo. YACIMIENTO: acumulación de fluidos en una roca porosa y permeable. (Trampas de petróleo). La roca puede contener diferentes proporciones de fluido (crudo, gas y agua) que están sometidos a condiciones de presión y temperatura, según la profundidad a la cual se encuentran dichos fluidos.

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Figura 1. 3 - Yacimiento Típico. DATOS BASICOS DEL YACIMIENTO Porosidad: capacidad de una roca para almacenar fluidos. % de volumen de roca vacía. Porosidad () de la roca almacenadora: es el espacio disponible para almacenar hidrocarburos en las rocas o bien, la medida del porcentaje del volumen total de la roca ocupado por espacios vacíos (al que se denomina medio poroso)

La porosidad puede ser de dos clases: absoluta y efectiva. La porosidad absoluta es la porosidad total de una roca sin tener en cuenta las conexiones entre los espacios porosos. La porosidad efectiva es aquella en la cual los poros están interconectados. También la porosidad puede ser clasificada dentro de dos tipos de acuerdo al tiempo de depositación en: porosidad primaria y secundaria. La primaria se refiere a la que se Fernando Becerra Salamanca

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formó al mismo tiempo de la depositación de las capas (porosidad de las areniscas) y la secundaria, se refiere a la formada después de la depositación y algunas rocas presentan fisuras. La porosidad se expresa en fracción o en porcentaje (0-100%) se dice que: 0 - 5 % Despreciable 10 - 15 % Regular

5 - 10 % Pobre 15 - 20 % Buena

20 - 40 % Excelente

Permeabilidad: capacidad de la roca para permitir el paso de los fluidos almacenados. Es una medida de la facilidad con la cual los diferentes fluidos pueden fluir a través de un medio poroso (yacimiento), bajo condiciones de flujo no turbulento; para esto es necesario que los poros de la roca estén conectados unos con otros.

Henry Darcy realizó los trabajos iniciales sobre permeabilidad cuando investigó el flujo de agua a través de filtros de arena y por esta razón, la unidad de permeabilidad en la industria petrolera se conoce como Darcy. La unidad práctica es el milidarcy (md) que es un milésimo de Darcy y es la que comúnmente se usa en la industria petrolera. Los valores de permeabilidad en milidarcies (md) oscilan entre: K< 50 50< K < 250 K > 250

pozos malos productores pozos medios o buenos pozos buenos

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Figura 1. 4 – Variables de las cuales depende la permeabilidad de las rocas. Por lo general, la gran mayoría de los yacimientos de aceite contienen por lo menos dos fluidos, que son agua congénita y aceite. Habrá mayor resistencia al flujo del aceite a través de la roca que contenga algún porcentaje de agua que a través de la misma roca en la cual ella esté ausente. Saturación de fluidos (sw, so, sg): relación de los fluidos contenidos en la roca. La saturación mide la fracción del volumen poroso ocupado por cada uno de los fluidos que existen en el yacimiento. Así, la saturación de aceite (So) es la fracción porosa ocupada por aceite. So =

Volumen Ocupadopor aceite Volumen Poroso

So + Sg + Sw = 1 Una saturación de agua de agua (Sw) del 25% significa que la cuarta parte del espacio poroso de la roca está lleno de agua. Igualmente, para el gas (Sg). En los yacimientos de hidrocarburos pueden hallarse simultáneamente agua, petróleo y gas; sin embargo, y debido a la gravedad, los fluidos tienden a separarse dentro del yacimiento. Algunos de estos fluidos no serán producidos. Los volúmenes de fluidos del yacimiento que no se pueden producir y que son inmóviles, se expresan en términos de saturación residual o irreducible. El volumen del crudo y el gas varían con la presión del yacimiento en donde se encuentran almacenados.

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Figura 1. 5 – Saturación de Fluidos presentes en un yacimiento Factor volumétrico de formación: es la relación entre el volumen del crudo ocupado a condiciones del yacimiento sobre el volumen del crudo en la superficie.

Bo 

Vol. aceite Vol.gasdisuelto @ p, T( ycto)  bls    Vol .aceite @ p,T(superficie)  BF 

Relación gas-petróleo (GOR): a medida que se produce el petróleo la presión en el yacimiento va disminuyendo y la cantidad de gas disuelto aumenta en cada barril. De esta forma, existe una relación entre el petróleo y el gas que se produce.

Rs 

vol. gas produidoensup erficie  PCS    vol.aceite producidoenel tan que  BF 

Punto de burbuja: punto en el cual las primeras moléculas de gas dejan el líquido y forman una pequeña burbuja de gas que se desprende de la fase líquida. Punto de rocío: punto en el que solamente queda una pequeña gota de líquido o se forma la primera gota de líquido en una corriente de gas. Para producir los fluidos de los Pozos se requiere:    

Conocer sus características y su comportamiento para poder manejarlos, almacenarlos y fiscalizarlos en forma óptima en superficie. Evitar problemas operacionales en superficie y daños de formación. Optimizar la operación de los equipos y reducir los costos operacionales. Cumplir con las condiciones de calidad de los crudos fiscalizados y transferidos para satisfacer las necesidades de los clientes. Fernando Becerra Salamanca

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CAUDAL (Q): es una variable importante en el proceso de producción de petróleo ya que es una medida del volumen producido de un fluido en una determinada unidad de tiempo. 1 Barril = 5.614 pies cúbicos = 42.0 galones = 158.9 litros Calidad y gravedad API del crudo: Gravedad específica = 141.5/ (131.5 + °API) El grado API influye directamente en el costo del hidrocarburo; entre más alto sea el grado API, más elevado será su precio. El agua tiene 10 ºAPI, mientras que una gasolina puede tener hasta 60 ºAPI, por citar algunos ejemplos. Los crudos, según su gravedad se clasifican en:     

Súper pesados Pesados Medianos Livianos Condensados

(Menos de 10 ºAPI) (entre 10 - 21 ºAPI) (entre 22 - 31 ºAPI) (entre 32 - 40 ºAPI). (Mayor de 40 ºAPI)

Cálculo de la densidad de un crudo a partir de la gravedad API. Para convertir gravedad API a densidad se aplican las siguientes ecuaciones (a condiciones estándar): Gravedad específica de un crudo = Gravedad específica = Densidad(x) Densidad (agua) Densidad(x)

141.5____ °API + 131.5 Despejando tenemos:

= Gravedad específica de un crudo x Densidad (agua)

Densidad agua = 1 gramo = 8.34 libras_ = cm3 galón

62.4 libras pie3

Ejemplo: Encontrar la densidad de un crudo que tiene una gravedad de 24°API: Gravedad Específica = 0.9099

=

141.5 _ = 24.0 + 131.5

Densidad_ (crudo) 8.34 lbs./gal

Densidad (crudo) =

Despejando tenemos:

0.9099 x 8.34 lbs./gal

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0.9099

= 7.588 lbs./gal.

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