La capacidad de monitorear el nivel de arena en desarenadores, separadores y sistemas de flujo de retorno permite la automatización y una mayor eficiencia de los procesos de eliminación de arena y un mejor uso y vida útil de los equipos.
Introducción
La producción de arena es una de las principales preocupaciones en la industria del petróleo y el gas. La arena se crea a partir de fluidos y rocas extraídas de los pozos. Como consecuencia de la presencia de arena, el proceso general de transporte y transformación se ve afectado por el deterioro de los equipos (pozo, tuberías, tuberías, válvulas, estrangulador, separador), paradas de producción, disminución del ritmo de producción, mantenimiento temprano, etc. Por lo tanto, se dedica al manejo y control de la arena en el campo.
La producción de arena es un problema presente en el lado Upstream de Petróleo y Gas, que se ocupa de la exploración, extracción y producción de petróleo crudo y gas. Después de perforar y examinar un pozo con una cantidad de hidrocarburos económicamente extraíble, se utilizan bocas de pozo para controlar la tasa y las condiciones de extracción. Luego se utilizan separadores monofásicos o multifásicos para obtener los hidrocarburos necesarios para su refinación o procesamiento, lo que se conoce como el lado Downstream de la industria.
En este artículo se describe la Rheonics Sensor SDP de Detección de Arena y cómo se utiliza para monitorear el nivel de arena en los equipos de separación de arena, permitiendo acciones rápidas para un mejor manejo de la arena.
Rheonics Los sensores también se utilizan para monitor de peso del lodooring de fluidos de perforación en tiempo real en los sitios de perforación.
Figura 1: Descripción general de la extracción de petróleo y gas y la producción de arena
Monitor de nivel de gestión de arenaoring Y control
La gestión de arena se relaciona con el "ciclo de vida de la arena", que incluye procedimientos tales como predicciones modeladas iniciales, monitorización real.oringy disposición final de los acumulamientos de arena, considerando los aspectos ambientales, de seguridad y económicos.
Durante el manejo de arena las acciones requeridas son: separación, recolección, limpieza, medición y monitoreo.oring.
Separadores de Arena
La separación es un proceso utilizado para aislar los sólidos del líquido contenido en el fluido multifásico proveniente del pozo. Equipo utilizado para la separación de arena, también conocido como. Los desarenadores pueden ser recipientes por gravedad (es decir, desarenador de agua libre (FWKO) con un chorro de arena), desarenador con trampa de arena, hidrociclón o sistemas de filtrado.
Estos desarenadores varían en diseños, tamaños y principios de funcionamiento. La selección depende de la capacidad requerida, el caudal, el tamaño de los sólidos, la ubicación en la línea de producción, el impacto económico, etc. Existen diferentes estilos de desarenadores adecuados para casos de uso específicos, como desarenadores de revestimiento múltiple, desarenadores de inserción, etc.
desarenador de boca de pozo son separadores ciclónicos multifásicos de suelo y fluido diseñados para tratar el flujo total del pozo. Pueden trabajar con corrientes mixtas de petróleo, gas y agua y pueden operar con fracciones vacías de gas completas y se utilizan tanto en pozos de gas como de petróleo. Se utilizan tanto para manejar la producción temporal de sólidos durante las pruebas y limpieza de pozos como para el procesamiento permanente de producción de arena. Están construidos para cumplir con las clasificaciones de diseño ASME y API-6A.
El próximo la figura muestra desarenadores comunes utilizados en diferentes ubicaciones y donde están en línea Rheonics Se pueden utilizar sensores.
La instalación de un desarenador se puede definir por su ubicación relacionada con la válvula de estrangulación. Las válvulas de estrangulamiento se utilizan para controlar el caudal y la presión en la línea. Los desarenadores ubicados antes del estrangulador o en la boca del pozo protegen todos los equipos aguas abajo (incluido el estrangulador de la boca del pozo), pero requieren un diseño de alta presión. Los desarenadores ubicados después del estrangulador requieren índices de presión mucho más bajos, pueden ser más baratos, pero no protegerán el estrangulador (se requiere mantenimiento o reemplazo) y generalmente tienen dimensiones más grandes.
Una ventaja adicional de los desarenadores instalados antes del estrangulador de boca de pozo es que la arena filtrada suele ser más limpia, con un bajo porcentaje de hidrocarburos (hasta 0.5% de concentración en peso – kg de petróleo por kg de arena seca) [5].
Hidrociclones:
Un dispositivo separador ciclónico, también llamado “desarenador”, “ciclón desarenador” o “hidrociclón desarenador”, utiliza un flujo giratorio con el fluido multifásico efluente para capturar y separar sólidos. Las fuerzas centrífugas obligan a los sólidos, como la arena, a moverse cerca de la pared y son arrastrados por la gravedad a lo largo del recipiente de forma cónica como flujo inferior. Durante este proceso, se induce la salida de un flujo de fluido limpio, agua o hidrocarburos del recipiente por la parte superior, en el centro del flujo arremolinado.
El flujo inferior con los sólidos filtrados se almacena en una sección de acumulación debajo, que puede ser integral o separada del ciclón.
Un problema conocido con los separadores ciclónicos es la acumulación o solidificación de arena que puede obstruir el sistema. Esto puede suceder si la velocidad a la que se crea la arena excede la velocidad a la que se elimina a través de tuberías y válvulas. Las válvulas de descarga con un ciclo abierto predefinido son ineficaces ya que la formación de arena puede no ser constante y con frecuencia varía. Si la válvula se abre cuando no se forma arena, el fluido efluente multifásico puede pasar directamente por el flujo inferior, perdiendo el producto. Si se abre demasiado tarde, la arena llenará el recipiente, comprometiendo las operaciones generales.
Dejar la válvula de descarga del acumulador un poco abierta produce una pérdida continua de líquido y erosión en la válvula de descarga. Para operaciones de baja presión (<100 psig en la entrada), a menudo se utiliza este método de operación. Sin embargo, para operaciones de alta presión (>100 psig), o flujo multifásico con aceite en la corriente de fluido, o sólidos muy abrasivos, o problemas con el manejo de grandes volúmenes de líquidos descargados, abrir la válvula de descarga no es una solución razonable (4) .
Una solución mejorada es utilizar líneas de flujo o líneas de flujo en el recipiente. Usando sensores de presión, se puede detectar la diferencia de presión creada por la acumulación de arena y la línea de flujo crea un flujo descendente evitando la obstrucción de arena. Sin embargo, estos también resultan ineficaces si la tasa de formación de arena es demasiado alta.
Los operadores pueden monitorear la producción de arena en separadores y cualquier otro equipo, utilizando una variedad de técnicas, como análisis de muestras de fluidos, simulaciones numéricas y otras técnicas de medición indirecta además de sensores de medición directa del nivel de arena como Rheonics Sonda de Detección de Arena SRV-SDP. El objetivo en todos estos casos es identificar y abordar los problemas de producción de arena desde el principio y, en algunos casos, automatizar la eliminación de arena.
Figura 5: Línea de flujo en desarenadores
Necesidad de monitorización en tiempo realoring de nivel de arena
El uso de equipos para monitorear el nivel o la concentración de arena permite al usuario:
- Identificar acumulaciones de arena sin intervención humana
- Programar mantenimiento y limpieza de equipos.
- Tome medidas desde el principio (antes de que los depósitos de arena causen daños graves)
- Planificar mejoras en el proceso
- Analizar las tendencias de la tasa de erosión.
- Estabilice los sótanos para un control total de la automatización
- Reducir la necesidad de controles visuales y supervisión humana.
- Mejorar la seguridad de la operación y la seguridad del personal en el sitio.
Diferentes estrategias para el monit de arena.oring
Algunas tecnologías utilizadas para el monit de arena.oring se enumeran en la siguiente tabla.
Tabla 1: Tecnologías de sensores para monitorización de arenaoring
| Tecnología | Descripción | Para Agencias y Operadores | Desventajas |
|---|---|---|---|
| Sensores acústicos | No intrusivo Mide las ondas sonoras generadas por la arena debido a las partículas que golpean la superficie de un pozo, tubería o cualquier equipo. | Fácil de instalar en múltiples puntos de producción. Útil para identificar lugares de concentración y, hasta cierto nivel, el tamaño de las partículas. | Afectado por flujo de fluido, burbujas, vibración externa, etc. Difícil de calibrar: falta de equipos de calibración confiables. No funciona a altas presiones o cuando hay depósitos en el transductor. |
| Sondas de erosión | Sonda intrusiva e invasiva. Mide las diferencias de resistencia eléctrica debido a la pérdida de material de la superficie metálica de la sonda provocada por el impacto de la arena. | Proporciona información directa y cuantitativa sobre la cantidad y distribución de la producción de arena. Se utiliza como muestra de posibles daños al equipo. | Afectados por corrosión, incrustaciones o taponamiento. El rendimiento y la durabilidad se ven comprometidos. Necesita vigilancia cercanaoring para reemplazar. La sensibilidad de la medición se ve comprometida debido a artefactos en el proceso. |
| Sensor de concentración de arena | Mide la resistencia eléctrica o capacitancia del fluido, que se espera que esté relacionada con la concentración de arena y el caudal másico en el fluido. | Ofrece datos continuos y en tiempo real. Alerta de cualquier cambio o anomalía. | Influenciado por otras propiedades del fluido, como la temperatura, la presión y la salinidad. La sensibilidad y la confianza de las mediciones se ven gravemente afectadas por artefactos del proceso como los depósitos. |
| Sondas ultrasónicas | No intrusivo ni invasivo El sensor funciona enviando ondas sonoras y determina el tiempo en el que regresan. Funciona como un radar para determinar si se forman sólidos en una determinada sección del equipo. | Proporciona información en tiempo real sin ser intrusivo. Maneja vibraciones, radiación infrarroja, ruido ambiental y radiación EMI (interferencia electromagnética). | Las lecturas pueden verse afectadas por las propiedades externas de los fluidos. Requiere calibración en campo para cada instalación a menos que se utilice una celda de flujo o carcasa específica. Gravemente afectado por depósitos en la pared y necesita recalibración para funcionar con las condiciones cambiantes de la pared del vaso. |
| Sondas de vibración | Intrusivo e invasivo Opera a una frecuencia determinada y detecta los cambios o desviaciones de frecuencia cuando está en contacto con fluidos y sólidos. | Detecta acumulaciones con el tiempo. Se puede configurar como alarma de nivel. Puede detectar la corrosión | Puede estar taponado por depósitos. |
Rheonics SDP - Sonda de detección de arena
Rheonics SDP es una sonda de detección de arena en línea basada en Rheonics viscosímetro SRV. El sensor SDP se utiliza junto con el software Ostrich (Rheonics Software de detección de nivel de arena) para la detección en vivo de arena en el campo en equipos separadores, incluidos los separadores ciclónicos.
Rheonics El SDP se puede utilizar para monitorear el nivel de arena en equipos de la industria del petróleo y el gas, como los separadores. Esto ayuda a proteger los elementos de producción en la superficie (petróleo y gas) y en el lado submarino (equipos submarinos).
El funcionamiento del sensor se basa en un resonador torsional que detecta los cambios de viscosidad y densidad de un fluido monofásico o multifásico. El sensor percibe la amortiguación inducida por el fluido en el que está sumergido y su impacto en la frecuencia de resonancia.
El SDP está configurado para sostener las condiciones de trabajo del sistema, para altas presiones de hasta 10 psi, con versiones disponibles para 15 psi y 25 psi. La sonda del sensor también podría montarse con diferentes conexiones de proceso como bridas API, Grayloc, Hammer Union, etc. Esto ayuda en la integración del sensor SDP en diferentes desarenadores y tuberías y depósitos aguas arriba o intermedias.
Tabla 2: Especificaciones Rheonics Sonda de detección de arena – SDP
| Rheonics Sonda de detección de arena - SDP | |
|---|---|
| Longitud de extensión | Diseño |
| Proceso de conexión | Diseño |
| Máx. Variantes de clasificación de presión | 10,000 psi (690 bar, 69 MPa) 15,000 psi (1035 bar, 103 MPa) 25,000 psi (1724 bar, 172 MPa) |
| Material | Acero inoxidable 316 Hastelloy C22 disponible para ambientes de alta corrosión |
| Certificaciones | Ex (ATEX, IECEx, JPEx, etc.) |
| Dibujo | Rheonics Dibujo SDP |
Figura 6: Rheonics SDP – Sonda de Detección de Arena
Visite el siguiente artículo para conocer un caso de instalación del Medidor de densidad y viscosidad SRD en oleoductos y gasoductos según estándares API.
Instalación de la sonda de detección de nivel de arena SDP
Como se muestra en las Figuras 2, 4 y 5, el sensor SDP se puede instalar en diferentes puntos, o tipos de desarenador, de la sección aguas arriba de petróleo y gas.
El sensor SDP se puede utilizar para detectar la presencia de arena o partículas que podrían “cementarse” y obstruir la salida de flujo inferior de los desarenadores. El sensor se coloca a una altura predefinida en el desarenador que indicaría si el nivel y el volumen de arena son lo suficientemente altos como para alertar que se necesita acción por parte del controlador (por ejemplo, PLC) y del actuador (por ejemplo, válvula) para eliminar la arena. Se pueden usar dos sondas para señalar niveles bajos y altos para una mejor automatización del control de la válvula de eliminación de arena y evitar que cualquier fluido salga del recipiente en la línea de salida de sólidos.
Las lecturas SDP del nivel de arena proporcionan información sobre el nivel de depósitos sólidos en un fluido multifásico. Por ejemplo, si el fluido está compuesto principalmente de agua, el sensor genera una lectura de aproximadamente 1-2cP. Pero cuando se presentan partículas o fluidos adicionales (es decir, arena, aceite, etc.), las lecturas cambian significativamente.
Aplicaciones:
Automatizar la eliminación de sólidos del acumulador en desarenadores y separadores utilizados para
- Perforación de petróleo y gas
- Eliminación de arena producida
- Operaciones de prueba de pozos
- Limpieza de tubería flexible
- Operaciones de perforación bajo balance
- Tratamiento de aguas residuales
- Tratamiento de aguas de procesos industriales
- Tratamiento de escorrentía de aguas pluviales
- Planta desalinizadora
- Instalación de reciclaje
Beneficios:
- Diseño compacto y robusto
- Sin piezas móviles, sin mantenimiento ni servicio
- Reduce el costo de operación del desarenador, lo que hace que la producción de pozos con alto contenido de arena sea económica
- Reduce la erosión de sólidos de la válvula de descarga del acumulador mediante activación basada en eventos.
- Ayuda a reducir la contaminación por aceite de la arena, evitando la formación de lodos y alivia los problemas difíciles de acumulación de sólidos.
operaciones:
- Disponible en una amplia gama de tamaños y presiones nominales.
- Disponible con bridas que cumplen con ASME y API 6-A y otras conexiones de proceso
- No se necesita puesta en marcha ni calibración in situ
- Viene con monitor de nivel de arena.oring Software con alertas y niveles de alarma fáciles de configurar.
- También es posible activar la válvula de descarga del acumulador directamente desde el sistema de sensores.
- Sin pérdida de presión operativa debido a la instalación del sensor en el desarenador o acumulador
Instalación y soporte:
- Fáciles de instalar
- Sonda de sensor diseñada para adaptarse a cualquier puerto del desarenador.
- EX certificado
- No es necesario poner en marcha ni calibrar
- Modo de prueba para comprobar el funcionamiento y la sensibilidad del sensor.
- Soporte global con diagnóstico remoto y configuración de los sensores.
Sistema automatizado de eliminación de arena
El Rheonics La sonda de detección de nivel de arena, SDP, lidera el camino para la eliminación automatizada de acumulaciones de arena en desarenadores y separadores utilizados en la industria del petróleo y el gas. Esto se realiza detectando la presencia en la línea de arena o sólidos antes de que causen daños graves al equipo, y enviando una señal para activar una válvula en la línea de fondo para el transporte de arena y su posterior remoción.
Figura 7: Control de remoción de arena con Rheonics Sonda de detección de arena SRV-SDP
Numerosas empresas fabrican y operan Desanders para diversas aplicaciones industriales. Algunos en:
- Control de sólidos GN
- Corporación Derrick
- Sulzer
- Schlumberger
- Expro
- Técnica FMC
- tecnología de proceso electrónico
- FLSmidth
- CampeónX
- EnFloTech (tecnología desarenadora utilizada para extraer minerales pesados del molino durante el proceso de molienda)
Observación
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Referencias
- Boca de pozo – Wikipedia
- Investigación de los fenómenos de producción de arena: una evaluación de experimentos de laboratorio y modelos analíticos pasados y emergentes
- Tecnología de hidrociclón para romper la consolidación y desarmar el hidrato de gas natural
- Desarenador líquido: equilibrio de flujo Apex (B-FSM069)
- Aplicación de la tecnología de desarenador multifásico a la producción de petróleo y gas
