Diseño, construcción y evaluación de Trampas de Arena

La problemática de arena asociada a la producción de crudo en el Distrito Morichal (Venezuela), trae como consecuencia a nivel de superficie, impactos considerables sobre las facilidades de producción. El trabajo realizado, consistió en diseñar un sistema capaz de retener la arena (a nivel de superficie), antes que pudiese causar daños a equipos vitales para la operaciones de manejo de crudo, el equipo que se construyó finalmente fue de un diseño bastante sencillo y compacto, siendo su principio de captura de arena el cambio de dirección en el vector velocidad de fluido, con la particularidad de contar con un área de almacenamiento de sólidos. Esto último, permite que la remoción de sólidos retenidos sea realizada sin afectar la operación del sistema. Los resultados obtenidos, con el prototipo instalado en la línea de succión de 16” de una bomba de transferencia de crudo en una estación de flujo, permitieron incrementar la vida útil del sistema que protege en un 300%, con ahorros en mantenimiento de 28000 US$ al año y evitando una producción diferida de 18000 Barriles de crudo al año.
Introducción
La trampa de arena diseñada, es un equipo de superficie que permite remover gran parte de la arena contenida en los fluidos de producción de crudo. La misma consiste en dos segmentos de tubería, una ubicada por encima de la otra y unidas por tramos verticales, en los que se encuentran las válvulas de aislamiento. La sección superior de la trampa, se denomina “Zona de Asentamiento” y está conectada directamente a la corriente de fluido a tratar, siendo esta sección donde produce la separación Sólido – Liquido, mediante un cambio en la dirección del vector de velocidad del fluido.
El fluido que abandona la trampa entra nuevamente al proceso con un mínimo porcentaje de arena, mientras que la arena separada pasa a la sección inferior denominada “Zona de Almacenamiento” de sólidos, a través de bajantes verticales (Unica conexión con el proceso). Al cerrar las válvulas de aislamiento se puede retirar la arena sin poner el equipo y el proceso fuera de servicio. Este equipo se puede ubicar en una Estación de Flujo, aguas arriba de todo sistema que se desee proteger de los daños producidos por la arena.
Desarrollo
La arena presente en los fluidos de producción, genera obstrucción de oleoductos, tanques, calentadores y demás equipos, así como daños en los elementos internos de bombas de las estaciones de flujo y estaciones principales del Distrito Morichal de PDVSA. En este sentido se instaló en 2002 a nivel de superficie una trampa de arena en el Pozo PM-3 del Distrito Morichal y los resultados de esta primera prueba fueron sumamente exitosos, al reducir el porcentaje de arena en la corriente proveniente del pozo en un 80%. En virtud de esto, se tomó la decisión de instalar un equipo análogo, en la succión de las bombas de oleoducto de la Estación de Flujo JOM-4 debido a su historial de fallas asociadas a la presencia de arena.
El 09/03/06, se instaló en la estación de flujo JOM-4 la trampa de arena diseñada en Morichal.  Esta trampa de arena se caracteriza por inducir la separación Sólido-Liquido, forzando el cambio de dirección del fluido que la atraviesa y consta de dos Tramos de Tubería de 16” y 12”, según el diseño mostrado en la Figura 1. Después de la instalación de la trampa de arena ha disminuido notablemente el impacto de la arena en el sistema de bombas de oleoducto de la estación de Flujo JOM-4. Anteriormente el mantenimiento por obstrucción en el sistema de succión se realizaba con regularidad cada 4 meses, sin embargo luego de la instalación de la trampa, este mantenimiento se extendió a más de 1 año, lo cual genera ahorros por el orden de los 28000 US$ anuales.
Trampa de Arena 1

Figura 1. Diseño esquemático de la Trampa de Arena
A esto se suma la reducción del impacto por producción diferida, considerando los dos días que dura el mantenimiento por obstrucción en el sistema de bombas, para una estación que maneja la producción de unos 6000 BND de crudo, por todo esto la evaluación de este dispositivo se considera exitosa.  Vale destacar que este diseño fue construido a un costo de apenas 2500 US$. En términos volumétricos este el equipo maneja un caudal total de 9000 BPD de fluidos, de los cuales el 70% es agua y el 30% es crudo, la frecuencia de servicio rutinario ha permitido la remoción de una tasa de 3.5 pie3 de arena (Con una granulometría superior a 300 micras) en un período de 90 días.
Contribuciones técnicas y económicas
El diseño compacto y de fácil fabricación, utiliza principios básicos de Mecánica de Fluidos. Asimismo  el equipo permite la remoción en línea de gran parte de la arena asociada a los fluidos de producción sin afectación de la producción, ya que requiere para retirar los sólidos retenidos contenidos en la zona de almacenamiento, no es necesario desconectar el equipo. El prototipo construido con esfuerzo propio tuvo un bajo costo de construcción, con un alto impacto en ahorros por concepto de mantenimiento mucho mayores, demostrándose que su aplicación disminuyó el desgaste y taponamiento de equipos y líneas de producción. Es muy importante resaltar, la disminución en la afectación de la producción por problemas de taponamiento (18000 Barriles neto de crudo por año), como efecto directo de la utilización de este equipo.
Conclusiones
- Los resultados obtenidos durante la evaluación de las trampas de arena, indican una efectiva remoción de sedimentos. Se incrementa la vida útil de los equipos de bombeo en un 300%.
- La trampa de arena es un efectivo método para remover sólidos de corrientes liquidas, y su uso también es posible a otras aplicaciones tanto dentro con fuera de la industria petrolera.
- La automatización de la limpieza de las trampas, lo cual puede realizarse con equipos denominados “Sand Jets”, o con un equipo de remoción tipo tornillo sin fin.
Autores
Juan Carlos Brown (PDVSA)
Álvaro Quezada (PDVSA)
Lenín García (PDVSA)

Bibliografía

Perry R. Green, P. Manual del ingeniero Químico, Séptima edición, Editorial Mc Graw Hill, España.
John M Campbell. Gas Conditioning and Processing Volume 2 (The Equipment Modules). Campbell Petroleum Series Norman Oklahoma.
División de Ingeniería CRANE, Flujo de fluidos, Primera Edición, Editorial Mc Graw Hill, México.
Fox R. McDonald A., Introducción a la mecánica de fluidos, Cuarta edicion, Mc Graw Hill, México.
Alonso M. Finn E. Física mecánica, Volumen I, Primera Edición, Addison- Wesley Iberoamericana.
Diseño, construcción y evaluación de Trampas de Arena Diseño, construcción y evaluación de Trampas de Arena Reviewed by Juan Brown on 21:36 Rating: 5

2 comentarios:

  1. Hola Juan
    Juan me gustaria contactarme con ud para hacerle una pregunta tecnica acerca de la trampa de arenas! oscar.lopez@joapetrol.com

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  2. Excelente Articulo.
    Comparto este portal donde hay mucha información sobre Piping Oil&Gas http://proyectopiping.blogspot.com.ar

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