Resumen de Diapositivas

Proceso en el cual se separa el gas, el petróleo, el agua y los sólidos provenientes del pozo que ingresan al separador.

Los separadores operan básicamente bajo el principio de **reducción de presión** para optimizar la recuperación de líquido.

Para que exista una separación eficiente, un separador bien diseñado debe:

• Controlar y disipar la energía del flujo que viene del pozo.
• Proveer velocidades salientes de líquido y gas para que exista una segregación gravitacional; para este propósito, generalmente se usa una entrada tangencial.
• Tener un extractor de niebla para capturar las pequeñas partículas del líquido que no pudieron ser removidas por asentamiento gravitacional.
• Controlar la acumulación de espumas en el separador, ya que estas podrían perjudicar la separación.
• Prevenir la reentrada del gas y líquido separador.
• Tener dispositivos de control apropiados para controlar la contrapresión y el nivel de líquido en el separador.
• Tener dispositivos de seguridad en caso de que hubiese una falla en las válvulas de salida, la cual podría provocar la sobrepresurización del separador y, por ende, su reventamiento. Estos dispositivos pueden ser: disco de ruptura, válvula de alivio.

Tipos de Separadores

Los separadores de gas y aceite generalmente son de dos tipos: bifásicos y trifásicos.

El separador bifásico separa el fluido del pozo en líquido y gas, descargando por la parte superior del dispositivo el gas y el líquido por la parte inferior.

El separador trifásico separa el fluido del pozo en condensado, gas y agua; el gas es descargado por la parte superior, el condensado por la parte intermedia y el agua por la parte inferior del separador.

Partes de un Separador

Entrada de producción, plato difusor, rectificador, rompedor de espuma, rebalse, rompedor de vórtice, extractor de niebla, salida de gas, salida de petróleo, salida de agua, entrada de hombre, válvula de alivio, disco de ruptura.

Proceso de Separación

• Asegurar las condiciones óptimas de temperatura y presión de trabajo.
• Disminuir la velocidad de flujo de la mezcla al ingresar al equipo.
• Ayudar a la separación mecánicamente con barreras de choque, tubos ciclónicos y mallas de retención de niebla.

Módulo de Separación

Permite separar crudo, gas, agua y sólidos bajo los siguientes principios:

• **Precipitación por gravedad**: este proceso se lo conoce como decantación. La decantación es el efecto de la gravedad sobre los diferentes pesos de los fluidos a separar, haciendo que el más pesado tenga la tendencia a acumularse en lo más profundo.
• **Fuerza centrífuga**: se hace girar rápidamente una suspensión de sólidos en un líquido y gas. La fuerza centrífuga debida a la rotación ayuda a la separación de las fases.
• **Fuerza de impacto**: esta ocurre a la entrada del separador, porque se produce al golpear el fluido del pozo con los **diverters**.

Componentes Internos del Separador

• Inlet Diverters: estos pueden ser: plato hemisférico, plato plano o de entrada ciclónica.
• Rompedor de ola
• Plato antiespuma
• Antitorbellino (Vortex)
• Eliminador de niebla

Fundamentos de la Separación de Fluidos

Muchas veces es necesario transportar el gas a cierta distancia para tratarlo, por lo que es conveniente eliminar la mayor cantidad de líquido posible para evitar problemas tales como:

• Corrosión.
• Aumentos en caídas de presión.
• Disminución de la capacidad de transporte de las líneas.

Partes de un Separador

• Sección primaria: es donde se produce la primera separación grosera, es decir, muy rápida, pero donde se separa todo lo que es fácilmente separado, como el agua que viene del yacimiento, etc. Es donde se efectúa la separación de la mayor porción de líquido de la corriente y reduce la turbulencia del flujo. Esta separación se efectúa a través de un cambio de dirección mediante una entrada tangencial, la cual imparte un movimiento circular a los fluidos, reduciendo a la vez la velocidad de los mismos. El separador tiene que tener un sistema de control de presiones que controlen los niveles de líquidos.
• Sección secundaria: aquí hay movimiento, pero no tanto; es donde se remueven las pequeñas gotas de líquidos que no lograron separarse. La mayor fuerza de separación en esta sección es la gravedad, por lo que es importante minimizar la turbulencia y velocidad de gas a la entrada y disponer de una longitud suficiente de separador.
• Sección aglutinadora: acomoda todos los fluidos que han sido separados; esto también ocurre en los separadores verticales.
• Sección de extracción de niebla: esta sección remueve las gotas más pequeñas de líquido que no lograron eliminar las secciones primarias y secundarias. El choque y la fuerza centrífuga son los mecanismos de separación en esta parte de separación.
• Sección de almacenamiento de líquidos: en esta sección se almacena y descarga el líquido separado de la corriente de gas. Esta parte del separador debe tener suficiente capacidad para manejar posibles baches de líquido, de tal manera que el líquido separado no sea arrastrado por la corriente de gas.

Tiempo de Estancia o Residencia

El tiempo que ese líquido va a estar más o menos acumulado en el separador.

Separador Horizontal: Ventajas

• Son casi siempre usados para pozos con alto GOR, fluidos espumosos y separación líquido-líquido.
• Requieren de poco espacio vertical para su instalación.
• Fundaciones más económicas que las de un tambor vertical equivalente; es donde se soporta el separador, los equipos están soportados ya sea en bases metálicas, hechas del mismo material del separador o también pueden ser de concreto.
• Minimizan la turbulencia y formación de espuma.

Desventajas

El control de nivel es crítico. Debido a que tenemos una longitud larga y hay más acumulación de fluido, puede ser que las interfaces se mezclen y haya una mala separación. Cuanto más larga sea la superficie, es más propensa a que haya mala separación, es decir, es más difícil de controlar la separación horizontal debido a su superficie extendida.

Separador Vertical

• Control de nivel de líquido no es crítico.
• Para grandes cantidades de arena y lodo y fácil servicio.
• Fácil de limpiar.
• Puede manejar grandes volúmenes de líquido y, además, tiende a trabajar más intermitentemente.

Desventajas

• Son más caros para fabricar y transportar.
• Un separador vertical de la misma capacidad usualmente es más largo que uno horizontal.
• Existe un contraflujo del gas que sube del fondo, con la caída del líquido a la parte inferior del separador.

Separador Esférico

• Más barato que los anteriores.
• Más compacto y ofrece mejor limpieza y drenaje de fondo que el separador vertical.
• Son aplicables a fluidos del pozo con bajo a intermedio GOR.

Desventajas

• El control del nivel de líquido es crítico.
• Tiene una capacidad limitada de almacenamiento de líquido.
• Debido a su limitado espacio interno, es difícil utilizarlo para una separación trifásica.

Principios de Separación

Los principios físicos básicos para la separación son:

• Insolubilidad entre los fluidos: el estado líquido y gaseoso en condiciones estables de temperatura y presión, así como el agua y el petróleo, no son solubles, es decir, que si bien se mezclan, no son miscibles.
• Diferencia de densidades: los tres fluidos a separar conservan en la mezcla diferentes densidades, actuando el efecto de la gravitación, de manera que los fluidos se separan por diferencia en el peso de cada componente.
• Decantación: es el efecto de la gravedad sobre los diferentes pesos de los fluidos a separar, haciendo que el más pesado tenga la tendencia a acumularse en lo más profundo.
• Coalescencia: es la propiedad de las gotas de un mismo fluido a atraerse y unirse entre sí, facilitando el proceso de la decantación.

Mecanismos de Separación

Entre los mecanismos de separación que tienen que ver con la estructura y diseño del equipo, se pueden considerar como los más importantes los siguientes:

• Choque: el choque de la mezcla a la entrada del separador propondrá la dispersión de los fluidos de diferentes densidades.
• Cambio de velocidad: asociado al principio de inercia, los cambios de velocidad se manifestarán en una reducción de velocidad de cada una de las fases.
• Tiempo de residencia: es el tiempo que le lleva pasar por el separador. El tiempo de residencia es necesario para obtener una buena separación, pero posee una estrecha vinculación con la presión, temperatura y características del fluido.

Factores que Afectan la Separación

Condiciones de Operación

Para que los fluidos cuenten con las mejores condiciones en el interior del equipo para la separación, será necesario considerar algunos aspectos fundamentalmente:

• Temperatura: los fluidos deben encontrarse a adecuadas temperaturas a fin de bajar lo suficiente la viscosidad del petróleo como para ayudar al desprendimiento de las burbujas de gas, disminuyendo las necesidades de tiempo de residencia.
• Presión: los fluidos tienen que estar sometidos a la menor presión posible de trabajo, esto para aumentar la diferencia de densidades entre gas y líquido, lo que también favorecerá la separación del gas libre y del gas disuelto.

Problemas Potenciales de Operación

• Crudo espumoso.
• Parafinas.
• Arena.
• Emulsiones.
• Arrastre y soplo.

Diseño de Separadores

Características: El separador está constituido por un cuerpo cilíndrico horizontal o vertical, diseñado esencialmente para que por su interior circulen los fluidos que han de separarse, equipado con una serie de elementos y dispositivos que favorecen dicha separación.

Los separadores más utilizados en la industria se clasifican en bifásicos o trifásicos, según el tipo de separación, así como también en verticales, horizontales y esféricos según características constructivas.

Cada equipo debe tener la placa de construcción especificando sus características físicas, como ser:

• Presión nominal: es la máxima presión que puede trabajar el equipo; por sobre ese valor deberían estar calibradas las válvulas de alivio o venteo de seguridad.
• Presión de trabajo: es la presión recomendada por el fabricante para una operación normal.
• Temperatura de trabajo: es la temperatura recomendada por el fabricante para una operación normal.
• Presión de prueba: es la máxima presión con la cual se ha probado el equipo en fábrica, y el valor más alto garantizado con el equipo nuevo. Normalmente es un 50% más del valor de la presión nominal.
• Caudal de gas: es el caudal máximo de gas permisible para una garantizada eficiencia con los valores de temperatura y de presión denominadas como de trabajo.

Capacidad de un Separador

Se entiende por capacidad de un separador a la cantidad de fluidos, líquidos y gaseosos, que pueden procesar eficientemente y separarlos a cada uno de sus fases.

Los valores de capacidades dependen del tamaño del recipiente, de las características de los fluidos para los que fue diseñado y de las condiciones de operación.

La capacidad de los separadores está en función a los siguientes factores:

• Diámetro y longitud del recipiente.
• Diseño de los dispositivos internos.
• Características físicas de los fluidos.
• GOR a la entrada.
• Nivel de líquido que mantiene el separador.
• Impurezas contenidas en los fluidos del pozo.
• Tendencia a la formación de espumas y parafinas.

Condiciones Operativas que Disminuyen la Capacidad de un Separador

• Por trabajar a muy baja temperatura, lo que aumenta mucho la viscosidad del petróleo y, consecuentemente, disminuye la facilidad para descargar hacia los tanques. Hay que recordar que elevar la temperatura de los fluidos que ingresan tiene la ventaja de disminuir la viscosidad del petróleo y, por lo tanto, facilitar la descarga del equipo.
• Por trabajar con una presión interior insuficiente como para movilizar los líquidos hasta los tanques.
• Por instalar una válvula de drenaje de líquidos inadecuada.
• Por montar una línea de salida de diámetro reducido.

Medición de Gas

Para determinar la cantidad de gas que produce un pozo o campo petrolero se utilizan los medidores de placas de orificio.

Separadores a Baja Temperatura: Estos separadores se utilizan para la separación de gas y condensados a baja temperatura, mediante una expansión. Están diseñados para manejar y fundir los hidratos que se pueden formar al disminuir la temperatura de flujo.