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generadores de vapor
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DANIELA ANDREA OSORIO GONZALEZLUIS FELIPE MENDOZA VARGAS
MSC.ME SAMUEL FERNANDO MUÑOZ NAVARRO
METODOS DE RECOBROI SEMESTRE DE 2015
SEMINARIO:UNIDADES DE GENERACIÓN DE VAPOR Y DOWN HOLE STEAM
GENERATION
GRUPO D19
1.INTRODUCCIÓN
2.UNIDADES DE GENERACIÓN DE VAPOR
2.1.Generalidades de los generadores de vapor
2.2.Clasificación
2.3.Componentes de un generador de vapor
2.4.Descripción del proceso
2.5. Especificaciones de un generador de vapor
2.6.Requerimientos de diseño para los generadores de vapor
2.7. Mantenimiento
AGENDA
2.8. Eficiencia de un generador de vapor
2.9. Problemas en la generación de vapor
3.DOWN HOLE STEAM GENERATION
3.1.Generalidades
3.2.Ventajas/desventajas
3.3.Clasificación según presion de combustion
3.3.1.Generadores de vapor de contacto directo
3.3.1.Generadores de vapor de contacto indirecto
4. CUADRO COMPARATIVO ENTRE GENERADORES DE SUPERFICIE Y DE FONDO
DE POZO
5.CONCLUSIONES
6.BIBLIOGRAFIA
GENERADORES DE VAPOR
El generador de vapor es un equipo que
permite convertir el agua en vapor
húmedo suministrándole energía en forma
de calor
Son usados en los procesos de
inyección de vapor en la
industria petrolera
Fuente: Beltrán Suarez, Jesús. “Análisis e Interpretación de Yacimientos Sometidos a Inyección Continua de Vapor Mediante Analogías”. Universidad Industrial de Santander. 2004.
GENERALIDADES DE LOS GENERADORES DE VAPOR DE UN
CAMPO PETROLERO
Los generadores de vapor de un campo petrolero pueden generar cerca de un 80% de
vapor de calidad.
Estas unidades son seguras de operar bajo condiciones de
operación continuas.
El generador es totalmente autónomo , equipado con los
controles necesarios y la instrumentación para
monitorear
CLAS
IFIC
ACIO
N
Generadores de Vapor Estáticos
Generadores de Vapor Móviles
Fuente: www.clipartpanda.com
LOS GENERADORES DE SUPERFICIE SE CLASIFICAN EN :
LOS ESTÁTICOS
Fuente: Beltrán Suarez, Jesús. “Análisis e Interpretación de Yacimientos Sometidos a Inyección Continua de Vapor Mediante Analogías”. Universidad Industrial de Santander. 2004.
LOS MÓVILES
Fuente: Beltrán Suarez, Jesús. “Análisis e Interpretación de Yacimientos Sometidos a Inyección Continua de Vapor Mediante Analogías”. Universidad Industrial de Santander. 2004.
Sistema de combustible del generador
Fuente: Beltrán Suarez, Jesús. “Análisis e Interpretación de Yacimientos Sometidos a Inyección Continua de Vapor Mediante Analogías”. Universidad Industrial de Santander. 2004.
COMPONENTES DE UN GENERADOR DE VAPOR
Controles y equipos auxiliares
Bomba para agua de alimentación
Fuente: Beltrán Suarez, Jesús. “Análisis e Interpretación de Yacimientos Sometidos a Inyección Continua de Vapor Mediante Analogías”. Universidad Industrial de Santander. 2004.
Calentador para agua de alimentación
Serpentín de la zona de convección
Fuente: Beltrán Suarez, Jesús. “Análisis e Interpretación de Yacimientos Sometidos a Inyección Continua de Vapor Mediante Analogías”. Universidad Industrial de Santander. 2004.
Zona radiante y quemador
Fuente: Beltrán Suarez, Jesús. “Análisis e Interpretación de Yacimientos Sometidos a Inyección Continua de Vapor Mediante Analogías”. Universidad Industrial de Santander. 2004.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
La figura es un típico generador de vapor de un campo petrolero mostrando el sistema de alimentación de agua, el sistema de combustión de aire, y los asociadoscontroles e instrumentación.
PROCESOS DE UN GENERADOR DE VAPOR
Editada de: García,S. “Handbook de Vapor” , Capitulo 6 ,Generación de Vapor. 2006
ESPECIFICACIONES DE LOS GENERADORES DE VAPOR
ESPECIFICACIONES GENERADO ESTATICO
GENERADOR MOVIL
TipoGenerador de paso único con serpentín
de flujo en serie
Generador de paso único con serpentín
de flujo en serie
Calidad de Vapor 75%-85% 75%-85%
Calor Generado 50 MMBTU/hr 25MMBTU/hr
Consumo Promedio 80-90 gal/min 42-49 gal/min
ESPECIFICACIONES GENERADO ESTATICO GENERADOR MOVIL
Temperatura de Operación 550ºF 550ºF
Eficiencia de Operación 80%-90% 80%-90%
Presión de Operación 1050 psi 1050 psi
Combustible requerido 1.5 MMPC/D O,7 MMPC/D
Datos tomados de la tesis: “Aplicación Software para la Evaluación Económica de Proyectos de Inyección de Vapor”,Silvia Rey Gomez - Johnnie Velasco Orjuela .2007
Debe estar preparada para instalaciones al aire libre con una mínima protección climática y en los climas más
severos.
Debe ser fácilmente portable para reubicarla en diferentes sitios.
En gran parte debe operar sin supervisión con una mínima atención del operador.
REQUERIMIENTOS DE DISEÑO PARA LOS GENERADORES DE VAPOR DE UN CAMPO PETROLÍFERO
Debe soportar la dureza del agua de
alimentación
Debe tener la capacidad de
producir vapor en la calidad que se
desee
Debe operar eficientemente a
altas presiones de vapor. Fuente: www.midilk.com
MANTENIMIENTO DE UN GENERADOR DE VAPOR
La API recomienda las siguientes sesiones de mantenimiento:
Inspección mensual Inspección anual
Una típica eficiencia térmica de un generador de vapor oscila entre le 80% y el 85% y con un diseño especial puede exceder el 90%.
EFICIENCIA DE UN GENERADOR DE VAPOR
Eficiencia térmica
=Calor liberado por la quema–Calor perdido del alrededor
Calor liberado por la quema de combustible
PROBLEMAS EN LA GENERACIÓN DE VAPOR
Perforación en la tubería
Sobrecarga de vapor en la
unidad
Formación y acumulación de
sarro
Precipitación de ácidos y
ensuciamiento
OTRAS FALLAS
Falla en motores por sobre carga
de hollín
Falla prematura en
partes rotantes y sopladores
Desgaste por
contacto con fluidos
Daño en el revestimiento
aislante
DOWN HOLE STEAM GENERATION
El DHSG tiene el propósito de superar las limitantes del generador convencional:
1. Perdidas de calor en líneas y pozos
2. Emisiones de escape.
3. Llegar formaciones de profundas.
(3000 ft con tubería no aislada y no mayor a 5000 ft con tubería aislada)
Los DHSG permiten la re inyección de gases de combustión con
vapor , eliminando así los problemas de
emisión asociados a la generación en
superficie.
Requieren menos
combustible y menos aire de
combustión que un generador de
superficie
Perdidas de calor significativamente menores.
Reducción de poluciones
Es aplicable en costas y en ambientes árticos
Tiene el potencial de funcionar en pozos mas profundos
Los gases de combustión inyectados tienen el potencial de mejorar el recobro
Eliminan la necesidad de sistemas de superficie
VEN
TAJA
S
• Poca flexibilidad pues solo sirve en el pozo en que es instalado, los generadores de superficie pueden adaptarse a varios pozos
• Su capacidad de salida es limitada• Su mantenimiento es mas costoso• La corrosión es su mayor problema• Posee frecuentes fallas de empaque• Para tasas mas altas de inyección de vapor, requieren una mas alta
inversión de capital• Compresiones de aire son necesarias para evitar una caída del
generador en una eventual falla.
DESVENTAJAS
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA PRESION DE COMBUSTION
Son aquellos que utilizan combustión para generar el vapor. Tienen gran complejidad en cuanto a su instalación y
funcionamiento. Esto se debe que requieren de varias tuberías de alimentación ,así como del manejo de gases de combustión.
GENERADORES DE
COMBUSTIÓN
Generadores de Vapor de Fondo de Pozo de Baja
Presión o Indirectos
Generadores de Vapor de Fondo de Pozo de Alta
Presión o Directos
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA PRESIÓN DE COMBUSTIÓN
• La energía es transferida al agua a través de intercambiadores de calor, así, el proceso de combustión es conducido a una presión menor que el proceso de inyección.
• Los pozos mas pequeños en los que el generador pude ser colocado son de 10 pulgadas de diámetro.
• Los productos de combustión son regresados a la superficie donde son limpiados.
I. Generadores de Vapor de Fondo de Pozo de Baja Presión
GENERADOR DE VAPOR DE FONDO DE POZO DE BAJA PRESIÓN
Fuente: García,S. “Handbook de Vapor “Capitulo 6 ,Generación de Vapor.
Combustible
Aire
IGNICIONAgua
Intercambio de Calor
Gases de Emisión
Intercambio de calor
Agua PrecalentadaVaporPresurización
GENERADOR DE VAPOR DE FONDO DE POZO DE BAJA PRESIÓN
• La eficiencia térmica en el generador de baja presión es extremadamente alta. Estos entregan más que el 90% de la energía disponible en la formación. En comparación con un generador convencional de superficie que entrega solo un 65% de la energía a la formación.
• El mayor inconveniente de estos generadores de baja presión es su largo tamaño y sus gases de emisión que son similares a un sistema de superficie.
GENERADOR DE BAJA PRESIÓN
Tasa de calor (MMBTU/hora) 10-20
Presión de Inyección (psia) 1000-2500
Profundidad (ft) 2500-5000
Combustible Diésel numero 2
Calidad de vapor (%) 85
Emisiones Normal
Presión de Combustión (psia) 100
Tamaño mínimo de la cubierta (in) 11-3/4
Longitud del generador (ft) 60
PARAMETROS TIPICOS DE OPERACIÓN PARA UN GENERADOR DE VAPOR DE FONDO DE POZO DE BAJA PRESION
Fuente: García,S. “Handbook de Vapor “Capitulo 6 ,Generación de Vapor.
II. Generadores de Vapor de Fondo de Pozo de Alta Presión
•El vapor es producido con el contacto directo de los gases de combustión de alta presión
•El tamaño total del generador es considerablemente más pequeño y permite su instalación en existentes pozos de inyección.
•Los productos de la combustión son inyectados en la formación
GENERADOR DE VAPOR DE FONDO DE POZO DE ALTA PRESIÓN
Fuente: García,S. “Handbook de Vapor “Capitulo 6 ,Generación de Vapor.
Aire
Combustible
Aire Presurizado
Aire PresurizadoAgua
Vapor
GENERADOR DE VAPOR DE FONDO DE POZO DE ALTA PRESIÓN
La eficiencia térmica total de un generador de vapor de fondo de pozo de alta presión esta cerca al 80%.
Mayores problemasDificultad
en controlar la presión de
combustión
Frecuente falla en el empaque
Corrosión
Fuente: benquinmantenimientos.wordpress.com
Tasa de calor (MMBTU/hora) 10-20
Presión de Inyección (psia) 1000-3000
Profundidad (ft) 2500-5000
Combustible Diésel numero 2
Calidad de vapor (%) 80
Emisiones Muy pocas
Tamaño mínimo de la cubierta (in) 7
Longitud del generador (ft) 60
TIPICOS PARAMETROS DE OPERACIÓN PARA UN GENERADOR DE VAPOR DE FONDO DE POZO DE ALTA PRESION
Fuente: García,S. “Handbook de Vapor “Capitulo 6 ,Generación de Vapor.
GENERADOR DE VAPOR DE FONDO DE POZO DE ALTA PRESION
TENER EN CUENTA QUE:
Estos generadores requieren prolongados periodos de pruebas.
Una alta eficiencia térmica no se traduce en ahorro , debido al precio del combustible del compresor.
La profundidad es un factor decisivo (>4000 ft )Fuente: www.dibujosa.com
III. Generadores de Vapor de Fondo de Pozo de Alta Presión Oxigenada.
Se puede lograr de dos formas
Mayor eficiencia térmica
Disminución de costos
Un Compresor de menor tamaño
Mejorar la reducción de
viscosidad
Retirar el nitrógeno del aire inyectado Inyectar oxigeno puro
Logrando así:
Fuente: H,Carolyne. Sandia Natl. Laboratories .“A Comparative Evaluation of Surface and Downhole Steam Generation Techniques”.1982
“EFICIENCIA TERMICA VS
PROFUNDIDAD DEL YACIMIENTO”
PARA UN DHSG
PARA TENER EN CUENTA
Las aplicaciones de los generadores de vapor de fondo de pozo están limitadas a:
Situaciones especiales como la inyección continua
de vapor
Los yacimientos de crudo pesado
en AlaskaOffshore
GENERADORES DE SUPERFICIE vs GENERADORES DE FONDO DE POZO
GENERADOR DE SUPERFICIE
GENERADOR DE FONDO DE POZO
Emisiones
Profundidad
Perdidas de calor
Combustible
Aire
Costo
Versatilidad
Factor de Recobro
CONCLUSIONES
• Para tomar la decisión de implementar un proyecto de recuperación por inyección de vapor se debe tener en cuenta el análisis de los equipos necesarios, para cumplir con los requerimientos del proyecto. Por lo tanto, siendo los generadores de vapor uno de los elementos que mas impacto tienen sobre la rentabilidad en este tipo de proyectos, es importante conocer las especificaciones, ventajas y desventajas de los diferentes tipos de generadores de vapor, para medir su viabilidad en el desarrollo del proyecto .
• Los generadores de vapor mas utilizados en la industria petrolera son los generadores de superficie debido a su factibilidad . En primer lugar Las unidades de 25 MMBtu / hr se utilizan como unidades móviles y en cuestiones del diseño han probado ser los más óptimos de los sistemas de generación de vapor. En tanto las unidades de 50 MMBtu / hr proporcionan vapor de una central, lo que simplifica las plantas de tratamiento del agua y el combustible .
• Los generadores de vapor de fondo son una alternativa que llama la atención en la industria petrolera ,debido a su alto factor de recobro y a su buena adaptación en lugares hostiles , en donde los generadores convencionales tienen limitaciones. Pero debido a la gran cantidad de problemas que estos presentan y su poca versatilidad ,los han puesto en segundo plano y son usados exclusivamente en situaciones de inyección muy particulares.
BIBLIOGRAFIA
• BELTRAN SUAREZ, JESUS. Análisis e Interpretación de Yacimientos Sometidos a Inyección Continua de Vapor Mediante Analogías . Trabajo de Grado. Universidad Industrial de Santander. Escuela de Ingeniería de Petróleos. 2004
• MUÑOZ,S. ,MONTES,E., PACHECO,H., DELGADILLO,C., BARRIOS,W. Aplicación de Nuevas Tecnologías Para la Recuperación de Crudo Pesado en Yacimientos Profundos.2009
• H,Carolyne. Sandia Natl. Laboratories .“A Comparative Evaluation of Surface and Downhole Steam Generation Techniques”.1982
• Skavis Coporation . Generadores de Vapor Por Recuperación Mejorada de Petróleo.
• García,S. “Handbook de Vapor “Capitulo 6 ,Generación de Vapor.
• S. Singh, D. Nguyen ,D. Wong. The Commercial Viability and Comparative Economics of Downhole Steam Generators in Alberta. October 1988.
• http://petrowiki.org/Facilities_for_steam_generation.
¿PREGUNTAS?