ES2328359T3 - Un separador de tuberia con separacion mejorada. - Google Patents

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Abstract

Separador de tubería para la separación de petróleo, gas y agua en conexión con la extracción y producción de petróleo y gas de formaciones debajo del lecho marino, comprendiendo el separador de tubería un extenso cuerpo separador tubular (1) con extremos de entrada y salida, siendo un diámetro del cuerpo separador (1) en los extremos de entrada y salida principalmente igual o ligeramente mayor que un diámetro de una tubería de transporte a la que puede conectarse el cuerpo separador, comprendiendo además el separador de tubería un coalescedor electrostático en forma de un tubo (4), incluyendo el coalescedor electrodos adaptados para ser alimentados con una tensión eléctrica a fin de establecer un campo electrostático dentro del tubo y estando incorporado en el cuerpo separador de tubería y constituyendo una parte integrada de éste, caracterizado porque el coalescedor electrostático (4) está situado a cierta distancia de una entrada del cuerpo del separador de tubería donde, en uso, tiene lugar una separación basta del agua y el petróleo, estando provisto el coalescedor de un electrodo superior (12) y un electrodo inferior (13) que forma un campo eléctrico vertical.

Description

Un separador de tubería con separación mejorada.
La presente invención concierne a un separador de tubería para la separación de fluidos, por ejemplo la separación de petróleo, gas y agua en conexión con la extracción y producción de petróleo y gas de formaciones debajo del lecho marino, que comprende un extenso cuerpo separador tubular que tiene un diámetro en los extremos de entrada y de salida que es principalmente equivalente al diámetro de la tubería de transporte a la que está conectado el separador de tubería, un ciclón dispuesto aguas arriba del cuerpo separado para la separación de cualquier gas presente y un coalescedor electrostático dispuesto en conexión con el separador de tubería.
Las solicitudes de patente noruegas nº 19994244, 20015048, 20016216, 20020619 y 20023919 propiedad de la solicitante describen separadores de tubería de la técnica anterior para la separación de petróleo, agua y/o gas en el fondo de un pozo, en el lecho marino o en la superficie, o en una plataforma o similar. En particular, la solicitud de patente nº 20023919 muestra una solución en la que se usa un coalescedor electrostático compacto independiente en conexión con el separador de tubería. El flujo de petróleo desde el separador de tuberías se hace pasar al coalescedor aguas abajo del separador de tubería y seguidamente a un separador adicional de petróleo/agua que retira el agua restante después de la separación en el separador de tubería. Esta solución de la técnica anterior está diseñada particularmente, pero sin limitarse a ellos, para petróleos pesados medios con retirada de agua de la fase de petróleo hasta el 0,5% de agua utilizando un ciclón u otro tipo de separador de gas/líquido para retirar gas antes del separador de tubería.
La solución requiere un separador adicional, lo que es complicado y caro y el propio coalescedor, que es de un tipo vertical, no puede escariarse o despejarse con taco (limpiarse) de la manera convencional. Esto representa también una desventaja considerable de la solución de la técnica anterior.
El documento WO 2001/085297 A1 describe un coalescedor electrostático tal como aquél en el que los electrodos están enrollados helicoidalmente alrededor de una tubería y el campo eléctrico tiene una dirección correspondiente. No tiene lugar ninguna separación antes de que el fluido entre en el coalescedor. El fluido tiene la forma de una dispersión cuando entra en el coalescedor.
La presente invención representa una solución de separación considerablemente simplificada en la que se evitan las desventajas anteriores.
La presente invención se refiere a un separador de tubería para la separación de petróleo, gas y agua en conexión con la extracción y producción de petróleo y gas de formaciones debajo del lecho marino, comprendiendo el separador de tubería un extenso cuerpo separador tubular con extremos de entrada y salida, siendo un diámetro del cuerpo separador en los extremos de entrada y salida principalmente igual o ligeramente mayor que un diámetro de una tubería de transporte a la que puede conectarse el cuerpo separador, comprendiendo además el separador de tubería un coalescedor electrostático en forma de un tubo, incluyendo el coalescedor electrodos adaptados para ser alimentados con una tensión eléctrica con el fin de establecer un campo electrostático dentro del tubo y estando incorporado en el cuerpo del separador de tubería y constituyendo una parte integrada del mismo, caracterizado porque el coalescedor electrostático está situado a cierta distancia de una entrada del cuerpo del separador de tubería donde, en uso, ha tenido lugar una separación basta del agua y el petróleo, estando provisto el coalescedor de un electrodo superior y un electrodo inferior que forman un campo eléctrico vertical.
La presente invención se refiere también a un método para la separación de fluidos, que comprenden petróleo y agua en conexión con la extracción y producción de petróleo y gas a partir de formaciones debajo del lecho marino, comprendiendo el método: hacer pasar el fluido a través de un separador de tubería que comprende un extenso cuerpo separador tubular con extremos de entrada y salida, siendo un diámetro del cuerpo separador en los extremos de entrada y salida principalmente igual o ligeramente mayor que un diámetro de una tubería de transporte a la que puede conectarse el cuerpo separador, comprendiendo además el separador de tubería un coalescedor en forma de un tubo y que incluye electrodos; estando el coalescedor incorporado en el cuerpo separador de tubería y constituyendo una parte integrada de éste; y suministrar a los electrodos una tensión eléctrica para establecer un campo electrostático dentro del tubo; caracterizado porque se coloca el coalescedor electrostático a cierta distancia de una entrada del cuerpo de separador de tubería donde, en uso, tiene lugar una separación basta del agua y el petróleo, estando provisto el coalescedor de un electrodo superior y un electrodo inferior que forman un campo eléctrico
vertical.
Las reivindicaciones subordinadas definen características ventajosas de la presente invención.
La presente invención se describirá con más detalle a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 muestra un croquis elemental de un separador de tubería de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 muestra una parte ampliada del separador mostrado en la figura 1 en el área del coalescedor en una sección transversal a) y una sección longitudinal b).
La solución mostrada en la figura 1 comprende un cuerpo separador tubular 1, una junta de sellado de líquido 6 dispuesta aguas abajo del cuerpo separador para la fase de agua en el fluido (petróleo/agua) que fluye a través del separador, un dispositivo de drenaje 7 con una salida 8 para el agua separada, una batería 5 de tacos de limpieza dispuesta aguas arriba del cuerpo separador en conexión con una cabeza de pozo, un tubo de conexión 10 que conecta la cabeza de pozo al cuerpo separador 1 y una tubería de transporte 11 para petróleo aguas abajo del cuerpo separador. La característica especial de la presente invención es que un coalescedor 4 está incorporado en el cuerpo separador 1 como una unidad integrada. El coalescedor está dispuesto convenientemente a una distancia de entre 1/3 y 1/2 de la longitud del cuerpo separador con respecto a la entrada del cuerpo separador. Sin embargo, su ubicación no está limitada a esto. La figura 2 muestra a gran escala, en sección transversal y en sección longitudinal, la parte del cuerpo separador en la que está incorporado el coalescedor. Como muestra la figura, el coalescedor comprende un electro superior 12 y un electrodo inferior 13 que están encerrados en material convenientemente aislante en la pared 14 del cuerpo separador. Los electrodos están diseñados para que se les aplique una tensión conveniente "V" (tensión CA) (no mostrado con mayor detalle) con el fin de crear un campo eléctrico que contribuye a incrementar la separación del agua del fluido (petróleo y agua) que fluye a través del separador. Como muestra la figura 1, un ciclón 3 (u otro separador de gas/líquido conveniente) está dispuesto aguas arriba del cuerpo separador 1 para retirar cualquier gas del fluido que se produce en los pozos. La intención de retirar el gas es evitar que éste reduzca el efecto del coalescedor, ya que el gas es un conductor eléctrico pobre. Otra intención es impedir la formación de flujo tipo tapón en el separador.
El método de funcionamiento de la solución del separador de acuerdo con la presente invención es, por lo demás, como sigue:
El fluido, es decir, gas, petróleo y agua, que se produce se hace pasar primero al ciclón 3 donde se retira la mayor parte del gas y se la envía a una tubería separada 9, siendo posiblemente reintroducida en la tubería de transporte 11 después del separador.
La fase de líquido, que puede contener pequeñas cantidades de gas, se introduce en el cuerpo separador 1. El agua libre se separará rápidamente y formará una fase de agua debajo de la fase de petróleo. Las burbujas de gas se recogerán en la parte superior del tubo de separador y, dependiendo de su concentración, formarán una fase de gas libre. Cuando se ha completado la separación basta (es decir, la fase de agua está en el fondo, la fase de petróleo con pequeñas gotas de petróleo está en el centro y posiblemente una fase de gas fino está en la parte superior), el fluido pasará al coalescedor integrado 4.
En el coalescedor 4 se creará una caída de tensión principalmente sobre la zona del petróleo debido a que la zona de agua guía corriente y la zona de gas tiene también buenas propiedades de conducción.
La caída de tensión sobre la zona del petróleo (corriente alterna) produce una coalescencia de gotas incrementada y desestabiliza la interfaz de petróleo/agua. Las gotas de agua crecen en tamaño y se separarán rápidamente después de que el fluido haya entrado de nuevo en el elemento separador 1 de la tubería.
En el elemento separador aguas abajo del coalescedor, las gotas de agua coalescidas se separarán y se recogerán en la unidad de recolección 7 donde el agua es drenada hacia fuera a través de la tubería 8. El petróleo seguirá fluyendo más allá de la junta de sellado de agua 6 hasta la tubería de transporte 11.
La presente invención, como se define en las reivindicaciones, no está limitada al ejemplo mostrado y descrito anteriormente. El separador puede estar provisto de dos o más coalescedores 4 dispuestos en serie en el elemento separador 1. Esto puede ser particularmente relevante para petróleos que sean difíciles de separar, tales como petróleos más pesados.
El ciclón 3 puede situarse también en lugares diferentes de la cabeza del pozo como se muestra en la figura 1. Se ha visto que es conveniente que el ciclón esté situado en conexión con un equipo que provoque una alta cizalladura para el fluido, ya que esto produce buenas condiciones de separación. Sin embargo, puede ser relevante ubicar el ciclón en estrecha proximidad de la entrada del separador en situaciones en las que el separador está situado lejos de la cabeza del pozo.

Claims (9)

1. Separador de tubería para la separación de petróleo, gas y agua en conexión con la extracción y producción de petróleo y gas de formaciones debajo del lecho marino, comprendiendo el separador de tubería un extenso cuerpo separador tubular (1) con extremos de entrada y salida, siendo un diámetro del cuerpo separador (1) en los extremos de entrada y salida principalmente igual o ligeramente mayor que un diámetro de una tubería de transporte a la que puede conectarse el cuerpo separador, comprendiendo además el separador de tubería un coalescedor electrostático en forma de un tubo (4), incluyendo el coalescedor electrodos adaptados para ser alimentados con una tensión eléctrica a fin de establecer un campo electrostático dentro del tubo y estando incorporado en el cuerpo separador de tubería y constituyendo una parte integrada de éste, caracterizado porque el coalescedor electrostático (4) está situado a cierta distancia de una entrada del cuerpo del separador de tubería donde, en uso, tiene lugar una separación basta del agua y el petróleo, estando provisto el coalescedor de un electrodo superior (12) y un electrodo inferior (13) que forma un campo eléctrico vertical.
2. Separador de tubería según la reivindicación 1, en el que una junta de sellado de agua (6) está dispuesta aguas abajo del cuerpo separador (1) y un dispositivo (7) está dispuesto en conexión con la junta de sellado de agua para el drenaje del agua que es separada en el cuerpo separador (1).
3. Separador de tubería según la reivindicación 1 o 2, en el que el cuerpo separador (1) comprende dos o más coalescedores dispuestos en serie.
4. Aparato que comprende un separador de tubería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y un dispositivo separador dispuesto aguas arriba del cuerpo separador (1) para la separación de la mayor parte de cualquier gas presente.
5. Aparato según la reivindicación 4, en el que el dispositivo separador es un ciclón (3).
6. Aparato según la reivindicación 5, en el que el ciclón (3) está dispuesto en conexión con una válvula de estrangulación que produce una alta cizallladura para el fluido.
7. Aparato según la reivindicación 5, en el que el ciclón (3) está dispuesto en estrecha proximidad a la entrada del elemento separador (1).
8. Método para la separación de fluidos que comprenden petróleo y agua en conexión con la extracción y producción de petróleo y gas de formaciones de debajo del lecho marino, comprendiendo el método: hacer pasar el fluido a través de un separador de tubería que comprende un extenso cuerpo separador tubular (1) con extremos de entrada y salida, siendo un diámetro del cuerpo separador (1) en los extremos de entrada y salida principalmente igual o ligeramente mayor que un diámetro de una tubería de transporte a la que puede conectarse el cuerpo separador (1), comprendiendo además el separador de tubería un coalescedor en forma de un tubo (4) e incluyendo electrodos, estando el coalescedor incorporado en el cuerpo (1) del separador de tubería y constituyendo una parte integrada de éste; y suministrar a los electrodos una tensión eléctrica para establecer un campo electrostático dentro del tubo; caracterizado porque se coloca el coalescedor electrostático (4) a cierta distancia de una entrada del cuerpo del separador de tubería donde, en uso, tiene lugar una separación basta del agua y el petróleo, estando provisto el coalescedor de un electrodo superior (12) y un electrodo inferior (13) que forman un campo vertical eléctrico.
9. Método según la reivindicación 8, en el que el fluido comprende además gas, comprendiendo el método adicionalmente hacer pasar el fluido a través de un dispositivo separador dispuesto aguas arriba del cuerpo separador (1) con la finalidad de separar la mayor parte de cualquier gas presente antes de hacer pasar el fluido restante a través del separador de tubería.
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