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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
