Optimización de la Separación de Fases en la Producción de Petróleo y Gas

Introducción a la Separación de Fases en Hidrocarburos

El gas natural se puede presentar en los yacimientos como gas asociado al petróleo y como gas libre (húmedo o seco). Este es extraído a la superficie mediante la perforación de pozos en la roca. Estos fluidos pueden estar presentes dentro del yacimiento en una o dos fases (líquida y/o gaseosa) a la presión y temperatura de confinamiento.

Cuando se encuentran en una sola fase y se le somete a cambios de presión y temperatura, el fluido experimenta alteraciones en sus características fisicoquímicas. Con ello, se genera en la cabeza del pozo la liberación de gas en el seno del líquido, lo cual requiere la separación física de estas dos fases. Esta operación es una de las más básicas en el proceso de producción y tratamiento de aceite y gas. Adicionalmente, a los hidrocarburos, también pueden estar presentes impurezas, entre ellas el agua, la cual debe ser eliminada.

Objetivos y Variables Clave en la Separación de Hidrocarburos

La selección de las condiciones de operación y del equipo requerido de separación en la producción de hidrocarburos depende de los objetivos que se pretendan alcanzar. Generalmente, estos se orientan a:

• Incrementar el ritmo de producción.
• Reducir los costos por compresión de gas.
• Maximizar la recuperación de hidrocarburos líquidos.
• Obtener productos estabilizados.

Para establecer las condiciones de separación más apropiadas, de acuerdo con las características de los fluidos producidos, se deben considerar las siguientes variables de control:

• El tipo, el tamaño y los dispositivos internos del separador.
• El tiempo de residencia del aceite.
• Las etapas de separación.
• Las presiones y temperaturas de operación.
• El lugar de instalación de los separadores, por citar algunos ejemplos.

Es evidente que existirá una combinación de todas estas variables que nos permita obtener la separación requerida a un costo mínimo.

Separación de Fases: Principios y Métodos

Determinación de Fases y Constantes de Equilibrio

Para la separación de las fases, es crucial determinar la cantidad de gas y líquido (hidrocarburo) presentes en el fluido en la región de dos fases, así como la cantidad de agua que pueda existir. Para ello, es necesario conocer las denominadas constantes o razones de equilibrio. Existen varios procedimientos para el cálculo de la cantidad de gas y líquido.

Principio Fundamental de la Separación

El principio de la separación de fases se basa en que, debido a la diferencia de densidad de las mismas, tienen diferente momento y, por ello, ocurre la separación. En cualquier caso, la separación de las fases se lleva a cabo en separadores, los cuales se describen a continuación.

Funciones y Tipos de Separadores en la Industria Petrolera

Funciones Clave de los Separadores de Hidrocarburos

Los separadores cumplen con varias funciones esenciales:

• Separar la mayor cantidad de líquido del gas a través de deflectores o baffles que desvían la corriente de entrada, absorbiendo el momento del líquido y dirigiéndolo hacia abajo en el separador.
• Remover las gotas de líquido presentes en la corriente de gas.
• Remover las burbujas de gas que puedan estar presentes en el seno del líquido.
• Descargar por separado la fase gaseosa y líquida que salen del separador, de manera de evitar el remezclado de las mismas.

Clasificación de Separadores de Fases

En primera instancia, es conveniente aclarar que la clasificación principal de los separadores se establece en función del número de fases que separan:

• Separadores Bifásicos: Separan dos fases, como petróleo y gas, agua y petróleo, o agua y gas. Siempre se debe especificar las fases que entran en juego.
• Separadores Trifásicos: Diseñados para separar tres fases (agua, petróleo y gas).
• Separadores Tetrafásicos: Aquellos en los cuales se ha previsto, adicionalmente, una sección para la separación de la espuma que suele formarse en algunos tipos de fluidos.