Problemas Sobre Manejo de Producción de Petróleo

8/9/2019 Problemas Sobre Manejo de Producción de Petróleo

http://slidepdf.com/reader/full/problemas-sobre-manejo-de-produccion-de-petroleo 1/13

PROBLEMAS SOBRE MANEJO DE PRODUCCIÓN DE PETRÓLEO

Problema 1-.

El sistema de manejo de producción en un campo de petróleo consta de lassiguientes etapas:

1. Separación en tres etapas (Dos separadores y un tanque)2. Inyección de desemulsificante

. Inyección de agua dulce!. Des"idratación del crudo en un tratador #ertical.

El petróleo se de$e entregar con un %S& de 1' y un contenido de sal de $s.*+%.a relación agua petróleo (,- ) es de 1.

El /0' del agua producida es agua li$re y el agua tiene una densidad de 1.0g*c.c. y una salinidad de 1 000 de ión cloruro.

De la etapa de separación se tiene la siguiente información:

Separadores #erticalesSeparador 1 trif3sico: 450.6 7 g50.8 5 00 pca. 95100 ;Separador 2 $if3sico: 450.6 7 g50.8 5 100 pca 95 <0 ;9anque: 450.1 7 g50./0. En el tanque quedan 1000 % D con %S&5 1' 5

$* $ &52 0 y - I5 . Suponer para el petróleo una compresi$ilidad de1=10 > pc >1

El desemulsificante se seleccionó mediante una prue$a de $otella en la cual ladosis óptima fue ml de solución de desemulsificante al 1' por #olumen por cada 100 ml. de emulsión.

El tratador tra$aja a 20 pca. y la emulsión se calentar3 a 120 ;. El tiempo deretención para el aceite ser3 de una "ora y la salida del agua ser3 controladapor un sistema de sifón.

• Encontrar un tama?o de separador para la primera etapa. Suponer untama?o de part@cula de 100 micras y #iscosidades de 2 y c . para elpetróleo y el agua respecti#amente.

• Aalcular la cantidad de desemulsificante que se de$e agregar en gals.*D• Aalcular la cantidad de agua dulce que se de$e inyectar en $ls.*D• Encontrar un tama?o de tratador • Si el agua se #a a retener en el tratador por 60 minutos calcular la altura

que de$e tener el sifón.

Soluci !"

Encontremos la cantidad de agua li$re y agua emulsionada.



-l tanque llegan 1000 $arriles de fluido con %S& 5 1' por tanto el #olumen depetróleo es

( )1000* 100 1 990oq BPD= − =

a producción de agua es entonces

* 1*990 990w oq RAP q BPD= =

a producción de agua li$re es:

0.9 * 0.9 *990 891wL wq q BPD= = =

or tanto el agua que est3 emulsionada es

990 891 99 .we w wLq q q Bls= − = − =

El %S& de la emulsión que sale de los separadores 1 y 2 es

0

999.09%

990 99we

o we

q BSW

q q= = =+ +

Dime!#io!amie!$o %el Se&ara%or %e la Primera E$a&a"

as moles que est3n llegando al tanque son:

0.9oT

TT

nn =

as moles de petróleo que llegan al tanque (por d@a) son:

( ) ( ) ( )141.5

990*5.615* *62.4131.5 990*5.615* 141.5*62.4 / 35 131.5*

230 2301281.7

o o

oT o

API q

n MW Lbmol

ρ + += = =

=

or tanto las moles que entraron al tanque fueron

1281.71424.1 .

0.9 0.9oT

TT

nn Lbmol = = =

Estas moles son el !0' de las moles que entraron al separador 2 suponiendoque en el tratador no "ay separación de "idrocar$uros) o sea que al separador 2 entraron



2

1424.13560.2 .

0.4 0.4TT

Ts

nn Lbmol = = =

- su #eB estas moles son el !0' de las moles totales que entraron alseparador 1C al cual entraron entonces

21

3560.28900.6 .

0.4 0.4Ts

Ts

nn Lbmol = = =

De acuerdo con estos c3lculos el separador 1 est3 manejando las siguientestasas de fluido:

8900.6*0.6*379 2.024 / g q MPCN D= =

891wLq BPD=

( )0 99 .e we oq q q q Bls= + = +

a tasa de petróleo en el separador 1 se calcula con la siguiente ecuación:

11

1

8900.6*0.4**5.615

oo

o

MW q

ρ =

El #alor de & 01 se puede o$tener a partir del peso molecular del petróleo enel tanque y "aciendo la siguiente suposición: el peso molecular del petróleo enel separador 2 de$e ser ligeramente menor que el del petróleo en el tanque y asu #eB el peso molecular del petróleo en el separador 2 de$e ser menor que eldel petróleo en el separador 1 esto porque a medida que a#anBamos deltanque "acia los separadores el petróleo tiene mas presencia de "idrocar$urosli#ianosC en consecuencia supongamos para el petróleo del separador 1 unpeso molecular de 220.

Aomo tampoco se conoce la densidad del petróleo en el separador 1supongamos que se puede calcular a partir de la compresi$ilidad y la densidaden el tanque esto no es muy recomenda$le porque la composición del petróleo

#ar@a del tanque a los separadores pero en promedio se espera que el l@quidoque se tiene en el separador 1 no es muy diferente en composición al que setiene en el tanque. Entonces la densidad del petróleo en el separador 1 sepuede calcular de

( )0 0 0exp( * )C P P ρ ρ = −

Donde 0 es la densidad del petróleo en el tanque 0 es la presión del tanque y es la presión del separador 1.

a densidad del petróleo en el tanque es:



30

141.5 141.5*62.4 *62.4 53.03 . /

131.5 35 131.5oT Lb pie API

ρ ρ = = = =+ +

a densidad del petróleo en el separador 1 se puede calcular entonces de( ) ( )5 3

1 0 0 0exp( * ) 53.03* exp(1*10 * 500 14.7) 53.06 . /os C P P Lbs pie ρ ρ −= − = − =

Aon los datos de peso molecular y densidad para el petróleo en el separador 1se puede calcular la tasa de petróleo en el separador 1

11

1

8900.6*0.4* 8900.6*220*.42629

*5.615 53.06*5.615o

oo

MW q BPD

ρ = = =

ara el dimensionamiento se toma la ecuación ( .8a) como la ecuación para la#elocidad terminal y de acuerdo con las recomendaciones para se toma paraesta un #alor de 0.16 o sea que la ecuación para la #elocidad terminal es

0.5 0.5

* 0.16* P f P f

f f

v k ρ ρ ρ ρ

ρ ρ

− −= = ÷ ÷ ÷ ÷

y usando esta ecuación la eFpresión para el asentamiento de part@culas de l@quidosuspendidas en fase gaseosa en separadores #erticales ecuación ( .1 ) se con#ierteen

12

2

374.92* * CN

f

P f

ZT

d q P

ρ

ρ ρ

= −

ara aplicar esta ecuación se requiere conocer la densidad y el factor decompresi$ilidad del gas. ara calcular el factor de compresi$ilidad se usar3 lacorrelación de Standing y para ello se requieren las condiciones seudocr@ticas lascuales se calculan de

2 2756.8 131.0 3.6 756.8 131.0*0.7 3.6*0.7 663.34c g g sP γ γ = − − = − − = pca.

2 2169.2 349.5 74.0 169.2 349.5*0.7 74.0*0.7 377.6C g g sT Rγ γ = + − = + − = °

as condiciones seudorreducidas son

514.70.78

663.34 C

P sP

sP = = = 520

1.38377.6

C

T sT

sT = = =

con estos #alores y del gr3fico de Standing > +atB se o$tiene G50.</ .

a densidad del gas a las condiciones del separador 1 es

1 1 31

1 1

* 514.7*0.7*291.943 /0.895*10.73*560

s gs gs

s s

P MW Lbm pie Z RT ρ = = =



a condición de asentamiento de las part@culas de aceite suspendidas en fase#apor es entonces

10.52

2 1.943 0,895*560374.92* * 374.92* * *20.2453.06 1.943 514.7

1440.7 38 lg .

CN

f

P f

ZT d q P

d p! s

ρ ρ ρ = = ÷− −

= ⇒ =

or otra parte la condición para el asentamiento de las part@culas de agua en la fasepetróleo est3 dada por la ecuación ( .21)

( )( )( )

222

2629 99 *56690 6690*

100 * 1.05*62.4 53.06

732.4 27.06 lg .

W

" o

m "

qd

d

d p! s

µ

ρ ρ

+= = −−

= ⇒ =Aomo di3metro m@nimo se de$e tomar el mayor de los dos di3metros anterioresC o seaque el di3metro m@nimo ser3 < pulgadas.

ara la retención de l@quido se usa la ecuación ( .22)

( )2 2

3* 2629 99 3*8918,58* 8.58* 64.51 lg .

38o " w W

o w

# q # q$ $ P! s

d + +++ = = =

a longitud costura H costura ss se de$e calcular con la ecuación ( .2 )

40 64.51 38 4011.9

12 12o w$ $ d

pies+ + + + += =

n separador con < pulgadas de di3metro y 11./ pies de longitud cumple con las doscondiciones de asentamiento y la condición de retención de l@quido. Se #erifica a"orasi cumple con la relación de es$elteB la cual de$e estar entre y !

12* 12*11.93.75

38 ss L

R% D

= = =

Esta ,E cumple con el requisito de es$elteB.

En conclusión el tama?o del separador para la primera etapa de$e ser de 12JF <K.

Ca!$i%a% %e De#emul#i'ica!$e (ue #e Debe A)re)ar :

9eniendo en cuenta los resultados de la prue$a de $otella y que el desemulsificante enel campo se agrega puro el #olumen que se de$e agregar por d@a es

.

5*0.01*1000*42 21

100 Desem& g'lones= =

*olume! %e A)ua Dulce (ue #e Debe A)re)ar"



Aalcular el contenido de sal con el que llega el petróleo al tanque si no se leagrega agua dulce

11

*173* 15000*1 86.7 /173 173

C BSW M C M Lbs (B BSW

= ⇒ = = =

Aomo se puede apreciar si al petróleo no se le inyecta agua dulce al llegar altanque cumple con la condición de %S& pero est3 fuera de especificación encuanto a salinidad. ara cumplir con el contenido de sal la salinidad del aguaen el petróleo en el tanque de$e ser de

2 173*5/1 865C = =

ara que el agua quede con esta salinidad la cantidad de agua dulce que sede$e agregar por cada unidad de #olumen de agua de salinidad A 1 es

1

2

150001 1 16.34

865C

)C

= − = − =

Aomo la cantidad de agua emulsionada de salinidad A 1 es // $arriles lacantidad de agua dulce que se de$e agregar a la emulsión antes de en#iarla altratador para diluir la salinidad del agua y lle#arla a salinidad A 2 es

*99 16.34*99 1617.8 .wD

& ) Bls= = =

De acuerdo con estos c3lculos al tratador llegar3n //0 $arriles de petróleo y(//L1618.<) $arriles de aguaC o lo que es lo mismo 10</ $arriles de emulsión y1618.< $arriles de agua li$re.

Dime!#io!amie!$o %el Tra$a%or +Tra$a%or *er$ical,

ara conseguir el asentamiento de las part@culas de agua en la fase petróleo eltratador de$e tener el siguiente di3metro (ecuación (!.1 )

( )2

1

2 **9,643 −

=ow P

oo

d

qd

ρ ρ

µ

a #iscosidad de la fase petróleo se calcula con la ecuación (!.12)

110 −= )o µ (!.12)

donde



163.1−

=T * )

Mo #iscosidad del petróleo en c .9 temperatura del aceite en ;.

+ * 10=

, + 0223.00324.3 −=

N - I del petróleo.

O sea que

3.0324 0.0223*35 2.25 + = − =

2.2510 10 177.83 + * = = =1.163 1.163120177.83 1.02T ) *

− −

= = =

1.0210 1 10 1 9.47 )o cP µ = − = − =

Aon la #iscosidad del petróleo se calcula el di3metro de la part@cula de aguausando la ecuación (!.11)

0.675 0.675500* 500*9.47 109.63md m µ µ − −= = =

a condición de asentamiento de la part@cula de agua en la fase petróleo est3dada entonces por:

( ) ( )

10.5

2

2 2

1089*9.47643,9* 643.9* 168.97 lg .

* 109.63 * 1.05*62.4 53.06o o

P w o

qd p! s

d µ

ρ ρ

= = = − − a condición de retención est3 dada por la ecuación (!.1!)

oo q# $d *58.82 =

P tomando el di3metro de la condición de asentamiento y recordando que eltiempo de retención ser3 de 60 minutos

( ) 228.58 * / 8.58 *60 *1000 / 168.97 18.04 lg .o o$ # q d p! s= = =

Suponiendo que en la sección de calentamiento la emulsión permanece 1 "oraesta sección de$e tener una altura de

( ) 22

8.58 * / 8.58 *60 *1089 / 168.97 19.63 lg . e$ # q d p! s= = =



y como el agua li$re tam$iQn #a a estar 1 "ora la sección de agua li$re de$etener una altura de

( ) ( ) 228.58 * / 8.58* 60 * 1617 99 / 167.94 31.32 lg .w w$ # q d p! s= = + =

a altura del tratador "asta a"ora de$e ser de

18.04 19.63 31.32 69.0 lg . s$ p! s= + + =

ero "ay que tener en cuenta el espacio para el gas y el espacio que ocupa eltu$o de com$ustión la altura se puede tomar como

2*69.0 138 lg . s$ p! s= =

El tama?o del tratador podr@a ser entonces de 16/ pulgadas de di3metro y 1 <pulgadas de altura.

Al$ura %el Si' !

a altura del sifón suponiendo que el agua se retiene una "ora ser3

( )( )( ) ( )3 320 19.63 18.04 *53.03 31.32*1.05*62.4 /12 *12 / 1.05*62.4 588 lg . s$ p! s= + + + =Problema -.

Se requiere tratar 2000 % D de una emulsión con 10' de agua y se "aencontrado que el tratamiento indicado es inyección de desemulsificante ycalentamiento.

En una prue$a de $otella se encontró que el desemulsificante mas indicadode$e agregarse en una proporción de 6 ml de solución al 1' dedesemulsificante por cada 100 ml. de emulsión.

ara el proceso de calentamiento se tiene lo siguiente:

El calentamiento se "ar3 en un intercam$iador de tu$o y carcasa de dos pasos

en el cual la emulsión #a por el tu$o interno que est3 rodeado de #apor deagua. El intercam$iador es de contraflujo y el #apor entra a 00 ; y sale a212 ;C la emulsión entra a 100 ; y de$e salir a 1 0 ;. as capacidadescalor@ficas del agua y el petróleo son 1 y 0. %9 * $m* ; respecti#amente y lasgra#edades espec@ficas son 1.0 y 0.< respecti#amente. Se estima que en elcalentamiento se perder3 el 2' del petróleo y que el calor latente de#aporiBación de este es 1 0 %9 *l$m.

En el intercam$iador no se pre#Qn pQrdidas a la atmósfera ni dificultades en latransferencia de calor por depositaciones en las paredes del tu$o interno. Eltu$o interno tiene un di3metro interno de .8 pulgadas y un espesor de 0.

pulgadas y es de acero cuya conducti#idad tQrmica es de !0 &atts*m* A. El#alor de " o y " i es de 200 y 0 Ratts*m 2* A respecti#amente.



Se requiere calcular:

a cantidad de desemulsificante requeridoa cantidad de calor que se de$e transferir a la emulsión.

a longitud del tu$o interno del intercam$iador.El di3metro interno de la carcasa del intercam$iador.

Soluci !

Aantidad de desemulsificante.

El desemulsificante en la prue$a de $otella se agrega diluido pero en el campose agrega puro. De acuerdo con los datos de la prue$a de $otella por cada 100ml de emulsión se agregan 0.06 ml de desemulsificanteC o sea que 2000$arriles de emulsión se de$en agregar

2000*0.06/ 100* 42 50.4gals.

ara el proceso de calentamiento:

Aantidad de calor que se de$e suministrar a la emulsión: Aomo se consideraque no "ay pQrdidas "acia la atmósfera

cal. vap.Q(BTU / hr.) Q Q

El calor de calentamiento suponiendo que la capacidad calor@fica del agua es1%9 * $m.* ; y la del petróleo 0. %9 * $m.* ; se calcula de:

Cal . o o o w w w

o o w W

Q C q C q

0.5q 350G q 350G

= ρ ρ

=

donde N o y N & son las gra#edades espec@ficas del petróleo y el agua y se "atomado la densidad del agua como 0 $m.*%l.

De acuerdo con los datos del pro$lema

wq 2000*(0.1) 200B !=

oq 2000*(1 0.1) 1"00B ! =

or tanto la cantidad de calor requerida para calentar la emulsión teniendo encuenta que se de$e calentar desde 100 "asta 1 0 ; es

Cal . o o w WQ 0.5q 350G q 350G * T ∆



[ ]Cal.Q 0.5*1"00*350*0."5 200*350*1.05 *30

[ ]Cal.

350Q 0.5 *1"00 * 0."5 200 *1.05 * 30

24

426562.5 BTU / hr.

=

=as pQrdidas por #aporiBación son

o o o#ap.$ 0.02*q *= ρ

o #ap.$ 0.02*1"00/ 24*350*0."5 446.25%&'. / hr.= =

P el calor gastado en esta #aporiBación es

#ap.Q 446.25%&'./ hr.*150BTU / %&'. 66(3).5BTU / hr.

El calor que se de$e transferir es

426562 66938 493500 / .- BT. $ = + =

ara calcular el tama?o del tu$o interno se de$e encontrar primero elcoeficiente glo$al de transferencia de calor

0

0

1 1

s i i

A# . $ ( $ A= + +

0.5*2.540.0127

100# = =

0 2 4.251.13

2 3.75e

i i

A L A L

π

π = = =

1 1 0.0127 1.130.028

200 40 50. = + + =

22

1 3600 / . /35.82 / / * 122.43

0.028 1053.4 BT. $ BT. $

. W'## m C W'## m C

= = ° =°

ara calcular el promedio logar@tmico del diferencial de temperatura entre elfluido caliente y el fluido fr@o se tiene

( )1

5300 130 170 170 32 76.7

9T / C C ∆ = − = ° = − ° = °



( )2

5212 100 112 112 32 44.44

9T / C C ∆ = − = ° = − ° = °

1 2

1

2

76.7 44.4459.1

76.744.44

T T LMTD C

T Ln LnT

∆ − ∆ −= = = °∆ ÷∆

or tanto

493500 /- .A T BT. $ = ∆ =

2

2

493500 493500 /68.2

/122.42 *59.1

BT. $ A m

BT. $ . T C m C

= = =∆ °°

Esta es la superficie de contacto del tu$o con el #apor o sea que

( ) 4.2568.2 * * 201.1

100d L L L mπ π

= = → = ÷

Problema -.

Se tiene la siguiente producción de un campo y para tratar la emulsión se de$edise?ar un tratador "oriBontal:

9asa de producción total l@quida 10000% D.,- 5 0.2

orcentaje del agua total que est3 emulsionada <'.Nra#edad - I del etróleo 2 .7R 5 1.09emperatura de tratamiento 160 ;.

Soluci !"

a cantidad de emulsión a tratar es

( )( )08.01*1*1000 −−=we f q

20.025.01

25.01

=+=+= RAP

RAP f w

( )( ) .816008.01*2.01*1000 bpd q e =−−=

a #iscosidad del petróleo es:

110 −= )o µ

B5 .0 2!>0.0202 N5 .0 2!>0.0202 =2 52. 268



y510 B510 2. 268 5 6.2!016.124.336

163.1163.1 160===

−−

T * )

cP )o 38.9110110 016.1 =−=−= µ

El di3metro de la part@cula es

dm 5 00 M >0 68 5 00=(/. <) >0.68 5 110.! Mm

Densidad del etróleo

9041.0255.131

5.1415.131

5.141 =−=°−= API oγ

3/.42.564.62*9041.04.62* pielbmoo ===γ ρ

Densidad del agua3/.272.644.62*03.14.62* pielbmww ===γ ρ

Ecuación para el asentamiento

( ) 5.291

4.110*)42.5603.1*4.62(38.9*8160

10*72.210*72,24

42

4 =−

=−

=

P ow

ooeff

d

qdL

ρ ρ

µ

Ecuación de retención para un tiempo de 20 minutos

o

eff o q

Ld #

2

05.1= 57.15542805.1

8160*20

05.12 === oo

ef

q# Ld

Le' %+a#e!$amie!$o

,%+re$e!ci !

,10 2/ 1 12! 680//20 1! 8 << 1 806

0 / 81666668 81 /8<< 2!0 8 2<8 62 !/8

0 < 8 ! 6 /60 ! < < 0 </6820680 ! 16!2< 81 !8 121206/<0 6! 8 !! 088</0 2 <<<<</ !1 6//<

100 2 /1 / !2!! 02110 2 6 8 </81/120 2 !2/16668 /</!161 0 2 2!2 086/ ! 88 1281!0 2 0<21!2<6 1/82



/i)ura -. Di#e0o %e u! Tra$a%or ori2o!$al &ara u!a Tem&era$ura %eTra$amie!$o %e 134 5/

0

20

!0

60

<0

100

120

1!0

0 20 !0 60 <0 100 120 1!0 160

d(asentamiento)d(retención)

Problemas Sobre Manejo de Producción de Petróleo

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