La Centr铆fuga Decantadora es el equipo de control de s贸lidos de 煤ltima generaci贸n y la etapa final en el proceso de separaci贸n. Su funci贸n es crucial para remover las part铆culas s贸lidas m谩s peque帽as (ultrafinos) que escapan de los hidrociclones y para manipular la densidad del lodo.
Principio de Operaci贸n
La centr铆fuga opera aplicando una fuerza centr铆fuga intensiva (miles de veces la gravedad) sobre el lodo.
Aceleraci贸n: El lodo se alimenta en el interior de un recipiente cil铆ndrico-c贸nico (taz贸n) que gira a muy alta velocidad (hasta 3000 RPM o m谩s).
Separaci贸n: La fuerza centr铆fuga separa los componentes del fluido en funci贸n de su densidad y tama帽o de part铆cula. Los s贸lidos m谩s pesados y finos (Barita y arcillas coloidales) se precipitan hacia la pared interior del taz贸n.
Transporte y Descarga: Un transportador helicoidal (sinf铆n), que gira a una velocidad ligeramente diferente a la del taz贸n, raspa los s贸lidos sedimentados y los transporta hacia el extremo c贸nico (descarga de s贸lidos).
Descarga de Fluido: El l铆quido clarificado (clarificado) sale por el extremo cil铆ndrico (descarga de l铆quido).
Funciones Estrat茅gicas
Las centr铆fugas de perforaci贸n se utilizan para dos funciones principales:
Mecanismos y tipos de centrifugaci贸n de campo petrol铆fero
Tabla de Contenidos
El uso de pantallas (Pantalla de la coctelera) para eliminar los s贸lidos perforados del lodo utiliza solo una caracter铆stica de las part铆culas de s贸lidos - su tama帽o. Dispositivos de control de s贸lidos que aceleran el proceso de sedimentaci贸n de s贸lidos perforados mediante la aplicaci贸n Fuerza centr铆fuga Aproveche dos factores: el tama帽o de part铆cula y la densidad de part铆culas. Hidrociclones (Desanders & Desilters) y Centr铆fugas En los campos petroleros se basan en este principio.
La ley de Stoke
Centr铆fugas Utilizar la ley de Stoke en su operaci贸n. La Ley de Stoke gobierna la velocidad de asentamiento de las part铆culas en un l铆quido. Podemos expresar esta relaci贸n en su forma m谩s simple:
V s = A (d s 22) (D s – D i)/4.5 KU,
D贸nde:
- V s = la velocidad de sedimentaci贸n terminal de la part铆cula
- A = la aceleraci贸n aplicada a la part铆cula
- d s = el di谩metro de la part铆cula
- D s = la densidad de la part铆cula s贸lida
- D i = la densidad del l铆quido
- K = una constante dimensional
- U = viscosidad del l铆quido
Esta ecuaci贸n indica que las part铆culas m谩s grandes (de la misma densidad) se sedimentar谩n m谩s r谩pidamente que las m谩s peque帽as, que los s贸lidos de alta densidad se sedimentar谩n m谩s r谩pidamente que los de baja densidad, y que la alta aceleraci贸n y la baja viscosidad aceleran la velocidad de sedimentaci贸n.
Principios De La Actuaci贸n
La diferencia clave entre las centr铆fugas de campo petrol铆fero y los dispositivos de control de s贸lidos discutidos anteriormente es la capacidad operativa y la duraci贸n. A diferencia de Cocteleras de esquisto, ciclones, y Limpiadores de barro, que funcionan continuamente en el volumen de circulaci贸n de lodo completo, las centr铆fugas funcionan intermitentemente en una peque帽a fracci贸n del volumen circulante (generalmente 5-10%). El uso cl谩sico de las centrifugadoras es eliminar los s贸lidos de tama帽o coloidal de los lodos de base acuosa pesada para salvar Barita y evitar la viscosidad excesiva, que puede resultar de un alto contenido coloidal. Podemos usar el taz贸n s贸lido de decantaci贸n Centr铆fuga Centr铆fuga de cilindro perforado en esta aplicaci贸n.
Hay principalmente dos tipos de centr铆fugas de campo petrol铆fero:
- Decantando la centrifugaci贸n
- Centr铆fuga de taz贸n s贸lido
Decantaci贸n de centrifugadoras de campos petrol铆feros
Las centr铆fugas de decantaci贸n se han ganado su nombre porque pueden eliminar, o “decantar”, el l铆quido libre de las part铆culas s贸lidas separadas y dejar solo agua adsorbida o “unida” en la superficie. La centr铆fuga de decantaci贸n es el tipo m谩s com煤n en aplicaciones de perforaci贸n.
Principio de funcionamiento:
El principio de funcionamiento es el de la Ley de Stoke, pero a diferencia del cicl贸n, no es la presi贸n de fluido, sino la rotaci贸n m谩s bien mec谩nica del cuenco lo que induce la fuerza centr铆fuga requerida para acelerar la velocidad de sedimentaci贸n.
Los principios de funcionamiento de la decantaci贸n de la centr铆fuga en un campo petrol铆fero son los siguientes:
- Una centr铆fuga de decantaci贸n consiste en un tornillo transportador dentro de un cuenco s贸lido girado a velocidades muy altas (1500 – 3500 rpm).
- Por lo general, diluimos el lodo con agua y luego lo bombeamos al transportador.
- A medida que el transportador gira, arroja el lodo de los puertos de alimentaci贸n a la taza.
- La fuerza centr铆fuga empuja las part铆culas pesadas y gruesas en el lodo giratorio contra la pared de la taza, donde el movimiento de raspado del tornillo transportador las mueve hacia y hacia fuera del puerto de descarga de s贸lidos.
- Los s贸lidos ligeros y finos permanecen suspendidos en las piscinas entre las acanaladuras transportadoras y se llevan a cabo en los puertos de rebose junto con la fase l铆quida del lodo.
Consideraciones Operativas
Los tama帽os de los cuencos en las aplicaciones comunes de campos petrol铆feros centr铆fugos incluyen 14′′ x 20′′, 14′′ x 22′′ y 18′′ x 28′′. Unidades m谩s grandes (24′′ x 38′′ y m谩s grandes), unidades de alta capacidad tambi茅n est谩n disponibles para aplicaciones especiales. En t茅rminos generales, cuanto mayor sea el cuenco, mayor ser谩 la capacidad con una eficiencia comparable.
En la operaci贸n de campo, la centr铆fuga de decantaci贸n se coce con la carcasa sobre el taz贸n, l铆quido y tolvas de recolecci贸n de s贸lidos, derrape, bomba de suspensi贸n de alimentaci贸n, lodo crudo y conexiones de agua de diluci贸n, fuente de energ铆a, medidores y controles.
La capacidad de lodo de alimentaci贸n rara vez excede los 25 GPM para la aplicaci贸n de lodo ponderado normal (m谩s a menudo de 7 a 15 GPM), mientras que el rendimiento total de l铆quido puede ser tan alto como 40 GPM (incluyendo agua de diluci贸n). A medida que aumenta el peso del lodo, la velocidad de alimentaci贸n de lodo crudo disminuir谩 sustancialmente. Para mantener una eficiencia de separaci贸n satisfactoria, necesitaremos agua de diluci贸n para compensar el aumento de la viscosidad, generalmente asociada con el aumento del peso del lodo.
Centr铆fugas de campo petrol铆fero de cilindro perforado
Las centrifugadoras de cilindros perforadas funcionan de manera algo diferente, pero con el mismo prop贸sito final que los decantadores.
Principio de funcionamiento de la centr铆fuga
- La centr铆fuga de cilindro perforado consiste en un cilindro perforado (o rotor) de aproximadamente 3' de longitud, que gira a aproximadamente 2300 rpm, que est谩 contenido en una facilidad cil铆ndrica estacionaria exterior.
- Una alimentaci贸n diluida de lodo pesado se bombea a la caja estacionaria tangencial al rotor.
- La unidad separa la suspensi贸n de alimentaci贸n en dos corrientes de diferente densidad y distribuci贸n del tama帽o de part铆cula.
- Bajo fuerza centr铆fuga, los s贸lidos m谩s grandes se concentran contra la pared anular para la descarga en un puerto de flujo inferior.
- Los s贸lidos m谩s finos pasan a trav茅s de las m煤ltiples perforaciones de 1/2" para salir a trav茅s del eje central.
Consideraciones de funcionamiento de la centrifugaci贸n de campos petrol铆feros
Obviamente podemos controlar el flujo dentro y fuera de la m谩quina mediante bombas de desplazamiento positivo. Dos bombas est谩n ubicadas en el extremo de alimentaci贸n, una para el lodo crudo y otra para el agua de diluci贸n. Una tercera bomba controla la divisi贸n y separaci贸n del flujo o el corte extrayendo fluido del puerto de subflujo en el cilindro exterior.
La capacidad de lodo de alimentaci贸n en bruto var铆a entre 10 y 30 GPM, dependiendo del peso del lodo y la separaci贸n deseada. Adem谩s, generalmente mantuvimos agua de diluci贸n hasta aproximadamente el 70% de la velocidad de alimentaci贸n de lodo crudo de modo que podamos reducir la viscosidad de la alimentaci贸n. Por lo general, un volumen del 60 al 90% del lodo total de la alimentaci贸n y el agua de diluci贸n informa sobre el flujo inferior que contiene la distribuci贸n de tama帽o de part铆cula m谩s gruesa.
A diferencia del decantador, que produce una fracci贸n h煤meda y una seca, ambas corrientes de suspensi贸n salen del cilindro perforado Centr铆fuga Est谩n mojados y bombeables. Por esta raz贸n, la centr铆fuga de cilindro perforado solo se aplica al lodo pesado.
Aplicaciones
Viscosidad
Podemos controlar eficazmente la viscosidad descartando una cantidad relativamente peque帽a de s贸lidos de tama帽o coloidal. Las aplicaciones de centr铆fuga est谩ndar en los campos petrol铆feros utilizan su capacidad para hacer un corte muy fino, del orden de 2 a 6 micras.
En esta aplicaci贸n, la operaci贸n de la centr铆fuga es intermitente en lugar de continua. Esto se refiere al prop贸sito est谩ndar de la centr铆fuga: controlar la viscosidad mediante la eliminaci贸n de part铆culas de tama帽o coloidal. Por lo tanto, deber铆amos correr Centr铆fugas Cuando la viscosidad alcanza el m谩ximo establecido por el operador. Adem谩s, debemos detenerlo cuando la viscosidad alcance el m铆nimo establecido.
Debemos establecer los l铆mites m谩ximos y m铆nimos como parte del programa general de lodo. La viscosidad normalmente se arrastrar谩 cuando se apaguen las centr铆fugas debido a la degradaci贸n del tama帽o de los s贸lidos de lodo, de ah铆 la necesidad de reiniciar la unidad. Siempre debemos evitar la sobrecentrifugaci贸n y la subcentrifugaci贸n, ya que la econom铆a de operaciones desaparece r谩pidamente en estas circunstancias.
El uso prolongado de una centr铆fuga, o "sobrecentrifugaci贸n", puede causar una reducci贸n de viscosidad demasiado grande, lo que contribuye a una alta p茅rdida de fluido en el fondo del pozo. Por lo tanto, debe agregar bentonita y productos qu铆micos al sistema de lodo. Adem谩s, podemos calcular exactamente la cantidad de bentonita de reemplazo a partir de ecuaciones de balance de masa. Recuerde, una buena regla general es agregar aproximadamente un saco de bentonita por hora de operaci贸n de centrifugaci贸n. "Poco centrifugaci贸n" no conseguir谩 la reducci贸n deseada de la viscosidad.
Cuando se tratan lodos de base acuosa ponderadas, estamos utilizando centr铆fugas intermitentemente para procesar una peque帽a porci贸n del volumen que circula desde el pozo. Esto es para reducir el n煤mero coloidal y mejorar las propiedades de flujo del lodo.
Para eliminar estos s贸lidos, desecharemos la fracci贸n l铆quida del decantador (o la fracci贸n de suspensi贸n m谩s ligera de la centr铆fuga de cilindro perforada). La fracci贸n de s贸lidos semisecos del tama帽o de arena y del tama帽o de limo del decantador (o la fracci贸n de suspensi贸n m谩s pesada de la centr铆fuga de cilindro perforado) volver谩 al sistema activo.
Sistema de lazo cerrado de la centr铆fuga en petr贸leo y gas
Otras aplicaciones populares de las centr铆fugas son reducir el contenido general de s贸lidos, reducir el tama帽o promedio de las part铆culas y reducir el volumen de residuos general “reduciendo” la descarga de otros equipos de control de s贸lidos. Las consideraciones ambientales pueden requerir un manejo especial de la fase s贸lida y/o l铆quida. A medida que aumenta el coste de eliminaci贸n, el volumen de residuos se convierte en un componente importante del coste general del pozo. El equipo adicional de eliminaci贸n de s贸lidos, como una centr铆fuga de decantaci贸n, a menudo es rentable debido a la minimizaci贸n del volumen de desechos. (Adem谩s, tendremos un mejor control de las propiedades de los fluidos de perforaci贸n, reduciendo a煤n m谩s el costo del pozo).
Ya llamamos a estos sistemas “descarga restringida” o “bucle cerrado”. En aplicaciones no ponderadas, la centr铆fuga descarga los s贸lidos ultrafinos y devuelve el efluente l铆quido al sistema de lodo. Esto reduce los requerimientos de acumulaci贸n y diluci贸n de s贸lidos finos. Debemos operar la centr铆fuga seg煤n sea necesario para mantener la concentraci贸n deseada de LGS, continuamente si es necesario.
Beneficios:
Las centr铆fugas de gran capacidad (100 a 250 GPM) de decantaci贸n de campos petrol铆feros son m谩s preferibles para estas aplicaciones porque pueden procesar mayores vol煤menes de s贸lidos y l铆quidos.
Un sistema utiliza una centr铆fuga de decantaci贸n para procesar el subflujo de los hidrociclones. Esta variaci贸n deshidrata el subdesbordamiento del cono, recuperando la fase l铆quida y reduciendo el volumen de eliminaci贸n.
Otras variaciones en este sistema incluyen la selecci贸n del flujo inferior de los conos antes de alimentarlo a la centr铆fuga e instalar dos centr铆fugas. Cada una de estas opciones aumenta la eficiencia de eliminaci贸n del sistema.
El objetivo de los sistemas de circuito cerrado es limitar la descarga de residuos a s贸lidos desechables y aguas claras. Estos sistemas combinan agitadores de alto rendimiento, hidrociclones o limpiadores de barro, y centr铆fugas con t茅cnicas mejoradas de eliminaci贸n de s贸lidos y manipulaci贸n de s贸lidos.
Podemos lograr una mejor eliminaci贸n de s贸lidos con una adici贸n qu铆mica para “pre-tratar” el fluido antes de la selecci贸n o centrifugaci贸n. El pretratamiento puede incluir ajuste del pH, floculaci贸n/coagulaci贸n, o un tratamiento similar.
Las t茅cnicas de manipulaci贸n de s贸lidos incluyen el lavado de esquejes para eliminar el exceso de cloruros o aceite residual, los transportadores para descargar los cortes en recipientes sellables, el transporte a instalaciones de desechos aprobadas y la incineraci贸n de productos de desecho.
Adem谩s de su objetivo principal, los sistemas de circuito cerrado minimizan los s贸lidos perforados que quedan en el fluido de perforaci贸n. Esto reduce los requerimientos de diluci贸n, el volumen de residuos y los problemas de perforaci贸n. Por lo tanto, los sistemas de circuito cerrado tienen muchas aplicaciones adem谩s de las ambientales, con KCl u otros lodos caros, por ejemplo.
M煤ltiples centrifugadoras de campos petrol铆feros
En general, podemos utilizar m煤ltiples Centr铆fugas En paralelo para aumentar la capacidad de flujo y la eliminaci贸n de s贸lidos en masa en cada una de las aplicaciones especiales enumeradas anteriormente. Otras aplicaciones, como ponderada Lodos a base de aceite, utilizar tambi茅n m煤ltiples centr铆fugas, normalmente dos, operadas en serie.
En esta aplicaci贸n, la primera Centr铆fuga Procesa el fluido de perforaci贸n en la operaci贸n cl谩sica de lodo pesado, descartando el efluente y los s贸lidos coloidales y devolviendo los s贸lidos de gran tama帽o al sistema activo. El efluente (normalmente desechado) se procesa a trav茅s de una segunda centr铆fuga antes de desechar. La segunda centr铆fuga elimina la mayor铆a de los s贸lidos restantes del efluente y los desecha. El efluente se recupera y se devuelve al sistema.
Desde el punto de vista de la eficiencia de eliminaci贸n de s贸lidos, los resultados no han sido concluyentes. La raz贸n principal para procesar fluidos ponderados a trav茅s de una centr铆fuga es reducir la viscosidad eliminando una porci贸n de los s贸lidos ultrafinos. La segunda centr铆fuga devuelve algunos de estos s贸lidos al sistema de lodo con el efluente, reduciendo as铆 la eficiencia global.
El beneficio de este sistema proviene de la reducci贸n del volumen de descarga con fluidos ponderados. Esto ha demostrado ser extremadamente eficaz en 谩reas sensibles al medio ambiente o siempre que los esquejes y el lodo l铆quido deben ser arrastrados desde el lugar antes de la eliminaci贸n.
Colocaci贸n De Centr铆fugas De Campos Petrol铆feros En Sistema De Control S贸lido
Por lo general, instalamos la centr铆fuga aguas abajo de todos los dem谩s equipos de control de s贸lidos. Idealmente, la succi贸n para una alimentaci贸n de lodo centr铆fugo se tomar铆a del mismo pozo o compartimento que recibe la descarga de un limpiador de lodo o un protector de pantalla fino con pantallas de malla 150 – 200.
El flujo de bajada de la centr铆fuga (s贸lidos) debe descargarse a un punto bien agitado en el pozo para mezclar a fondo con mucho barro antes de que los s贸lidos puedan sedimentarse en el fondo del pozo. Esto es especialmente importante con un decantador, que descarga s贸lidos h煤medos, y de menor importancia con una centr铆fuga de cilindro perforada, que descarga una suspensi贸n bombeable.
Con cualquier tipo de m谩quina, la descarga de flujo inferior no debe estar demasiado cerca de la succi贸n de la bomba de lodo de la plataforma. El desbordamiento (s贸lidos l铆quidos/coloidales) se alimenta por gravedad por un conducto o tuber铆a constantemente inclinado hasta los desechos. Se debe proporcionar suficiente espacio de trabajo para el mantenimiento de rutina y los ajustes de funcionamiento de la centr铆fuga.
Consejos De Operaci贸n Para Centr铆fugas En Petr贸leo Y Gas
Las centr铆fugas de campo petrol铆fero son relativamente f谩ciles de operar, pero requieren habilidades especiales para la reparaci贸n y el mantenimiento. El mantenimiento de la plataforma de perforaci贸n de las centr铆fugas se limita a la lubricaci贸n de la unidad de rutina. Aunque los procedimientos operativos variar谩n en detalle de un modelo a otro, algunos principios universales se aplican a pr谩cticamente todas las centr铆fugas:
- Si el flujo inferior de s贸lidos va a volver al sistema, localice la centr铆fuga de modo que el flujo inferior caiga en un punto bien agitado.
- Si se va a descartar el flujo inferior de s贸lidos, localice la m谩quina para que el flujo inferior se pueda eliminar peri贸dicamente. Dirija el desbordamiento de l铆quido a un lugar bien agitado.
- No localice los s贸lidos de la m谩quina o los retornos de l铆quido demasiado cerca de la succi贸n de la bomba de la plataforma.
- Permitir tiempo y espacio para una mezcla adecuada.
- Las l铆neas de efluente l铆quido deben tener una pendiente descendente constante.
