Conociendo los Separadores en la Industria Petrolera

La mayoría de los pozos de petróleo producen agua salada junto con el gas que sale del petróleo. Están separados por un largo tanque de acero cilíndrico llamado separador. El separador puede ser vertical (hasta 12 pies o 3,7 m de altura) u horizontal (hasta 16 pies o 4,9 m de longitud). Los separadores verticales ocupan menos espacio en la superficie, pero los separadores horizontales tienen tiempos de retención más largos, el tiempo que el fluido producido está en el separador. El separador es un separador de dos fases que separa el gas del líquido (fig. 1) o un separador de tres fases que separa el gas, el petróleo y el agua. 
Fig. 1. Separador bifásico vertical. (Modificado de Baker, 1983.)

Si la gravedad separa fácilmente el petróleo y el agua producidos, el agua se llama agua libre. En contraste, una emulsión tiene gotas de un líquido que están completamente suspendidas en otro líquido. Una emulsión de agua en aceite o inversa que tiene gotas de agua suspendidas en petróleo es la emulsión más común producida en un pozo. Menos común es una emulsión de petróleo en agua que tiene gotas de aceite suspendidas en agua. La estanqueidad de una emulsión es el grado en que las gotas se mantienen en suspensión y resisten la separación. Una emulsión puede ser apretada y resistir la separación o suelta y separarse fácilmente.

En cada separador hay una entrada para fluidos de la línea de flujo y salidas separadas en diferentes elevaciones para cada uno de los fluidos separados. Cada separador tiene una sección difusora que hace una separación inicial del gas y el líquido de la entrada. El gas sube a la sección de lavado de gas en la parte superior del separador, donde la mayor parte del líquido restante se elimina del gas antes de que salga por la salida de gas. El líquido cae al fondo, donde la sección de residencia del líquido elimina la mayor parte del gas restante del líquido antes de que salga por la salida de líquido.

Todos los separadores usan la gravedad para separar el gas, el petróleo y el agua. En la sección del difusor de un separador vertical, los fluidos de la entrada se giran alrededor de la carcasa del recipiente para permitir que la fuerza centrífuga ayude a la separación inicial. En un separador horizontal, los fluidos de la entrada golpean una plancha metálica plana o de ángulo para reducir la velocidad del flujo y desviarlo para ayudar a la separación inicial.

En la sección de lavado de gases, los extractores de neblina se usan a menudo para unirse y eliminar las gotas de líquido antes de que el gas salga por la salida de gas. Un tipo de almohadilla de malla de alambre de extractor de niebla utiliza esteras finamente tejidas de alambre de acero inoxidable empaquetadas en un cilindro. También se pueden utilizar paletas que son placas de metal paralelas con bolsas de recolección para el líquido. La sección de residencia del líquido es a menudo una cámara relativamente vacía que permite que la gravedad realice la separación. Se pueden utilizar deflectores, placas planas sobre las que fluye el líquido como una película delgada. Un vertedero es un dique en la sección inferior de residencia de líquido del separador que retiene líquido detrás de él. Ayuda a la separación permitiendo que solo el líquido más ligero, como el aceite que flota en el agua, fluya sobre el vertedero.

Los separadores tienen controles de nivel de líquido, que son flotadores en las superficies de aceite-gas y agua-aceite que controlan el nivel de esos fluidos al abrir y cerrar las válvulas. Los controles en un separador incluyen nivel de líquido, alta y baja presión, alta y baja temperatura, válvula de alivio de seguridad y cabezal de seguridad o disco de ruptura que se rompe a una presión establecida. Una válvula de contrapresión en la salida de gas mantiene la presión de gas en el separador.

Un knockout de agua libre (FWKO) es un separador trifásico, horizontal o vertical que se utiliza para separar el gas, el petróleo y el agua libre por gravedad (fig. 2). El agua se extrae del fondo, el petróleo del medio y el gas de la parte superior.

Fig. 2. Eliminación horizontal de agua libre (FWKO). (Modificado de Baker, 1983.)

Un separador horizontal de doble cañón o doble tubo tiene dos recipientes horizontales montados verticalmente (fig. 3). El fluido producido ingresa en el recipiente superior donde fluye sobre los deflectores para hacer una separación inicial de gas y líquido. Luego, el líquido fluye hacia el recipiente inferior para completar la separación de petróleo y agua. El gas sin petróleo sale por el barril superior y el petróleo sin gas sale por el fondo. Un separador horizontal de doble barril puede procesar un mayor volumen de fluidos producidos que un solo separador horizontal.

Fig. 3. Separador de doble cañón.

Para separar o romper una emulsión, la emulsión debe calentarse. Se trata en un calentador de tratamiento, un separador vertical u horizontal que tiene un tubo de fuego (fig. 4) donde se quema gas natural. El tubo de fuego puede estar en contacto con la emulsión (cocción directa) o en contacto con un baño de agua que transfiere el calor a la emulsión (cocción indirecta). La gravedad luego separa la emulsión calentada.


Fig. 4. Calentador de tratamiento. (Modificado de Baker, 1983.)

 Las placas de electrodos y la electricidad también se pueden usar en un precipitador electrostático para separar las emulsiones. Si la emulsión no es muy estable (suelta), se utiliza un tanque de sedimentación grande llamado cañón de la pistola o tanque de lavado para la separación por gravedad. Un desemulsionante es un químico que se puede inyectar en un recipiente de tratamiento para ayudar a separar las emulsiones.

Los separadores se clasifican por presiones de operación que están entre 20 y 1,500 psi (1.4 y 105 kg / cm2). Para maximizar la retención de componentes altamente volátiles del PETRÓLEO, se utiliza la separación por etapas con varios separadores que funcionan a presiones decrecientes. Los fluidos producidos fluyen primero hacia un separador de alta presión y luego a través de separadores de presión cada vez más bajos. Los tanques de stock se consideran una última etapa en la separación. La separación de tres etapas (fig. 5a) utiliza un separador de alta y baja presión junto con los tanques de almacenamiento. La separación de cuatro etapas (fig. 5b) utiliza separadores de alta, media y baja presión y los tanques de almacenamiento. El tiempo de retención varía de un minuto para aceites livianos a cinco o seis minutos para petróleos pesados ​​en separadores trifásicos.

 

Fig. 5. Separación por etapas: (a) tres etapas y (b) cuatro etapas

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Most oil wells produce saltwater along with
gas bubbling out of the oil. They are separated in a long cylindrical
steel tank called a separator. The separator can be either vertical (up
to 12 ft or 3.7 m high) or horizontal (up to 16 ft or 4.9 m in length).
Vertical separators take up less surface space, but horizontal
separators have longer retention times, the time that the produced fluid is in the separator. The separator is either a two-phase separator that separates gas from liquid (fig. 1) or a three-phase separator that separates gas, oil, and water.

If gravity readily separates the produced oil and water, the water is called free water. In contrast, an emulsion has droplets of one liquid that are completely suspended in another liquid. A water-in-oil or reverse emulsion that has droplets of water suspended in oil is the most common emulsion produced from a well. Less common is an oil-in-water emulsion that has droplets of oil suspended in water. The tightness of an emulsion is the degree to which the droplets are held in suspension and resists separation. An emulsion can be tight and resist separation or loose and readily separate.

On each separator there is an inlet for fluids from the flowline and
separate outlets at different elevations for each of the separated
fluids. Every separator has a diffuser section that makes an initial separation of the gas and liquid from the inlet. The gas rises to the gas-scrubbing section at the top of the separator, where most of the remaining liquid is removed from the gas before it goes out the gas outlet. The liquid falls to the bottom, where the liquid-residence section removes most of the remaining gas from the liquid before it goes out the liquid outlet.
All separators use gravity to separate gas, oil, and water. In the
diffuser section of a vertical separator, the fluids from the inlet are
spun around the shell of the vessel to let centrifugal force help the
initial separation. In a horizontal separator, the fluids from the inlet
strike a flat, metal  plate or angle irons to slow and divert the flow
direction to help the initial separation.
In the gas-scrubbing section, mist extractors
are often used to coalesce and remove liquid droplets before the gas
flows out the gas outlet. A wire mesh pad type of mist extractor uses
finely woven mats of stainless steel wire packed in a cylinder. Vanes
that are parallel metal plates with collection pockets for the liquid
can also be used. The liquid-residence section is often a relatively
empty chamber that lets gravity make the separation. Baffles, flat
plates over which the liquid flows as a thin film, can be utilized. A weir is
a dam in the lower, liquid-residence section of the separator that
impounds liquid behind it. It aids in separation by allowing only the
lightest liquid, such as oil floating on water, to flow over the weir.

Separators have liquid level controls,
which are floats on the oil-gas and water-oil surfaces that control the
level of those fluids by opening and closing valves. Controls on a
separator include liquid level, high- and low-pressure, high- and
low-temperature, safety relief valve, and safety head or rupture disc that breaks at a set pressure. A backpressure valve on the gas outlet maintains gas pressure in the separator.

A free-water knockout (FWKO) is a
three-phase, horizontal, or vertical separator used to separate gas,
oil, and free water by gravity (fig. 2). Water is drawn out the bottom,
oil from the middle, and gas from the top.

A double-barrel or double-tube horizontal separator
has two horizontal vessels mounted vertically (fig. 3). The produced
fluid enters into the upper vessel where it flows over baffles to make
an initial gas-liquid separation. The liquid then flows to the lower
vessel to complete the oil-water separation. Oil-free gas flows out the
upper barrel and gas-free oil flows out the bottom. A double-barrel
horizontal separator can process a higher volume of produced fluids than
a single horizontal separator.

To separate or break an emulsion, the emulsion has to be heated. It is treated in a heater treater, a vertical or horizontal separator that has a fire tube in it (fig. 4) where natural gas is burned. The fire tube can be either in contact with the emulsion (direct-fired) or in contact with a water bath that transfers the heat to the emulsion (indirect-fired). Gravity then separates the heated emulsion.

Electrode plates and electricity can also be used in an electrostatic precipitator to separate emulsions. If the emulsion is not very stable (loose), a large settling tank called a gun barrel or wash tank is used for gravity separation. A demulsifier is a chemical that can be injected into a treating vessel to help separate emulsions.

Separators are rated by operating pressures that are between 20 and 1,500 psi (1.4 and 105 kg/cm2 ). To maximize the retention of highly volatile components of oil, stage separation with
several separators operating at decreasing pressures is used. The
produced fluids flow first into a high-pressure separator and then
through progressively lower pressure separators. The stock tanks are
considered one last stage in the separation. Three-stage separation (fig. 5a) uses a high- and a low-pressure separator along with the stock tanks. Four-stage separation (fig. 5b) uses high-, medium-, and low-pressure separators and the stock tanks. Retention time varies from one minute for light oils to five or six minutes for heavy oils in three-phase separators.

via Blogger http://bit.ly/2vO5dkQ Equipos y Herramientas de Perforacion, Gas, PETROLEO, Producción, TECNOLOGIA

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