El Separador de Gas y Lodo es un componente de seguridad crítica para el control de presión, diseñado para el manejo de influjos de gas severos (kicks).
Diseño y Normativa
Código de Diseño: Los MGS se diseñan y construyen bajo estrictos estándares de seguridad, como el API RP 13C, para garantizar que puedan soportar la carga hidráulica y de gas.
Presión Atmosférica/Baja Presión: El MGS está diseñado para funcionar con una contrapresión mínima (cercana a la atmosférica), ya que su objetivo es liberar rápidamente el gas. Si el volumen de gas es demasiado grande y la presión aumenta, el sistema de válvulas de seguridad (o ruptura) debe evitar que el recipiente explote o que el gas sea forzado a volver al sistema de lodo.
Principio de Acción (Impacto y Gravedad)
La separación se logra mediante dos mecanismos principales:
Impacto (Deflectores): El lodo gasificado entra y golpea una o varias placas desviadoras o deflectores internos (baffles). Este choque rompe mecánicamente las burbujas grandes de gas que se formaron en el pozo, liberando el gas libre.
Gravedad y Área Superficial: Una vez liberado, el gas, al ser inmensamente más ligero, sube rápidamente por el gran volumen del recipiente y sale por la línea de venteo superior. El lodo, ahora más denso, cae por gravedad al fondo, formando el sello de lodo (mud seal) que evita el flujo inverso del gas.
Uso Complementario
Aunque el MGS maneja el gas libre (el de mayor riesgo inmediato), el gas que queda disuelto o atrapado en el lodo (pequeñas burbujas) es tratado por el desgasificador al vacío (Vacuum Degasser), que aplica succión para extraer el gas restante antes de que el lodo retorne a las bombas de perforación. La dupla MGS y Desgasificador asegura la estabilidad del lodo después de un evento de influjo.
Separadores de gas de lodo | Las preguntas más frecuentes
Tabla de Contenidos
Un separador de gas de lodo, también conocido como desgasificador de pozos pobres o destructor de gas de campo petrolero, es un componente crítico de las operaciones de perforación en la industria del petróleo y el gas. Su ubicación es aguas abajo del colector de estrangulamiento. Esto hará que sea capaz de separar el gas del fluido de perforación. Además, su diseño ayudará a prevenir la liberación de gases tóxicos y garantizar la seguridad de la tripulación y el equipo de perforación.
Al hacer circular una patada de gas en situaciones críticas, puede haber una expulsión de una mezcla de gas y barro del pozo a altas velocidades, como espuma, gas y babosas de líquido más o menos libre de gas en sucesión rápida (y caótica). Sin una separación eficiente de las fases de gas y líquido, podemos perder una cantidad sustancial de lodo en la superficie. Esto puede llevar a suspender las actividades de muerte de pozos mientras se inventan suministros de líquido fresco. Este es un peligro que debe evitarse si es posible.
Definición de separador de gas de lodo
El separador es típicamente un recipiente vertical que utiliza placas deflectoras o una serie de deflectores para separar eficientemente la mezcla de gas del lodo que devuelve el lodo de perforación utilizable al sistema activo. La ventilación de gas será a través de una línea de ventilación mientras el lodo fluye de vuelta al tanque.
El diseño del separador de gas de lodo es esencial para manejar las altas presiones y volúmenes de gas que se encuentran durante el agujero de perforación. Ayudará a controlar las patadas de pozo. Los cálculos de dimensionamiento apropiados y la consideración de diversos factores, como los niveles de fluido, el corte de gas y la configuración del separador, son esenciales en el diseño de un MGS para garantizar su eficacia en la separación de gases.
Especificaciones de la fabricación
El proceso de fabricación para separadores de gas de lodo es típicamente de acuerdo con el API RP 53. Las dimensiones de un separador son críticas porque definen el volumen de gas y fluido que un separador puede manejar de manera efectiva. Un ejemplo de algunas pautas de tamaño de MGS es SPE Paper No. 20430: Dimensionamiento y evaluación de MGS, G.R. MacDougall, diciembre de 199 l Plataformas de perforación. Los siguientes enlaces para las especificaciones de los diferentes fabricantes:
La construcción de todos los desgasificadores pobres o MGS cumplirá con la API 12J y el código de calderas y recipientes a presión ASME, Sección VIII, División I (última revisión). Además, todos los materiales deberán cumplir con los requisitos de la Norma NACE MR-01-75/ISO15156 (última revisión). Toda soldadura en el buque deberá cumplir los requisitos de ASME. El nuevo destructor de gas de campo petrolífero se probará hidrostáticamente a 190 psi para verificar una presión máxima de trabajo de 150 psi, según ASME.
The Function of Mud Gas Separator
El separador es el medio principal de eliminación de gas del fluido de perforación. Hay varias ventajas al eliminar un gran porcentaje del gas de los fluidos de perforación antes de fluir al tanque desgasificador en el área de la trampa de arena y la sala de boxes. La razón principal es reducir la cantidad de gas que puede filtrarse del fluido de perforación en los pozos de lodo y comenzar a recuperar la densidad adecuada. En otras palabras, ayudará a minimizar el riesgo de corte de gas y otras complicaciones relacionadas con la perforación.
Corte De Gas En El Lodo Y Control Sólido
El gas en el lodo de perforación impacta significativamente el equipo de control de Solids. En la mayoría de las aplicaciones de campo, malinterpretan y malinterpretan mucho esta situación. En general, el corte de gas cegará las pantallas del agitador y causará la degradación de la salida de la bomba de lodo a los hidrociclones y centrífugas.
Relación De Centrífuga, Desander Y Desilter Con El Proceso De Separación De Gas
El corte de gas puede afectar significativamente a la centrífuga
Bombas. El BombaLa producción disminuye rápidamente cuando el gas se acumula en el área de presión reducida del impulsor. En situaciones con una baja cabeza de fluido en la succión de la bomba, incluso una pequeña cantidad de gas en el fluido de perforación puede hacer que la bomba se bloquee con gas, lo que limita el flujo de lodo. Este bloqueo de gas afectará la funcionalidad de la Desilter y desander.Por estas razones, el uso de un desgasificador antes de que las bombas de alimentación de control de sólidos sea esencial una vez que hay gases en la línea de flujo.
Separación De Gas De Esquisto Y Gas De Barro
Un buen rendimiento del destructor de gas en el campo petrolero ayudará a resolver los siguientes problemas:
- El corte de gas, que implica pequeñas burbujas de gas en el fluido de perforación, puede causar cegamiento de la pantalla. Para manejar este problema, un desgasificador elimina el gas arrastrado del fluido de perforación.
- El rumbo del gas puede causar aumentos en el caudal de lodo del pozo. Estas oleadas pueden exceder la capacidad de la pantalla para manejar el flujo de fluido. Las sobretensiones se producen debido a la rápida expansión del gas en la superficie.
- La espuma es otro problema asociado con el corte de gas. Deja una película de espuma ligera y húmeda en la pantalla del agitador. Esta espuma es demasiado ligera para ser arrastrada por gravedad a través de la pantalla. Es posible que necesitemos usar aerosoles de agitación y antiespumantes para romper la espuma.
Tipos De Separadores De Gas De Lodo
Hay varios tipos de separadores de gas de lodo en la industria de los campos petrolíferos, cada uno diseñado para separar eficientemente el gas del lodo de perforación. Los tipos más comunes incluyen separadores de fondo cerrado, de fondo abierto y de tipo flotador.
El principio de separación de lodo/gas es el mismo en todos los tipos de separadores. Las diferencias entre estos tipos se encuentran principalmente en el método de mantenimiento de la pata de lodo. A medida que el lodo de perforación entra en el buque, el gas se separa debido a la diferencia de densidad. El gas se eleva hasta la parte superior (línea de ventilación) mientras que el barro más pesado se asienta en la parte inferior.
Destructor De Gas De Fondo Cerrado En El Campo Petrolero
El diseño de los separadores de gas de lodo de fondo cerrado tiene una base cerrada que permite la recogida accesible del gas separado. A medida que el lodo de perforación entra en el separador, el gas se eleva a la parte superior, y luego el lodo se moverá hacia abajo hasta el BTM del destructor de gas. La aplicación principal de este tipo de separador es cuando hay un gran volumen de gas.
La curva en forma de U en la línea de retorno de lodo controlará la pata de barro. Por lo tanto, ajustando esta longitud, ajustamos el nivel de fluido.
Separador de gas inferior abierto
Por otro lado, un separador de fondo abierto o un desgasificador de pobrecito tiene una base abierta. Así que se montará en un tanque de lodo o tanque de disparo. En este tipo, podemos controlar fácilmente la pata de lodo controlando el nivel de fluido en el tanque de lodo. Por lo tanto, mover el separador hacia arriba y hacia abajo controlará esta pata de barro. La aplicación principal de la tecnología de separador de gas de fondo abierto es donde el volumen de gas es relativamente bajo.
Separador de tipo flotador
Los separadores de tipo flotador incorporan un mecanismo de flotación que ayuda a mantener un nivel de líquido constante dentro del recipiente. El flotador se eleva o baja con el nivel de fluido, asegurando una pata de barro constante para una separación efectiva. Este tipo de separador es particularmente útil en operaciones de perforación en las que el volumen de gas fluctúa. En general, podemos modificar el tipo de flotador a fondo cerrado desconectando el flotador, retirando la válvula e instalando una pata de barro en la línea de retorno de lodo..
El uso de separadores de gas de lodo de tipo flotador tiene algunos problemas debido a su diseño:
- La posibilidad de que las válvulas de lodo-retorno-línea se obstruyan con sólidos.
- Cuando se pierde el aire de la plataforma, las válvulas accionadas por aire dejan de funcionar, y no hay control sobre el nivel de fluido en el separador.
- La vinculación manual tenía problemas con el fallo de la vinculación. Esto dará como resultado que la válvula de la línea de retorno funcione incorrectamente.
Resumen
El destructor de gas de tipo flotador no es común en el campo petrolero debido a los problemas que causan. Es preferible utilizar un tipo de fondo cerrado en su lugar. Los separadores de fondo abierto son aceptables, pero limitan la altura máxima de la pierna de barro.
En conclusión, los separadores de lodo/gas vienen en diferentes tipos para adaptarse a los diferentes volúmenes de gas y los requisitos operativos. Ya sea un separador de fondo cerrado, de fondo abierto o de tipo flotador, el principio de separación de lodo/gas sigue siendo el mismo.
Características de diseño del separador de gas de lodo
Las principales características de diseño para el desgasificador de poorboy son:
- Altura y diámetro adecuados.
- Desconcierto interno para ayudar a la rotura del gas.
- Sello de fluido por tubo en U en el tanque de disparo o tubo de inmersión.
- Salida de ventilación de gas de diámetro y longitud adecuados.
- Salida de líquido para ser de gran diámetro
El separador de lodo/gas está diseñado para hacer frente a una gama de condiciones, ya que las propiedades de los fluidos de perforación pueden variar ampliamente, al igual que las características y el comportamiento de los fluidos de arranque. El tipo de fluido de perforación y las condiciones particulares existentes dentro del pozo también afectarán considerablemente al entorno en el que el separador tiene que operar.
Tamaño del buque
El tamaño del separador es crítico para determinar el volumen de fluido y gas que MGS puede manejar de manera segura. Los criterios de tamaño mínimo razonables son un diámetro de 48" y una altura de recipiente de al menos 16 pies para proporcionar suficiente capacidad para manejar la mayoría de las situaciones de patada de gas. Tenga en cuenta que la entrada del separador debe tener al menos el mismo ID que la línea colectora de estrangulación más extensa después de los estranguladores. Este es típicamente un ID de 4′′, aunque a menudo se usan tamaños más grandes.
Podemos mejorar la eficiencia del separador organizando una entrada tangencial. Esto ayudará a crear una acción centrífuga que fomente la rotura más rápida del gas. Para proteger la pared del tanque en el área de entrada, se debe proporcionar una placa objetivo para minimizar la erosión donde la mezcla de gas-líquido inicialmente entra en contacto con la pared de la destructora de gas del campo petrolífero. Será necesario organizar un acceso de escotilla de inspección cerca para verificar el desgaste de la placa y llevar a cabo un reemplazo cuando sea necesario.
La entrada debe estar situada aproximadamente en el punto medio del tanque. Esto permite que la mitad superior actúe como una cámara de gas, mientras que la parte inferior permite que el gas se separe en el fluido retenido. A medida que el fluido de perforación y la mezcla de gas entran, la presión de funcionamiento será la suma de la contrapresión de fricción de la línea atmosférica y de ventilación. La distancia vertical desde la entrada hasta el nivel de fluido estático está destinada a permitir el tiempo para la rotura de gas en los deflectores. También aumenta los niveles de fluido durante la operación del separador para superar las pérdidas por fricción de la línea de salida de líquido.
Deflectores
El interior del pobre desgasificador de niños puede estar provisto de una serie de desconcertantes. Estas láminas delgadas a menudo se cortan como círculos de medio diámetro y se disponen en un patrón espiral de cascadas para fomentar la separación de gas líquido. Las placas deben estar bien sujetas al cuerpo del vaso.
Sello de fluido
Si la presión del gas en el separador supera la presión hidrostática del fluido en la trampa del tubo en U en el fondo del separador, el gas soplará a través de la habitación del agitador de esquisto. El tubo en U o el sistema de salida de líquido deben estar dispuestos para proporcionar una altura mínima de tubo en U de al menos 10 pies. El fluido de, por ejemplo, 0,52 psi/ft soportará una contrapresión de 5 psi. La línea de salida de líquido debe tener al menos 8′′ ID, aunque se recomienda 12′′ mejorar el manejo de los flujos de fluido de perforación contaminados de alta viscosidad. Algunos tipos de fluidos de perforación y combinaciones de fluidos de pozos pueden producir una viscosidad muy alta y una gelificación significativa.
Línea de ventilación
Para minimizar las presiones de retroceso, el ¿Derrick La línea de ventilación de gas debe ser de gran diámetro, con la menor cantidad de curvas posible. Se recomiendan encarecidamente las líneas de identificación de 8′′. En el pasado, ha sido una práctica común utilizar tuberías de línea de paredes gruesas para estos respiraderos de perforación. Esto parece innecesario, dadas las presiones involucradas, y reduce las dimensiones internas, lo que limita la capacidad de la línea de ventilación del desgasificador
Consideración y requisito técnico del separador de gas de lodo
Muchas compañías de petróleo y gas tienen sus propias políticas con respecto al uso de MGS o destructor de gas en el campo petrolero. A continuación presentamos una de las mejores políticas en el campo petrolero. Esta política incluye lo siguiente:
- El MGS o el destructor de gas de campo petrolífero (desgasificador pobre) se instalarán en cada plataforma.
- El diseño del separador de gas de lodo para ‘gars de gas profundo’ se muestra en la Figura A-1 La capacidad interna mínima para Gas Rig MGS es de 35 barriles.
- El diseño del separador de gas de lodo para ‘artilleros de desarrollo de aceite’ se muestra en la Figura A-2 La capacidad interna mínima de la plataforma de petróleo MGS es de 17,5 barriles.
- MGS debe limpiarse periódicamente.
- Nunca circular el cemento retorna a través de MGS.
- MGS tiende a sacudirse y traquetear cuando están en uso. Deben estar firmemente anclados.
NOTA: No se requieren válvulas de alivio de presión (PRV) en el MGS.
- Debe haber una línea de derivación aguas arriba del separador directamente a la línea de llamarada y una válvula en la línea de entrada del separador para aislar y proteger el separador de la alta presión.
- La línea de descarga de lodo del separador debe tener una línea de ventilación apilada por interruptor de vacío si la salida de la línea de descarga es más baja que la parte inferior del separador. Esto es para evitar el gas de sifón desde el separador a los pozos de barro. La pila de interruptores de vacío debe ser tan alta como el separador. No habrá válvulas instaladas en esta línea.
- Debemos inspeccionar a fondo estos separadores de gas líquido o los destructores de gas de campo petrolífero cada cinco (5) años. Esto es de acuerdo con API-510. La inspección incluirá ECM visual, dimensional y 100% magnética de partículas o colorantes penetrantes. Debemos llevar a cabo la inspección de UT para determinar la integridad del grosor de la pared. Además, la presentación de la documentación de inspección con una validez mínima de 3 años es una necesidad en la nueva aceptación de la plataforma o renovación del contrato de perforación de la plataforma.
Requisito de la línea de ventilación
Las líneas de ventilación deben cumplir los siguientes requisitos:
- Servicio de aceite: Las líneas de ventilación serán de 8" de línea de acero con brida o sujetada de 8" de OD.
- Servicio de GAS: Las líneas de ventilación se desviarán de 10” en una línea de acero doble de 8" con bridas o sujetas a nivel del suelo.
- La longitud mínima de las líneas de ventilación de petróleo y gas será de 100’ más allá del borde exterior del pozo de reserva.
- No se permiten válvulas.
- La misma presión y la clasificación H2 S (o mayor) que la de los MGS.
- Se anclará apropiadamente y se colocará 100’ más allá del borde exterior lejano de los pozos de reserva para evitar la ignición de cualquier residuo de hidrocarburos mientras circula el gas desde el pozo.
Inspección del separador de gas de lodo
El programa de mantenimiento e inspección de la plataforma debe proporcionar el examen periódico no destructivo del separador de gas de lodo para verificar la integridad de la presión. Este examen se puede realizar mediante métodos de examen hidrostáticos, ultrasónicos u otros. En general, el desgasificador poorboy se inspeccionará según las recomendaciones del fabricante y API RP 53.
Conclusión:
Por definición, utilizamos el sistema desviador para desviar el flujo de la plataforma. El caza gaseóleo, por diseño, es una parte integral de la plataforma. Si dirigimos el flujo al MGS, esencialmente seguiría adelante a la plataforma. Como resultado, cualquier mal funcionamiento en el MGS puede y ha causado daños y/o pérdida de vidas considerables. La incapacidad del MGS para manejar altos caudales puede crear una situación extremadamente peligrosa. Debemos entender que bajo ciertas condiciones, la disponibilidad de un MGS como parte del sistema podría ser útil en la circulación de fluidos de perforación en bruto, que simplemente tiene un corte de gas.
La principal preocupación por el uso del MGS es que si el caudal se vuelve excesivo y no se reconoce, los resultados podrían ser catastróficos. Además, el uso de un desgasificador de popboy requiere válvulas y controles adicionales para el sistema desviador. Recuerde siempre que debemos mantener el sistema de desviador lo más simple posible. Por lo tanto, no debemos usar el MGS como parte del sistema de desviador.
Referencias:
- SPE Paper No. 20430: Dimensionamiento y evaluación del separador de gas de lodo a presión, G. R. MacDougall, Diciembre 1991 Drilling Rigs
- Manual de control de Shell Well
- Libro De Procesamiento De Fluidos De Perforación En Campo Petrolero
