ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL - FICT ESPOL

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALFacultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra“DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADORES DE PRODUCCIÓN Y PRUEBAPARA EL CAMPO MARK 2 MEDIANTE EL USO DEL MÉTODO HALF FULL”INFORME DE PROYECTO INTEGRADORPrevia a la obtención del Título de:INGENIERO EN PETRÓLEOSIsrael Hadnán Palma SalcedoWilliam David Oña GonzaGUAYAQUIL – ECUADORAÑO: 2016

AGRADECIMIENTOSNuestro más sincero agradecimientoAl Master Fidel Chuchuca, docentede la FICT y amigo quien comoprofesor nos enseñó más allá de loacadémico brindando consejos quenos sirvieron para la elaboración deeste logro.A los MASTER ROMMEL ERAZO,KENNYESCOBAR,ALBERTOGALARZA, quienes nos formaroncomoprofesionalesdedicación y respeto.conmucha

DEDICATORIAEsta meta alcanzada se la dedicoenteramente a mis amados padres,CARMEN y PEDRO, quienes fueronfuentedeapoyoinquebrantabledurante estos años de lucha ysuperación.A todos mis familiares, profesores yamigos, quienes en el transcurso deeste viaje, me ayudaron de una u otramanera cuando lo necesité.A mis grandes amigos de la carrera,con quienes compartí experiencias ymomentos inolvidables.

A mi compañero de tesis WILLIAMOÑA,yenespecialaLUISGONZÁLES, guía en este proceso.Israel Hadnán Palma Salcedo

DEDICATORIAA DIOS por confiar en este humildeservidor.A mis queridos padres JUANITO yROSITA por el amor, y consejos quesembraron en mi ser; permitiéndomesobrellevar con humildad los grandesdesafíos de la vida. A mis hermanosDANNY y CESAR, que son miesperanza y los grandiosos pilaresque fortalecieron en mi vida.AlapoyoincondicionaldeSANDRINE, MAMOU Y MARINE queme abrieron muchas puertas de

oportunidadesyambicióndesuperación.A mi compañero ISRAEL PALMAque con su apoyo sacamos esteproyecto adelante.William David Oña Gonza.

TRIBUNAL DE GRADUACIÓNMSc. Fidel Chuchuca AguilarDIRECTOR DE MATERIA INTEGRADORAMSc. Kenny Escobar SegoviaPROFESOR EVALUADOR DE PROYECTO

DECLARACIÓN EXPRESA“La responsabilidad del contenido de esta Tesisde Grado, me corresponden exclusivamente; yel patrimonio intelectual de la misma a laESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DELLITORAL”Israel Hadnán Palma SalcedoWilliam David Oña Gonza

cercadel“Dimensionamiento de Separadores de Producción y Prueba para el CampoMark 2 mediante el uso del Método Half Full”.Se establece todo el marco teórico acerca de los componentes, funciones yrequisitos de diseño de los separadores, así como las características delcampo y del fluido con el que se va a trabajar, brindando información clara ypuntual acerca de cada tópico. Para diseñar las facilidades de producción,debe considerarse la estrecha relación que existe entre la calidad y cantidadde los fluidos que se estiman producir; no es igual producir sólo gas envolúmenes considerables y con una alta presión, que petróleo con bajo GORy alto corte de agua. Los sistemas descritos requieren distintos elementos,equipos, dimensiones y condiciones generales para el diseño final de lafacilidad.Teniendo en cuenta lo antes mencionado, se explica la teoría dedimensionamiento a utilizar para realizar el utilitario en la plataforma Excel,desde las teorías de dimensionamiento y restricciones a considerar en elproceso, hasta el proceso de dimensionamiento a seguir para dimensionarseparadores tanto bifásicos como trifásicos.La acción que se realiza con mayor frecuencia en un manifold es usualmentedirigir un pozo en particular hacia un Separador de prueba con la finalidad de

determinar su producción, proceso que se lleva a cabo por elementos yequipos de medición, entre otros componentes, instaladas dentro delseparador.Para poder dimensionar dicho separador, incluyendo también el separador deProducción, a continuación se muestra el proceso de elaboración del utilitarioen la plataforma Excel, desde el ingreso de datos hasta la implementación delas ecuaciones respectivas en el programa.En el capítulo final se presentan los resultados finales de diseño obtenidos apartir del utilitario elaborado en la plataforma Excel, de acuerdo a lasconsideraciones y ecuaciones establecidas en el capítulo 2. Se presentanresultados tanto para el campo Mark 2, como para otro campo distinto.Se finaliza el informe con las Conclusiones y Recomendaciones del proyecto.

ÍNDICE GENERALRESUMEN . IÍNDICE GENERAL. IIABREVIATURAS . IIISIMBOLOGÍA . IVÍNDICE DE FIGURAS . VINDICE DE TABLAS . VIINTRODUCCIÓN . VIICAPÍTULO 1 . 11. INFORMACIÓN GENERAL. . 11.1Introducción a separadores cilíndricos. . 11.2Definiciones . 11.2.1 Separador .11.2.2 Secciones del separador .31.2.3 Funciones de un Separador .51.2.4 Requisitosnecesariosparadimensionarunseparador .51.2.5 Separador horizontal .61.2.6 Componentes de un separador .71.2.7 Ventajas y Desventajas de un Separador . 111.3Características del fluido . 121.4Características del campo . 14CAPÍTULO 2 . 182. TEORÍA DE DIMENSIONAMIENTO PARA SEPARADORES BIFÁSICOSY TRIFÁSICOS HORIZONTALES (HALF FULL). . 182.1Teoría de dimensionamiento . 182.1.1 Tamaño de la Gota . 212.1.2 Tiempo de Retención . 212.1.3 Diseño de separador horizontal HALF FULL . 22

2.1.4 Restricción de capacidad de gas . 232.1.5 Restricción de capacidad de liquido . 242.1.6 Longitud de costura-costura . 242.1.7 Relación de Esbeltez . 262.2Proceso de dimensionamiento de separador HALF FULL . 262.3Separador horizontal trifásico (producción) . 282.3.1 Teoría de dimensionamiento . 282.3.2 Dimensionamiento de separador trifásico horizontalHALF FULL . . 312.3.3 Restricción de la capacidad de gas . 322.3.4 Restricción del tiempo de retención . 332.3.5 Asentamiento de las gotas de agua desde la fase depetróleo332.3.6 Separador de gotas de petróleo de la fase de agua . 352.3.7 Longitud de costura-costura . 362.3.8 Relación de Esbeltez . 372.4 Proceso de Dimensionamiento de Separador TrifásicoHorizontal-HALF FULL . 37CAPÍTULO 3 . 393. ELABORACIÓN DEL MÉTODO HALF-FULL EN LA PLATAFORMAEXCEL. . 393.1Introducción . 393.2 Utilitario de dimensionamiento de separador bifásicohorizontal (prueba) . 403.3 Utilitario de dimensionamiento de separador trifásicohorizontal (producción) . 44CAPÍTULO 4 . 484. DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADORES DE PRUEBA YPRODUCCION MEDIANTE EL UTILITARIO EN LA PLATAFORMA EXCEL.484.1Introducción . 48

4.2Consideraciones y Proyecciones . 484.3Proceso de Dimensionamiento y Selección de Equipo . 504.4Uso del Utilitario en un Escenario Distinto . 57CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES . 63BIBLIOGRAFÍA . 67

ABREVIATURASLbmlibra masaFtPiesBFPDBarriles de fluido por díaBPPDBarriles de petróleo por díaBAPDBarriles de agua por díaSCFDStandard Cubic Feet/DayPsiaLibras por pulgada cuadrada FGrados FahrenheitLbLibraslbfLibras fuerzaseg 2Segundos al rados rankine

PVTPresión Volumen TemperaturaSTBStock Tank Barrels

SIMBOLOGÍAtrTiempo de retención de lÍquido deseadoQlCaudal de flujo de líquidoFDFuerza de arrastreCDCoficiente de arrastreAdÁrea transversal de la gotaρDensidad de la fase contínuaVtVelocidad terminal de asentamiento de la gotagConstante gravitacionalReNúmero de Reynolds SGDiferencia en gravedad específica relativa al agua de la gota y elgasdmDiámetro de la gotaμViscosidad del gasρlDensidad del líquidoρgDensidad del gasdDiámetro interno del recipiente

LeffLongitud efectiva del recipiente donde ocurre la separacionTTemperatura de operaciónQgCaudal de gasPPresión de operaciónZCompresibilidad de gastrTiempo de retención de líquido deseadoQlCaudal de flujo de líquidoQwCaudal de aguaQoCaudal de petróleo

ÍNDICE DE FIGURASFigura 1 Secciones de un Separador. 4Figura 2 Componentes del Separador, . 7Figura 3 Desviador tipo Ciclón . 8Figura 4 Platina Desviadora . 8Figura 5 Platinas Antiespumas . 9Figura 6 Extractor de Neblina . 9Figura 7 Rompedores de Vórtice .10Figura 8 Esclusa .11Figura 9 Tiempos de retención para separadores bifásicos .22Figura 10 Descripción de longitud costura-costura y efectiva .25Figura 11 Tiempos de retención de petróleo .31Figura 12 Coeficiente β para cilindros llenos a la mitad delíquido .35Figura 13 Banco de ingreso de datos .41Figura 14 Cálculos preliminares.41Figura 15 Proceso para encontrar 𝑪𝑫 .42Figura 16 Resultados del proceso iterativo .43Figura 17 Resultados finales de dimensionamiento .43Figura 18 Resultados del proceso iterativo .44Figura 19 Valores requeridos para hallar el coeficiente β .45Figura 20 Gráfica para hallar el coeficiente β .46

Figura 21 Resultados finales de dimensionamiento.47Figura 22 Ingreso de datos para separador bifásico horizontal .50Figura 23 Ingreso de datos para separador bifásico horizontal .50Figura 24 Cálculos realizados por el utilitario .51Figura 25 Resultados finales realizados por el utilitario .52Figura 26 Tamaños para Separadores Horizontales con su presión deoperación máxima permitida-Normativa API 12J .52Figura 27 Ingreso de datos para separador trifásico horizontal .54Figura 28 Ingreso de datos para separador trifásico horizontal .54Figura 29 Resultados obtenidos por el utilitario .55Figura 30 Gráfica para obtener el valor β .56Figura 31 Resultados finales obtenidos por el utilitario .56Figura 32 Ingreso de datos para separador bifásico horizontal .58Figura 33 Ingreso de datos para separador bifásico horizontal .58Figura 34 Resultados obtenidos por el utilitario .59Figura 35 Resultados finales obtenidos por el utilitario .59Figura 36 Ingreso de datos para separador trifásico horizontal .60Figura 37 Ingreso de datos para separador trifásico horizontal .60Figura 38 Resultados calculados por el utilitario .61Figura 39 Gráfica para obtener el valor β .61Figura 40 Resultados finales obtenidos por el utilitario .62

INDICE DE TABLASTabla I Características del Fluido.13Tabla II Parámetros de los fluidos.13Tabla III Datos de Producción .14Tabla IV Datos de Prueba .15Tabla V Parámetros PVT- Cromatografía .16Tabla VI Condiciones de Operación .17Tabla VII Unidades respectivas de los datos .40

INTRODUCCIÓNEste proyecto está enfocado en el dimensionamiento de separadorestanto de producción como de prueba, con datos disponibles del campoMark 2, ubicado en la península de Santa Elena, con la finalidad deestablecer las especificaciones con que deben ser construidos. En elcampo se realizaron nuevos trabajos de perforación luego de habersellevado a cabo los estudios que determinaron nuevas reservas, asícomo la mejora de los sistemas de levantamiento que se usan para laextracción del crudo, tales como el Swab o pistoneo, bombeomecánico, levantamiento por gas lift, plunger lift, para incrementar laproductividad.Las condiciones operacionales serán consideradasconstantes, tales como la temperatura del medio (península de SantaElena), así como la presión operativa de entrada al tren de separacióndurante el tiempo de funcionamiento de las facilidades de separación.El proceso de dimensionamiento tendrá el objetivo de establecer losseparadores que garanticen eficiencia en la separación, operación, y eltipo de separador designado tanto para los servicios de producción,como de prueba.

Objetivo General Dimensionar separadores cilíndricos para separar coneficiencia la producción del Campo Petrolero Mark 2 ensus componentes, dadas las características y parámetrosde los fluidos y producción, mediante el desarrollo de unutilitario computacional en la plataforma Excel.Objetivos Específicos ntales con especificaciones que establezcan:diámetro interno del recipiente, longitud costura-costura,longitud efectiva de separación, niveles aproximados defluido, relación de esbeltez. Emplear el software Microsoft Excel para elaborar unutilitario que facilite los cálculos y procedimientosimplicados en el dimensionamiento de separadoreshorizontales bifásicos y trifásicos.