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SeparadoresSeparadores

Introduction to Gravity SeparationIntroduction to Gravity Separation

Types of SeparatorTypes of Separator ‘‘2-Phase’, Gas, Liquid (eg, Degasser)2-Phase’, Gas, Liquid (eg, Degasser) ‘‘3-Phase’, Gas, Oil, Water (eg FWKO’s, Production Sep’s)3-Phase’, Gas, Oil, Water (eg FWKO’s, Production Sep’s) ‘‘4-Phase’, Gas, Oil, Water, Sand4-Phase’, Gas, Oil, Water, Sand

‘‘Driving Force’ for separationDriving Force’ for separation Density difference between phasesDensity difference between phases Smaller difference = harder to separate = larger vesselsSmaller difference = harder to separate = larger vessels

Other FactorsOther Factors Flow rateFlow rate Viscosity – higher viscosity = harder to separateViscosity – higher viscosity = harder to separate Temperature – higher temperature reduces viscosityTemperature – higher temperature reduces viscosity Outlet SpecificationOutlet Specification

Introduccion a la Separacion por Introduccion a la Separacion por GravedadGravedad

Tipos de SeparadorTipos de Separador ‘‘2-Fases’, Gas, Liquido 2-Fases’, Gas, Liquido ‘‘3-Fases’, Gas, Crudo, Agua (ej: FWKO’s, Separadores de 3-Fases’, Gas, Crudo, Agua (ej: FWKO’s, Separadores de

ProduccionProduccion ‘‘4-Fases’, Gas, Crudo, Agua, Arena4-Fases’, Gas, Crudo, Agua, Arena

““Fuerza de Transmision” para separarFuerza de Transmision” para separar Diferencia de densidad entre fasesDiferencia de densidad entre fases Diferencia mas baja = mas dificil de separar = Diferencia mas baja = mas dificil de separar =

separadores mas grandesseparadores mas grandes Otros FactoresOtros Factores

Rata de FlujoRata de Flujo Viscosidad – Viscosidad mas Alta = Mas dificil de separarViscosidad – Viscosidad mas Alta = Mas dificil de separar Temperatura –Temperature mas alta reduce viscosidadTemperatura –Temperature mas alta reduce viscosidad Especificacion de Salida (producto)Especificacion de Salida (producto)

Typical 2 Phase SeparatorsTypical 2 Phase Separators

Used for Gas Liquid SeparationUsed for Gas Liquid Separation Generally Horizontal vessels used for low Gas / Liquid Generally Horizontal vessels used for low Gas / Liquid

ratio’s, Vertical for high Gas / Liquid ratio’sratio’s, Vertical for high Gas / Liquid ratio’s

LI QUI D PHAS E

GAS PHAS E

I NLET GAS OUTLET

LI QUI D OUTLET LI QUI DPHAS E

GASPHAS E

I NLET

GASOUTLET

LI QUI DOUTLET

Tipicos Separadores de 2 FasesTipicos Separadores de 2 Fases

Utilizado para la separacion de gas y liquidoUtilizado para la separacion de gas y liquido Generalmente se utiliza separadores horizontales para Generalmente se utiliza separadores horizontales para

bajos radios de Gas/Liquido, verticales para altos radios bajos radios de Gas/Liquido, verticales para altos radios de Gas / Liquido.de Gas / Liquido.

Fase Liquida

Fase de Gas

Entrada Salida del Gas

Salida de Liquido Fase Liquida

Fase deGasEntrada

Salida de Gas

Salida de Liquido

Typical 3-Phase SeparatorsTypical 3-Phase Separators

Overflowing Weir Type Overflowing Weir Type Original 3-Phase DesignOriginal 3-Phase Design Uses large oil skimming weir / large oil compartmentUses large oil skimming weir / large oil compartment Still requested by many customersStill requested by many customers

WATER PHAS E

OI L PHAS E

GAS PHAS E

I NLET GAS OUTLET

OI L OUTLETWATER OUTLET

Tipo vertedero de sobreflujo Tipo vertedero de sobreflujo Original diseno de 3 fasesOriginal diseno de 3 fases Utiliza un grande despumador de petroleo / grande compartimiento de Utiliza un grande despumador de petroleo / grande compartimiento de

petroleopetroleo Aun es requerido por varios clientesAun es requerido por varios clientes

Fase de Agua

Fase de PetroleoFase de Gas

Entrada Salida de Gas

Salida de Petroleo

Salida deAgua

Tipicos Separadores de 3 FasesTipicos Separadores de 3 Fases

Typical 3-Phase SeparatorsTypical 3-Phase Separators

Submerged Weir TypeSubmerged Weir Type Uses smaller ‘water weir’Uses smaller ‘water weir’ Makes greater use of vessel volume for separationMakes greater use of vessel volume for separation Generally vessel can be smaller than overflow weir typeGenerally vessel can be smaller than overflow weir type

WATER PHAS E

OI L PHAS E

GAS PHAS E

I NLET GAS OUTLET

OI L OUTLETWATER OUTLET

Tipo Vertedero SumergidoTipo Vertedero Sumergido Utiliza un pequeno vertedero de aguaUtiliza un pequeno vertedero de agua Utiliza un volumen mas grande en el separadorUtiliza un volumen mas grande en el separador Generalmente el separador puede ser mas pequeno que el tipo Generalmente el separador puede ser mas pequeno que el tipo

vertedero de sobreflujovertedero de sobreflujo

Fase de Agua

Fase de Crudo

Fase de Gas

Entrada Salida de Gas

Salida deCrudo

Salida deAgua

Tipicos Separadores de 3 FasesTipicos Separadores de 3 Fases

Vessel InternalsVessel Internals

Vaned Inlet Deflector

Foam InhibitingPack

'Interceptor'Plate PackInlet Perforated

Baffle Plate

Sand Wash Headers

PerforatedBaffle Plate

Longidutinal Baffles

AdjustableWeir Plate

VortexBreaker

Vane Demisters(in 'V' shaped housing)

VortexBreaker

PerforatedBaffle Plate

GASOUTLET

WATEROUTLET

OILOUTLET

Entrada

Vane profile from above

Vane profile from above

Baffle profile from end

Plate profile from end

Nozzle profile from end

Baffle profile from end

Inlet DevicesInlet Devices

No Inlet Device!No Inlet Device! Requires large nozzle/very low velocitiesRequires large nozzle/very low velocities Creates spray, turbulence etcCreates spray, turbulence etc

Simple Plate DeflectorSimple Plate Deflector Most basic type deviceMost basic type device Breaks momentum of incoming flowBreaks momentum of incoming flow Still considerable spray / shearing of fluidStill considerable spray / shearing of fluid

Vaned Inlet deviceVaned Inlet device Good momentum breaker, with low pressure dropGood momentum breaker, with low pressure drop Controlled introduction of fluid into vesselControlled introduction of fluid into vessel

Cyclonic Inlet DeviceCyclonic Inlet Device Excellent suppression of foam / sprayExcellent suppression of foam / spray Higher pressure drop (approx 0.5 bar)Higher pressure drop (approx 0.5 bar) ExpensiveExpensive

Dispositivos de EntradaDispositivos de Entrada

No Dispositivos de Entrada!No Dispositivos de Entrada! Requiere boquilla grande/muy bajas velocidadesRequiere boquilla grande/muy bajas velocidades Crea pulverizacion, turbulencia etcCrea pulverizacion, turbulencia etc

Plato deflector SimplePlato deflector Simple El mas basico tipo de dispositivoEl mas basico tipo de dispositivo Rompe el momento de flujo entranteRompe el momento de flujo entrante Aun crea considerable pulverizacion / corte de fluidoAun crea considerable pulverizacion / corte de fluido

Dispositivo de Entrada de VeletaDispositivo de Entrada de Veleta Buen momento de rompimiento, con baja caida de presionBuen momento de rompimiento, con baja caida de presion Controlada entrada de fluido dentro del separadorControlada entrada de fluido dentro del separador

Dispositivo de Entrada CiclonicoDispositivo de Entrada Ciclonico Excelente supresion de espuma / rocioExcelente supresion de espuma / rocio Mas alta caida de presion (aprox 0.5 bar)Mas alta caida de presion (aprox 0.5 bar) CostosoCostoso

Cyclonic inletsCyclonic inlets

Entrada CiclonicasEntrada Ciclonicas

Coalescing MediaCoalescing Media

Used to enhance separation in high outlet spec. Used to enhance separation in high outlet spec. applicationsapplications

Plate PacksPlate Packs Available in 45° or 60° versions (60° for high solid apps.)Available in 45° or 60° versions (60° for high solid apps.) Robust constructionRobust construction

Maloney ‘Interceptor’ PlatesMaloney ‘Interceptor’ Plates Good tolerance to sand /solidsGood tolerance to sand /solids Simple, cheap constructionSimple, cheap construction

‘‘Clean-Knit’ CoalescersClean-Knit’ Coalescers Mesh type coalescerMesh type coalescer

Structured PackingStructured Packing Excellent coalescing effect due to large surface areaExcellent coalescing effect due to large surface area Prone to blockage with solidsProne to blockage with solids Use with low fluid velocities onlyUse with low fluid velocities only

Coalescencia Coalescencia

Utilizados para mejorar la separacion en aplicaciones Utilizados para mejorar la separacion en aplicaciones de altas especificaciones de entrada.de altas especificaciones de entrada.

Empaques de platosEmpaques de platos Disponible en versiones de 45° o 60° (60° para aplicaciones de Disponible en versiones de 45° o 60° (60° para aplicaciones de

alto contenido de solidos.)alto contenido de solidos.) Construcion fuerteConstrucion fuerte

Platos ‘Interceptores’ MaloneyPlatos ‘Interceptores’ Maloney Buena tolerancia para arenas/solidosBuena tolerancia para arenas/solidos Simple, economica construcionSimple, economica construcion

Coalescedores ‘Clean-Knit’ Coalescedores ‘Clean-Knit’ Coalescedor tipo mallaCoalescedor tipo malla

Empaquetado EstructuradoEmpaquetado Estructurado Excellente efecto de coalescencia debido a su gran superficie Excellente efecto de coalescencia debido a su gran superficie

de areade area Propenso a bloquearse con solidosPropenso a bloquearse con solidos Utilizado con bajas velocidades de fluido solamenteUtilizado con bajas velocidades de fluido solamente

Empaques CoalescedoresEmpaques Coalescedores

Empaques de PlatosEmpaques de Platos

Platos InterceptoresPlatos Interceptores ‘‘Clean-Knit’Clean-Knit’

Coalescing PacksCoalescing Packs

Plate PacksPlate Packs

Interceptor PlatesInterceptor Plates ‘‘Clean-Knit’Clean-Knit’

DemistersDemisters

Outlet shroudOutlet shroud very simple deflector, low level demisting, no guarantee!very simple deflector, low level demisting, no guarantee!

Mesh PadsMesh Pads reliable, simple design, droplet removal down to 10 reliable, simple design, droplet removal down to 10

micron, good turndown (0%)micron, good turndown (0%) large area required, can be prone to blockagelarge area required, can be prone to blockage

Vane demistersVane demisters more compact than mesh, droplet removal down to 10 more compact than mesh, droplet removal down to 10

micron, reasonable turndown (~20%), low pressure dropmicron, reasonable turndown (~20%), low pressure drop fall off in performance at high pressuresfall off in performance at high pressures

Cyclonic demistersCyclonic demisters most compact design, droplet removal to 8-10 micronmost compact design, droplet removal to 8-10 micron high pressure drop, poor turndown (~40%)high pressure drop, poor turndown (~40%)

Extractor de NeblinaExtractor de Neblina

Anillo de SalidaAnillo de Salida Deflector muy simple,extractor de bajo nivel, no garantia!Deflector muy simple,extractor de bajo nivel, no garantia!

MallaMalla Confiable, diseno simple, removedor de gotas hasta 10 Confiable, diseno simple, removedor de gotas hasta 10

micrones, capacidad minima excelente (0%)micrones, capacidad minima excelente (0%) Requiere gran area, puede ser propenso a bloquearseRequiere gran area, puede ser propenso a bloquearse

Extractores de VeletaExtractores de Veleta Mas compacto que la malla, removedor de gotas hasta 10 Mas compacto que la malla, removedor de gotas hasta 10

micrones,capacidad minima razonable (~20%), baja caida de micrones,capacidad minima razonable (~20%), baja caida de presionpresion

Disminuye su desempeno a altas presiones at high pressuresDisminuye su desempeno a altas presiones at high pressures

Extractores CiclonicosExtractores Ciclonicos Diseno mas compacto, remocion de gotas hasta 8-10 micronesDiseno mas compacto, remocion de gotas hasta 8-10 micrones Alta caida de presion, capacidad minima pobre (~40%)Alta caida de presion, capacidad minima pobre (~40%)

Calculation MethodsCalculation Methods

Calculate minimum droplet sizes (water in Calculate minimum droplet sizes (water in oil, oil in water and gas in oil) which will be oil, oil in water and gas in oil) which will be 100% separated, using Stokes law100% separated, using Stokes law

Correlate the droplet size to a performance Correlate the droplet size to a performance using proprietary datausing proprietary data

H H oiloil

H H waterwater

Metodos de calculosMetodos de calculos

Calcular el tamano minimo de las gotas Calcular el tamano minimo de las gotas (agua en petroleo, petroleo en agua y gas (agua en petroleo, petroleo en agua y gas en petroleo) el cual sera 100% separado, en petroleo) el cual sera 100% separado, usando la Ley de Stokes usando la Ley de Stokes

Correlacionar el tamano de las gotas usando Correlacionar el tamano de las gotas usando correctamente la informacioncorrectamente la informacion

H H oiloil

H H waterwater

Stokes LawStokes Law

V is calculated by V is calculated by knowing the height of knowing the height of each phase (Heach phase (Hoiloil & H & Hwaterwater) ) and the horizontal and the horizontal velocity (and hence velocity (and hence time in the separation time in the separation zone).zone).

dd is then calculated is then calculated using the equationusing the equation

V = settling V = settling velocityvelocity

F = force of F = force of gravitygravity

ww = water density = water density

oo = oil density = oil density

= water = water

viscosityviscosity

μ

)ρ(ρdFV

ow

2

Leyes de StokesLeyes de Stokes

V es calculata V es calculata conociendo la altura de conociendo la altura de cada fase (Hcada fase (Hoiloil & H & Hwaterwater) y ) y la velocidad horizontal la velocidad horizontal (y el tiempo en la zona (y el tiempo en la zona de separation).de separation).

dd es entonces usando la es entonces usando la ecuacionecuacion

V = velocidad fijaV = velocidad fija

F = fuerza de gravedadF = fuerza de gravedad

ww = densidad del agua = densidad del agua

oo = densidad del petroleo = densidad del petroleo

= viscosidad del agua= viscosidad del agua

μ

)ρ(ρdFV

ow

2

Typical Design Parameters for 2 Typical Design Parameters for 2 Phase VesselsPhase Vessels

Residence time – 1-2 minutesResidence time – 1-2 minutes

Fluid velocity – up to 0.15m/s (30ft/min)Fluid velocity – up to 0.15m/s (30ft/min)

Typical performanceTypical performance <0.1 US gal / MMSCF (13 litres / MMSCM)<0.1 US gal / MMSCF (13 litres / MMSCM) Gas Carry-under < 1%Gas Carry-under < 1%

Tiempo de residencia – 1-2 minutosTiempo de residencia – 1-2 minutos

Velocidad de Fluido – hasta 0.15m/s (30 Velocidad de Fluido – hasta 0.15m/s (30 pies/min)pies/min)

Tipico DesempenoTipico Desempeno <0.1 US gal / MMSCF (13 litros / MMSCM)<0.1 US gal / MMSCF (13 litros / MMSCM) Arrastre de gas < 1%Arrastre de gas < 1%

Tipicos Parametros de Diseno para Tipicos Parametros de Diseno para Separadores de 2 Fases Separadores de 2 Fases

Tipicos Parametros de Diseno para Tipicos Parametros de Diseno para Separadores de 3 Fases Separadores de 3 Fases

Tiempo de residencia – 3-5 minutos para petroleo Tiempo de residencia – 3-5 minutos para petroleo liviano, 5-10 mins para gravedad media, 15 mins + liviano, 5-10 mins para gravedad media, 15 mins + para petroleo pesadospara petroleo pesados

Velocidad de fluido – hasta 0.05m/s (10 pies/min) Velocidad de fluido – hasta 0.05m/s (10 pies/min) mas bajo cuando se utiliza coalescedormas bajo cuando se utiliza coalescedor

Tipico DesempenoTipico Desempeno Agua en Petroleo 5-10% (baja hasta 0.5-1% en el mejor)Agua en Petroleo 5-10% (baja hasta 0.5-1% en el mejor) Agua en Petroleo 1000 ppm (puede bajar hasta 2-300ppm)Agua en Petroleo 1000 ppm (puede bajar hasta 2-300ppm) <0.1 US gal / MMSCF (13 litros / MMSCM)<0.1 US gal / MMSCF (13 litros / MMSCM) Arrastre gas < 1%Arrastre gas < 1%

Typical Separation TrainTypical Separation Train

Produced Well Fluid

GasTreating

H2O

Dry Oil

Solids

Dirty H2O

Raw Gas

H2O

Wet Oil

Separator

Fired Heater(or S&T)

Treater/Dehydrator

Electrostatic Desalter

Gas

Oil

H2O

N2

C1+

H2S

CO2

Export Oil

Wash Water

AdditionalHeating ?

WaterTreating

Inlet – can be up Inlet – can be up to 90% waterto 90% water

11stst Stage Stage Outlet – 10-Outlet – 10-20% water20% water 22ndnd Stage Stage

Outlet – 5-Outlet – 5-10% water10% water

Export Oil – Export Oil – <0.5% water<0.5% water

Tipico Tren de Separacion Tipico Tren de Separacion

Fluido producido del pozo

Tratamiento de Gas

H2O

Crudo Deshid.

Solidos

H2O Sucia

Petroleo crudo

H2O

Crudo con agua

Separador

Calentador

DeshidratadorDesalter

Eelectrostatico

Gas

Petroleo

H2O

N2

C1+

H2S

CO2

Petroleo

Agua

CalentamientoAdicional ?

Tratamiento deAgua

Entrada – puede Entrada – puede ser hasta 90% ser hasta 90%

de aguade agua

11rara Etapa Etapa Salida – 10-Salida – 10-

20% de 20% de AguaAgua

22dada Etapa Etapa Salida – 5-Salida – 5-

10% de 10% de AguaAgua

Petroleo Petroleo bombeado bombeado – <0.5% de – <0.5% de

aguaagua