1. FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIN DE HIDROCARBUROSLos fluidos en la cabeza del pozo son una mezcla multicomponente de molculas de hidrgeno y carbono principalmente, donde cada componente tiene diferente densidad, presin de vapor y otras caractersticas fsicas y qumicas. Estos fluidos pueden estar presentes dentro del yacimiento en una o dos fases (lquida y/o gaseosa) a la presin y temperatura de confinamiento; cuando se encuentran en una sola fase y se le somete a cambios de presin y temperatura, el fluido experimenta alteraciones en sus caractersticas fisicoqumicas, con ello se genera en la cabeza del pozo la liberacin de gas en el seno del lquido, con lo cual se requiere de la separacin fsica de estas dos fases, siendo esta operacin una de las ms bsicas en el proceso de produccin y tratamiento del aceite y gas.La seleccin de las condiciones de operacin y del equipo requerido de separacin en la produccin de hidrocarburos, depende fundamentalmente de los objetivos que se pretendan alcanzar. Generalmente estos se orientan a incrementar el ritmo de produccin, reducir los costos por compresin de gas, maximizar la recuperacin de hidrocarburos lquidos, y a la obtencin de productos estabilizados.Para establecer las condiciones de separacin mas apropiadas, de acuerdo a las caractersticas de los fluidos producidos, se tiene que considerar las siguientes variables de control: el tipo, el tamao y los dispositivos internos del separador, el tiempo de residencia del aceite, las etapas de separacin, las presiones y temperaturas de operacin y el lugar de instalacin de los separadores, por citar algunos ejemplos. Es evidente que existir una combinacin de todas estas variables que nos permita obtener la separacin requerida a un costo mnimo. La seleccin de las condiciones de separacin depende, fundamentalmente de los objetivos de produccin establecidos. Estos objetivos estn orientados a la obtencin de: Alta eficiencia en la separacin del aceite y gas. Esta eficiencia en un separador depende fundamentalmente de su diseo. Las caractersticas de los fluidos y los gastos determinan el tipo y las dimensiones del separador para cada caso particular. Mayores ritmos de produccin. Cuando las condiciones de explotacin de los campos productores son favorables, el ritmo de produccin de sus pozos puede aumentarse reduciendo su contrapresin en la superficie. La menor contrapresin, y por consiguiente el mayor gasto, se obtiene colocando los separadores lo mas cercanamente a los pozos, ajustando simultneamente su presin de operacin al valor mnimo que las condiciones de produccin lo permitan; lo anterior sucedera cuando la presin en la cabeza del pozo es controlada por la presin del separador (cuando no tiene estrangulador). En caso de tener pozos estrangulados, lo que se logra es mantener un mayor tiempo de afluencia de los pozos a la etapa de separacin correspondiente. Un ritmo ptimo de produccin depender de las condiciones de operacin del pozo, las cuales son determinadas por medio de un anlisis previo en el que se deben involucrar tanto el comportamiento del yacimiento como el que tiene en las pruebas de presin y de produccin. Mayor recuperacin de hidrocarburos lquidos. Debido a que los hidrocarburos de mayor valor comercial son los lquidos, frecuentemente la eficiencia del proceso de separacin se relaciona con la cantidad de hidrocarburos licuables que contiene la fase gaseosa que abandona los separadores. Para reducir al mnimo esta cantidad de lquidos es necesario generalmente realizar el proceso de separacin en varias etapas; es decir que el lquido desalojado del primer separador pase por otros que operen a presiones reducidas secuencialmente, hasta llegar al tanque de almacenamiento, donde en forma natural se efecta la ltima etapa de separacin, a la temperatura y presin ambiente. En esta forma tambin se obtiene un mayor grado de estabilizacin del aceite y gas separados. La cantidad de lquido recuperable puede obtener simulando el proceso de separacin en el laboratorio, o matemticamente mediante el empleo de ecuaciones de estado, si se conoce la composicin de la mezcla de hidrocarburos producidos.

Menores costos por compresin de gas.- En la determinacin de las presiones de separacin de un sistema en etapas, se puede establecer como meta esencial, la minimizacin de costos de operacin mantenimiento e inversin por el equipo de compresin, el cual se requiere para transportar y entregar el gas producido a las condiciones requeridas por petroqumica. En general los costos por este concepto resultan bastantes significativos, debido esencialmente a los siguientes factores: Los volmenes de gas que se separan en las bateras de recoleccin son con frecuencia elevados, especialmente cuando se manejan fluidos producidos de yacimientos con aceite voltil, que se caracteriza por tener factores de volumen y relacin gas-aceite generalmente mayores de 1.7 m3/m3 y de 1200 pie3/bl respectivamente. La presin a la que debe llegar el gas a las plantas de endulzamiento es del orden de 1000 lb/pg2, esto es por especificaciones de diseo de las propias plantas Debido a que la distancia entre las estaciones de recoleccin y las plantas de endulzamiento es considerable, se requiere que al gas le sea suministrada cierta energa adicional para enviarlo a la planta con la presin especificada. Aceite y gas estabilizado.- A fin de que el aceite no experimente prdidas sustanciales por evaporacin durante su almacenamiento, al ser manejado a condiciones superficiales en las refineras, o al cargar los buques para su exportacin, es necesario estabilizarlo previamente. El aceite se estabiliza ajustando su presin de vapor de modo tal que esta sea menor que la atmosfrica a la temperatura mxima esperada en el medio ambiente.Un gas estabilizado no formar condensados al quedar sometido a los cambios de presin y temperatura que experimentar durante su transporte por tuberas superficiales. Los condensados se forman al disminuir la temperatura de un gas y/o al incrementar su presin, por lo tanto, el gas se estabiliza eliminando los componentes que pudieran llegar a condensarse al ser manejado posteriormente.En esta forma se ajusta su temperatura de roco a la presin mxima de operacin del gasoducto que lo transportara. Si el gas no es estabilizado, el agua y los hidrocarburos condensados pueden ocasionar problemas de corrosin, represionamiento en las lneas e instalaciones, formacin de hidratos, incrustaciones de sales y una disminucin en la capacidad de transporte de los gasoductos.

En la practica, una vez establecido el ritmo de produccin, se optimizan las presiones y nmero de etapas de separacin con el fin de recuperar el mayor volumen de lquidos, sin descuidar los aspectos de estabilizacin y compresin del gas.Debido a la naturaleza multicomponente de los fluidos producidos, conforme ms alta sea la presin a la cual se realiza la primera etapa de separacin, se obtendr una mayor cantidad de lquido en el separador, pero si esta presin es demasiado alta muchos componentes ligeros permanecern en la fase lquida y sern liberados hacia la fase gaseosa en el tanque de almacenamiento, por otro lado si esta presin es demasiado baja, muchos componentes no permanecern estables en el lquido, siendo liberados y arrastrados por la corriente de gas. Por esto, es muy importante seleccionar adecuadamente las presiones de separacin y el nmero de etapas, para encontrar un punto de equilibrio que sea econmicamente rentable.

2. MECANISMOS DE SEPARACINLa separacin se logra mediante una combinacin adecuada de los siguientes factores: gravedad, fuerza centrfuga y choque.2.1. Separacin por Gravedad. Es el mecanismo de separacin que ms se utiliza, debido a que el equipo requerido es muy simple. Cualquier seccin ampliada en una lnea de flujo, acta como asentador, por gravedad, de las gotas de lquido suspendidas en una corriente de gas. El asentamiento se debe a que se reduce la velocidad del flujo.En los separadores el asentamiento por gravedad tiene lugar principalmente en la seccin secundaria, que se conoce tambin como seccin de asentamiento por gravedad.Estas partculas de lquido que descienden por la accin de la gravedad se aceleran, hasta que la fuerza de arrastre se balancea con la fuerza gravitacional. Despus de este momento, las partculas continan cayendo a una velocidad constante conocida como velocidad de asentamiento o velocidad TerminalClculo de la Velocidad de Asentamiento o Terminal

2.2. Separacin por Fuerza Centrfuga. Este principio mecnico de separacin se emplea en un separador, tanto en la seccin de separacin primaria como en algunos tipos de extractor de niebla, por ejemplo en el extractor tipo ciclnico.Las partculas de lquido colectadas en las paredes de un extractor de niebla tipo ciclnico, difcilmente son arrastradas por la corriente de gas. Sin embargo la velocidad del gas en las paredes del tubo ciclnico, no debe ser mayor de un cierto valor crtico. Se recomienda que la velocidad sea menor de 45 pie/seg.La ley de Stokes se puede aplicar al proceso de separacin centrfuga, sustituyendo g por la aceleracin debida a la fuerza centrfuga (a) , entonces:

2.3. Separacin por Choque. Este mecanismo de separacin es tal vez el que ms se emplea en la eliminacin de las partculas pequeas de lquido suspendidas en una corriente de gas. Las partculas de lquido que viajan en el flujo de gas, chocan con obstrucciones donde quedan adheridas.La separacin por choque se emplea principalmente en los extractores de niebla tipo veleta y en los de malla de alambre entretejido.2.3.1. Tamao de la gota. El propsito de la seccin de separacin de gas del recipiente es condicionar el gas para el pulido final por el extractor de neblina. De la experiencia de campo, parece que si las gotas de 100 micras son removidas en esta seccin, el extractor de neblina no se inundar y podr remover gotas de entre 10 y 100 micras en dimetro.2.3.2. Tiempo de retencin. El lquido deber ser retenido en el separador por un cierto tiempo hasta que el gas y el lquido lleguen a equilibrarse en condiciones de presin de operacin. Se define el tiempo de retencin como el tiempo promedio que una molcula de lquido es retenida en el recipiente debajo del flujo de tapa. Por lo tanto, el tiempo de retencin es el volumen de almacenamiento de lquido dividido por la tasa de flujo de lquido.2.3.2.1. Tiempo de retencin. CriteriosPara la mayora de las aplicaciones, tiempos de retencin de 30 segundos a 3 minutos son suficientes. Cuando existe petrleo crudo con espuma, tiempos de retencin hasta cuatro veces ms largos pueden ser necesarios.

Para determinar el tamao de un separador, es necesario determinar el largo y dimetro del separador de costura a costura.Esta determinacin debe satisfacer las condiciones de capacidad de gas que permiten que las gotas de lquido caigan del gas al volumen de lquido mientras el gas pasa por el largo efectivo del recipiente.El diseo tambin deber proveer suficiente tiempo de retencin para permitir que el lquido llegue al equilibrio. Las ecuaciones de diseo se aplican para la separacin de gotas de lquido de 100 micras en un recipiente 50% lleno de lquido

Separador Horizontal

Separador Vertical