Cadena de Petroleo

8/3/2019 Cadena de Petroleo

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Instituto Petroqumico ArgentinoAsociacin Petroqumica Latinoamericana

TRABAJO FINAL PARA OPTAR AL GRADO DE ESPECIALISTA EN LAINDUSTRIA PETROQUMICA

POLIPROPILENO: DESDE LA EXPLORACIN PETROLERA AL PELLET

Daniel Alejandro Carrera Salgado

Profesor Gua: Jorge O. Bhler-Vidal

Talcahuano, Chile, Noviembre 2011


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Exploracin

Es la etapa inicial de la produccin petrolera y su objetivo principal esmaximizar los ingresos a la compaa en el largo plazo en base a lasreservas de hidrocarburos; adems se debe preservar la seguridad de los

trabajadores e instalaciones; en equilibrio con la comunidad y el medioambiente.

La etapa de exploracin es vital para la industria petrolera, pues apartir de ella es que descubren los yacimientos de hidrocarburos en elsubsuelo. Se encuentra como etapa inicial del negocio y por lo tantofundamental.

Su principal objetivo es mantener una cantidad de recursos dehidrocarburos en el inventario de la empresa, para asegurar la continuidad

de del negocio.La roca que posee el hidrocarburo debe ser lo suficientemente porosa

para almacenar una cantidad rentable de petrleo y una poseer una trampaimpermeable para contenerlo.

Etapas de exploracin

I. Identificacin de reas de inters.Es donde comienza la exploracin en una regin virgen odesconocida.

En sta primera etapa se utilizan mtodos indirectos como lageologa de superficie, muestreando las rocas; o geologa decampo, reconocimiento desde el aire; radares y mtodosaeromagnticos y aerogravimtricos, y espacio, geoqumica ygeofsica.

Estos mtodos son capaces de determinar reas de inters

para la exploracin debido a su posible existencia dehidrocarburos en el subsuelo.

Uno de los primeros pasos en la bsqueda del petrleo es laobtencin de fotografas o imgenes por satlite, avin o radarde una superficie determinada. Esto permite elaborar mapasgeolgicos en los que se identifican caractersticas de un readeterminada, tales como vegetacin, topografa, corrientes deagua, tipo de roca, fallas geolgicas, anomalas trmicas.


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Esta informacin nos da una idea de aquellas zonas que tienencondiciones propicias para la presencia de mantossedimentarios en el subsuelo.

Tambin se utilizan sistemas magnticos y gravimtricos desde

aviones provistos de magnetmetros y gravmetros, con lo cualse recoge informacin que permite diferenciar los tipos de rocadel subsuelo.

Asimismo los gelogos inspeccionan personalmente el reaseleccionada y toman muestras de las rocas de la superficiepara su anlisis. En este trabajo de campo tambin utilizanaparatos gravimtricos de superficie que permiten medir ladensidad de las rocas que hay en el subsuelo.

Estos estudios nos brindan una primera aproximacin de la

capacidad de generacin de hidrocarburos y de la calidad derocas almacenadoras que pueda haber en un lugar.

Sin embargo el paso ms importante en la exploracin es lassmica. Es lo que permite conocer con mayor exactitud lapresencia de trampas en el subsuelo.

La ssmica consiste en crear temblores artificiales mediantepequeas explosiones subterrneas, para lo cual se colocanexplosivos especiales en excavaciones de poca profundidad,

normalmente entre 10 y 30 pies.

En la superficie se cubre un rea determinada con aparatos dealta sensibilidad llamados "gefonos", los cuales van unidosentre s por cables y conectados a una estacin receptora.

La explosin genera ondas ssmicas que atraviesan las distintascapas subterrneas y regresan a la superficie. Los gefonos lascaptan y las envan a la estacin receptora, donde, medianteequipos especiales de cmputo, se va dibujando el interior dela tierra.

Se puede medir el tiempo transcurrido entre el momento de laexplosin y la llegada de las ondas reflejadas, pudindosedeterminar as la posicin de los estratos y su profundidad,describiendo la ubicacin de sectores ms favorables para laacumulacin de petrleo

La aeromagnetometra y la gravimetra son dos herramientasque se utilizan en las primeras fases de la exploracin y

permiten determinar el espesor de la capa sedimentaria.


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los daos de suelos, acotando las picadas de prospeccinssmica.

Los mtodos de exploracin en profundidad tienen por finalidaddeterminar la presencia de gas o de petrleo; son mtodosdirectos.

II. Deteccin de trampas.Luego de la primera etapa ahora se procede a identificar lastramas o estructuras que puedan contener petrleo.

En esta etapa se pueden utilizar mtodos de alta tecnologacomo la ssmica bidimensional y tridimensional y mtodosavanzados de visualizacin.

La ssmica tridimensional entrega una mayor cantidad deinformacin que la bidimensional, con lo que se reduce laincertidumbre acerca de la posicin y geometra de las capassubterrneas

Aqu se definen claramente las trampas de hidrocarburos(prospectos) y se estima el valor econmico de cada una.

III. Verificacin de la acumulacin

Luego de identificar los prospectos, se procede a cabo laperforacin de pozos exploratorios, que es el nico mtodo decomprobar la existencia de petrleo en un prospecto, seperforan por rotacin de una herramienta llamada trpano, quees una especie de broca; ste mtodo ha reemplazado en lagran mayora al mtodo de percusin. Para plataformas deexplotaciones submarinas se lleva a cabo el mismo mtodopero en barcazas o plataformas si es que el fondo es muyprofundo.

En esta etapa el gelogo obtiene informacin a partir de losfragmentos de roca cortados por la mecha (ripios) identificandolas capas potencialmente productoras.

La perforacin es una operacin muy costosa y de muy altoriesgo, ya sea por la interpretacin geolgica, la pericia de los

operadores y los tiempos requeridos; que suman un gradoimportante de error y a la vez disminuyen las probabilidades


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PERFORACIN

El petrleo se encuentra en el subsuelo e impregna formaciones de tipo

arenoso o calcreo, ocupando los espacios o poros que existen entre losgranos que constituyen la roca, y en algunos casos ocupa fracturascausadas por movimientos geolgicos.

FIGURA 1: PETRLEO ENTRAMPADO

Para que se genere un yacimiento de petrleo se deben presentar en unorden de tiempo los siguientes eventos geolgicos:

Roca Generadora Roca Almacenadora Trampa Roca Sello

Roca Generadora

Si una roca sedimentaria, rene las condiciones necesarias de contenido demateria orgnica dispersa (superior a 0.5%), llamada kerogeno; sepultadaa una profundidad de 2 a 4 kilmetros; las temperaturas se encuentranentre 60 y 110 C; adems sumado el incremento de la presin y las

reacciones bioqumicas necesarias; entonces el kerogeno se transformaren petrleo, y de sta manera se generar una roca madre o generadora.


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Roca Almacenadora

Generalmente clasifican como tales las areniscas, las rocas carbonatadas y

las dolomas; que almacenan hidrocarburos debido a sus propiedadespetrofsicas, de porosidad y permeabilidad.

Trampas

Permiten la acumulacin de petrleo, cuya estructura geolgica permitealmacenar hidrocarburos.

Se pueden diferenciar las siguientes trampas,

Estructural:Se produce debido a los plegamientos y fallas. Aqu seencuentran los anticlinales y los domos.

Estatigrfico: Se produce por cambios bruscos en la secuencia delos estratos discordancias, o por cambios en la porosidad; quepermiten la formacin de zonas de roca porosa separadas por otrassin porosidad.

Combinada: Resultado de afallamientos, plegamientos y cambios deporosidad.

FIGURA 2: TIPOS DE TRAMPAS


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Roca Sello

La roca para convertirse un yacimiento petrolero, debe tener un selloimpermeable que impida que los hidrocarburos se pierdan. Generalmente lacomponen rocas densas, de baja porosidad y permeabilidad.

En lo referente a la perforacin de pozos petroleros, se puede mencionarque tanto en tierra o mar sta consiste en la penetracin de las diversascapas de roca hasta llegar al yacimiento.

Tiempo atrs, ste proceso se realizaba mediante el golpeteo del suelo y laroca con algn material duro (barrena) hasta desgastarlos.

En 1859 se desarroll la teora de perforar manteniendo la barrena todo el

tiempo en contacto con la roca, y que el corte de roca se hiciera mediante larotacin continua de la barrena.

Actualmente se utilizan sistemas rotatorios que hacen girar una barrenaconectada a una tubera para taladrar la roca. Los fragmentos de rocaperforada ascienden a la superficie mediante el espacio anular formadoentre las paredes de la formacin rocosa y la tubera suspendidos en unfluido de perforacin.

FIGURA 3: LIMPIEZA DEL POZO

La barrena se ubica en el extremo inferior de la sarta de perforacin que se

utiliza para cortar o triturar la formacin penetrando el subsuelo terrestre.Los dientes de la barrena, el movimiento rotatorio, la carga ejercida por latubera que soporta, el flujo de fluido a alta velocidad son los factores queinfluyen en el corte de las diferentes capas de rocas.


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FIGURA 4: BARRENA

Entre los pozos se encuentran los pozos exploradores, pozos delimitadoresy pozos de desarrollo.

Pozo explorador: Se utiliza para determinar donde se encuentra elhidrocarburo.

Pozo de desarrollo: Se perforan en campos petroleros y se busca obtener lamayor cantidad de hidrocarburo

Pozos delimitadores: Son los pozos que se perforan en los lmites del campoproductor.

Se pueden clasificar los pozos segn sus caractersticas petrofsicas, unyacimiento con alta porosidad y permeabilidad puede dejar fluir loshidrocarburos con mayor facilidad y no requiere de tantos pozosproductores como lo requerira un yacimiento productor con baja porosidady permeabilidad.


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FIGURA 5: TIPOS DE POZOS

Existen pozos marinos y terrestres, de acuerdo a esto se pueden clasificar

para cada uno tipos de equipos,

Terrestreso Convencionaleso Mviles

Los convencionales tienen una capacidad mayor en la profundidad deperforacin y el segundo es un equipo energticamente autosustentable

Marinoso Fijos

Plataformas fijas ancladas Plataformas autoelevables Plataformas de piernas tensadas Sumergibles

o Flotantes Semisumergibles Barcos Barcazas


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Planeacin y diseo de la perforacin

En los aos cuarenta se desarroll la tecnologa de la perforacin de pozos

aceleradamente considerando aspectos tales como: desarrollo,investigacin, modernizacin, etc.

El objetivo de la tecnologa de perforacin es lograr perforar pozospetroleros en forma eficiente, segura, econmica y rentable.

Un factor muy importante que se debe tomar en cuenta durante todo elproceso es la seguridad, en todos sus aspectos como ser: el personal, lasinstalaciones, el medio ambiente, la comunidad, etc.

Perforacin rotatoria

A continuacin se presenta su desarrollo en orden cronolgico,

Periodo de origen (1888 1928)

o El equipo rudimentario constaba de torres de madera.o Surge el principio de la perforacin rotatoria.o Surgen las primeras barrenas de cono por la empresa

Sharp & Hughes en 1908.

o Se desarrollan los diseos de Tuberas de Revestimiento y lascementaciones por la empresa Halliburton en 1904.

o Se utilizan las primeras bombas de lodos en 1910.o Se establecen los fluidos de perforacin por la

National Lead Co. en 1914.o Se perfora el pozo La Pez Nmero 1 en Mxico, 1904.

Periodo de Desarrollo (1928 1948)

o Se aumenta la potencia de los equipos de perforacin.o Fabricacin de la primera barrena de carburo de tungsteno,

Alemania, 1935.o Se implementan cementaciones mejoradas.o Surge el uso de la bentonita en los fluidos de perforacin en el

ao de 1935.


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Periodo Cientfico (1948 1968)

o En Estados Unidos se incrementa la perforacin hasta31.000 pies, 1974.

o Se introduce la hidrulica de la perforacin en las operaciones.o Amplio mejoramiento en las barrenas utilizadas.o Aparece la perforacin automatizada.o Surgen las primeras turbinas en las operaciones de

perforacin.

Periodo de Automatizacin (1968 1995)

o Aumento de profundidad alcanzada y velocidad de penetracinen las operaciones.

o Se comienza a utilizar los motores de fondo.o Se emplea el uso del control de las diferentes variables que

existen en la perforacin.o Surgen polmeros que se incorporan a los fluidos de

perforacin.

Periodo de Perforacin no Convencional (1995 Actualidad)

oPerforacin con Tubera Flexible. Se perfora de manera rpida,segura y a bajo costo; ya que la tubera flexible no necesitaconexiones por ser continua, se utiliza menor volumen defluidos y acero que las tuberas de revestimiento. Suscomponentes son: unidad de bombeo, unidad de potencia,carrete y tubera flexible, cabina de control y cabeza inyectora.

FIGURA 6: UNIDAD DE TUBERA FLEXIBLE


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o Perforacin en aguas profundas. Se consideran aguasprofundas aquellas mayores a 400 y 500 metros. Se utilizanequipos marinos, como barcos perforadores, plataformassemisumergibles, plataformas de patas tensionadas, etc.

FIGURA 7: PERFORACIN EN AGUAS PROFUNDAS

o Perforacin Multilateral. Se ocupa para alcanzar nuevosobjetivos de un yacimiento. Se perforan varios pozos a partirde uno convencional, para aumentar el rea de drenaje delyacimiento, en varias direcciones dentro de la seccinhorizontal, vertical o direccional y lograr el incremento de la

produccin de hidrocarburos, reduciendo costos e impactosambientales.

FIGURA 8: PERFORACIN MULTILATERAL


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o Perforacin con Tubera de Revestimiento. Se elimina la sartade perforacin y se sustituye con tubera de revestimiento,ahorrndose as entre el 7 y el 10% del tiempo total deperforacin. Para llevar a cabo sta tcnica se debe contar conlas juntas adecuadas en las tuberas de revestimiento para quese puedan ir armando los diferentes tramos de tubera.

FIGURA 9: JUNTA ESPACIAL

Perforacin Bajo Balance. Una vez obtenida la densidadequivalente del fluido de control se puede modificar oinducir, agregndose gas, aire o nitrgeno a su faselquida, permitiendo la entrada de fluidos de laformacin al pozo, que deben circularse y controlarse enla superficie. Su objetivo es reducir el riesgo deatrapamiento por presin diferencial y hacer factible laperforacin.

FIGURA 10: PERFORACIN BAJO BALANCE


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o Perforacin con Lser. La intensa radiacin electromagnticaproducida se puede ocupar para derretir o vaporizar formandoagujeros en las rocas. Los destellos lser se producen porexcitacin de tomos hasta altsimos estados de energa. Alincidir estos destellos en la roca van eliminando una parte deesta pero producen una cierta zona de fracturamiento quesumarse con el sistema mecnico de perforacin la penetracines ms eficiente.

FIGURA 11: PERFORACIN CON LASER

Caractersticas de la perforacin rotatoria

A groso modo, consiste en realizar un agujero por medio de un equipo

mecnico que aplica un movimiento rotatorio y una fuerza de empuje a labarrena que ataca a la superficie convirtindola en ripios. El movimientorotatorio se puede generar en la superficie y transmitirse a la barrena pormedio de un elemento denominado sarta de perforacin, o el movimiento segenera de forma hidrulica cuando se ocupa un motor de fondo conectado ala barrena.

El peso de la sarta de perforacin, proporciona la fuerza de empuje a la

barrena, para ir descendiendo a la profundidad deseada.

El fluido de perforacin sirve como conductor de los recortes que vansurgiendo, llevndolos a la superficie, mediante un proceso de circulacin.El fluido se inyecta al sistema a travs del interior de las tuberas queconforman la sarta y regresa a la superficie por el espacio anular que vadejando la perforacin.


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FIGURA 12: LODO DE PERFORACIN

Planeacin de la perforacin

Una tendencia que presenta desde hace algunos aos, es que el personalque planea y supervisa los pozos, acude cada vez menos tiempo a terreno,creando software y diseos para su aplicacin; creando diseos ms

eficientes, inteligentes y que incorporen mayor nmero de habilidades.

El xito de un pozo se determina por dos aspectos:

Esfuerzo dedicado a la creacin del mejor plan posible del pozo Correcta supervisin de la operacin al perforar el pozo

Se define como proceso de planeacin de la perforacin de un pozo la cual

involucra el concepto de crear el diseo del pozo, el programa de operaciny el programa de supervisin.

La planeacin consta de las siguientes actividades,

Adquisicin y revisin de datos. Se debe contar con la propuesta delpozo y antecedentes de perforacin de reas cercanas o similares.

Anlisis de datos. Se preparan documentos que describen lasdiferentes secciones que tendr el agujero a lo largo de sutrayectoria.

Definicin del tipo y caractersticas del pozo. En equiposmultidisciplinarios para discutir del diseo y distribuir las tareas alpersonal.

Elaboracin del diseo del pozo. Se incluyen diferentes aspectoscomo el hardware que se necesite durante la operacin, las tuberas

de revestimiento necesarias, el cabezal a utilizar, el rbol de vlvulasque llevar el pozo y la terminacin del pozo.


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FIGURA 13: RBOL DE VLVULAS

Distribucin del diseo. Diferentes sectores involucrados en laperforacin realizan comentarios y acotaciones del diseo.

Elaboracin del programa operativo. Se incluyen todos los mtodospara los cuales el diseo del pozo ser implementado, y se debejustificar tcnicamente.

Discusin del programa operativo. El programa circula por losdiferentes grupos de personas involucradas en la perforacin,modificndose y luego aprobndose.

Reunin previa antes de perforacin. Consiste en repartir a losencargados o supervisores de cada departamento involucrado unacopia completa del programa con el diseo del pozo.


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Programa de perforacin

Principalmente busca minimizar problemas y maximizar el progreso en laperforacin. Contiene la siguiente informacin,

La informacin de rea Las caractersticas del pozo

El diseo del pozo Las operaciones que se llevarn a cabo en el pozo Documentos de solicitud y aceptacin

El programa se ordena de la siguiente manera,

Datos generaleso Localizacino Estructura geolgicao Columna geolgica esperadao Plan estructuralo Objetivoo Aparejo de produccin

Geopresioneso Perfil de presin de formacino Perfil de presin de fracturao Perfil de presin de sobrecargao Mapa de Geo-presiones

Tuberas de revestimientoo Profundidades de asentamiento de tuberas de revestimientoo Densidades programadas de lodoso Geometra del pozoo Tipos y caractersticas de las tuberas de revestimientoo

Cementaciones y accesorios

Programa direccional (trayectoria)o Proyecto direccionalo Aparejos de fondo por etapao Programa de mediciones de trayectoria

Fluidos de perforacino Programa de fluidoso Caractersticas y propiedades de los fluidos


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Barrenas e hidrulicao Programa de barrenaso Hidrulica de perforacin propuesta

Sartas de perforacino Sartas de perforacin por etapao Aparejos de fondo por etapa

Programa de toma de informacino Programa de registroso Programa de ncleoso Pruebas de formacino Pruebas de produccin

Conexiones superficiales de controlo Conjunto de preventores por etapao rboles de vlvulaso Cabezaleso Programa de pruebas a preventores, cabezales y tuberas de

revestimiento

Tipo de terminacin Caractersticas del equipo de perforacin Distribucin de tiempos

o Programa operativoo Tiempos programados por operacino Grfica programada de profundidad versus tiempo

Informacin de pozos de correlacino Resumen de la informacin por pozo de correlacin

Programa calendarizado de requerimiento de materiales Costos de perforacin Anexos Firmas de autorizacin


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Programa Operativo

Contiene la descripcin cronolgica de los eventos que se realizarn para laconstruccin del pozo, como ser,

La descripcin de cada actividad a realizar La relacin de las profundidades

Los tiempos programados para realizar cada actividad El tiempo calculado esperado por etapa La grfica de profundidad versus tiempo

Informe final del pozo

Contiene,

Informacin sobre la perforacin Informacin sobre la terminacin Resumen sobre los costos y los presupuestos Resumen sobre los servicios Resumen sobre los materiales empleados Los permisos obtenidos Anexos

Evaluacin de la perforacin

Se debe implementar como medida comparativa entre los pozosprogramados y los pozos finales reales, confrontndose los programas deperforacin versus los informes finales de los pozos, observando lasdebilidades y fortalezas de la operacin realizada.

Aspectos relevantes a evaluar son,

Las tuberas de revestimiento La trayectoria del pozo La cementacin Los tiempos Las caractersticas del agujero La informacin empleada Las barrenas La tecnologa empleada Los costos Los informes y reportes


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Equipo para la perforacin de Pozos

Se diferencian dos tipos de categoras,

Trabajo en tierra

FIGURA 14: EQUIPO TERRESTRE

Trabajo en mar adentro

FIGURA 15: EQUIPO MARINO

Equipos Terrestres

Estos equipos se parecen variando en ciertos detalles de acuerdo a lacapacidad que se requiera. El tamao determina la profundidad a laque se desea perforar, a continuacin se presenta una tabla queclasifica el tipo de equipo de acuerdo con la profundidad que se deseaperforar.


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Equipo Profundidad mxima deperforacin (pies)

Trabajo ligero 3.000 5.000Trabajo regular 4.000 10.000Trabajo pesado 12.000 16.000

Trabajo muy pesado 18.000 25.000TABLA 1: CLASIFICACIN DE EQUIPOS ACORDE A LA PROFUNDIDAD ALCANZADA

La portabilidad de los equipos es una parte caracterstica muy deseable yaque, un equipo puede perforar un pozo y luego ser transportado paraperforar otro.

FIGURA 16: PORTABILIDAD DE EQUIPOS

Equipos marinos

Equipos Mviles Marinos

Las primeras utilizadas, eran unidades terrestres llevadas a aguas pocoprofundas y fijadas con una estructura para perforar agua.

Estos equipos son porttiles, luego de perforar un pozo se trasladan paraperforar en otro lugar. Se clasifican en equipos flotantes o soportados en elfondo. Los equipos flotantes trabajan en la superficie marina o muy pordebajo de la superficie marina, aqu se encasillan los semisumergibles y losbarcos perforadores.

Los que tienen contacto con el piso marino, son las llamadas soportadas enel fondo, se incluyen las sumergibles y las autoelevables (jackups). Dentrode las sumergibles se encuentran barcazas piloteadas, tipo botella, barcazasen tierra y de tipo rtico. Generalmente stas perforan aguas menosprofundas que las flotantes.


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Unidades Soportadas en el fondo

Sumergibles

Este tipo de equipo se utiliza en aguas poco profundas como ros y bahas,en profundidades de hasta 50 m.

Tienen dos cascos, el casco superior conocido como piso de perforacinTexas, ocupado para alojar los cuartos de la cuadrilla y el equipo; el casco

inferior es el rea de balastras y se usa adems como cimiento mientras seperfora.

Se trasladan de un lugar a otro por medio de una barcaza convencional, unavez llegada a su destino se asienta en el fondo del ro o de la baha.Barcazas piloteadas sumergibles

El primer equipo mvil marino fue una barcaza, perforando el primer pozo

en la costa de Louisiana en 1949 en 5.5 metros de columna de agua.

FIGURA 17: BARCAZA

Sumergibles tipo botella

Una vez superadas las capacidades de perforacin de las barcazas(9 m) fue necesario disear nuevas unidades, que contenan cuatro cilindrosaltos de acero (botellas) en cada esquina, la cubierta principal se mantenasobre varios soportes de acero; una vez inundadas las botellas el equipollega al fondo marino.

Actualmente fueron reemplazadas por las autoelevables, que son menoscostosos y pueden perforar aguas ms profundas.

FIGURA 18: TIPO BOTELLA


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Sumergibles tipo rtico

Se utilizan en el ocano rtico a pocas profundidades en donde losautoelevables y las barcazas convencional, no son convenientes, por loicebergs que se mueven por corrientes de agua en la superficie del mar,

que son capaces de destruirlos.

Los sumergibles tipos rticos tienen cascos reforzados, algunos conconcreto sobre el cual se coloca en equipo de perforacin.

FIGURA 19: CASCO DE CONCRETO

Barcazas en tierra

Tiene un casco, una base horizontal y otra lateral. Estas barcazas no tienenla energa para moverse de un sitio a otro. Por lo tanto, es remolcado porbarcos hasta el sitio de perforacin.

FIGURA 20: BARCAZA EN TIERRA

Autoelevables (Jackups)

Es el ms utilizado. Los ms modernos tienen tres piernas con una cubiertaen forma triangular. Las piernas pueden tener forma cilndrica o parecidas aun mstil o a una torre de perforacin.


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FIGURA 21: AUTOELEVABLE TRIANGULAR

Se clasifican en dos categoras bsicas:

Plataformas autoelevables con piernas independientes Plataformas autoelevables con plancha de apoyo

Las plataformas autoelevables con piernas independientes pueden operar encualquier lugar disponible y las plataformas autoelevables con plancha deapoyo son diseadas para reas que presentan cizallamiento en la tierra

Unidades flotantes

Se incluyen semisumergibles y barcos perforadores. Los semisumergiblesson ms estables que los barcos perforadores. Por su lado, los barcosperforadores pueden cargas equipos ms grandes.

Semisumergibles

Estos equipos tienen dos o ms pontones sobre los cuales flotan, los cualestiene suficiente aire para que la superficie flote.

FIGURA 22: PLATAFORMA SEMISUMERGIBLE


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Los semisumergibles utilizan anclas para mantenerse en la estacinperforadora. Los equipos ms modernos pueden perforar aguas con2.500 metros de profundidad.

La forma de stas son dos cascos inferiores para estabilizar la plataforma,

adems de ser los cascos primarios cuando la plataforma est siendoremolcada.

El mayor problema que enfrentan estas plataformas es el oleaje, queproduce el movimiento vertical y adems los costos de propulsin son altos.

Barcos perforadores

Son muy mviles ya que, son autopropulsados y poseen cascos

aerodinmicos, como un barco normal. Se puede mover a altas velocidadesconsumiendo escasa energa. Los barcos ms modernos son capaces deperforar en profundidades de 3.000 metros y pueden perforar pozos de9.000 metros a partir del lecho marino.

FIGURA 23: BARCO PERFORADOR


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Equipos fijos marinos

Se les denomina Plataformas Marinas, se fijan permanentemente donde la

vida productiva de los pozos va a ser amplia.

FIGURA 24: PLATAFORMA FIJA

Para disear una plataforma se debe tener en cuenta,

Tamao ms adecuado para operaciones futuras Estructura capaz de soportar cargas en operacin Mtodos de instalacin y construccin prcticos Costo razonables

Existen varios tipos de plataformas,

Plataformas de concreto asentadas por gravedad Plataformas de piernas tensionadas Plataformas de perforacin a travs de las piernas Plataformas de torre retenida

Se diferencian unas de las otras, pero hasta el da de hoy se continanperfeccionando, en seguridad, costos, estructuras y eficiencia.

Los factores que se deben considerar para elegir una estructura apropiadason,

Condiciones climticas Condiciones del fondo marino Profundidad Tamao del yacimiento Niveles de produccin deseados Costos


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Estos equipos pueden perforar en promedio doce pozos. Algunas sonautosuficientes y otras necesitan un barco de apoyo. Son equipos metlicoso de concreto que se encuentran asentados sobre el lecho marino hasta lasuperficie.

Para perforacin en profundidades mayores a 300 metros, se prefiereutilizar plataformas semifijas o flotantes.

Cuentan con dos cubiertas, gras para maniobras de descarga, un mdulohabitacional, un helipuerto y una zona de almacenamiento de insumos.

Estn formadas por una subestructura, una superestrucutra y un mdulo.Las partes se fabrican en tierra para posteriormente, trasladarlas yubicarlas en su posicin definitiva.

FIGURA 25; PLATAFORMA FIJA

La superestructura tiene dos pisos, uno de produccin y otro de trabajo. Enel rea de muelles, se encuentran las conexiones para el agua y el

combustible.

Fluidos de perforacin

Es un fluido empleado para la perforacin que ejecuta una o variasfunciones en la operacin de perforacin, puede ser lquido o gas,generalmente es una mezcla del agua o aceite con arcilla y algunosproductos qumicos, de ahsurge el nombre de lodo de perforacin.

Los objetivos de los fluidos de perforacin son:

Limpiar los fragmentos de roca del fondo del pozo Proporcionar la suficiente presin hidroesttica previniendo flujos de

la formacin hacia el pozo de diversos fluidos Mantener la integridad del pozo hasta que pueda ser revestido Enfriar y lubricar la sarta de perforacin y la barrena Ayuda a la toma de registros geofsicos Minimizar corrosin en las tuberas Mejorar la velocidad de penetracin Transmite potencia hidrulica a la formacin Da un efecto de flotacin Evitar daos a formaciones productoras


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Existen factores que sufren cambios debido al uso de fluidos de perforaciny se deben detallar,

Velocidad de perforacin o ritmo de perforacin

Depende de la seleccin apropiada del fluido de perforacin, debe tenerpropiedades que permita la mayor velocidad de penetracin.

Limpieza del agujero

La velocidad anular, el punto de cedencia y la gelatinosidad del fluido deperforacin, deben ser mantenidos en valores apropiados.

Estabilidad del agujero

Se afecta por tres factores externos,

Erosin mecnica de la barrena Composicin qumica del fluido de perforacin El tiempo que el agujero permanece descubierto

Programa de revestimiento

En zonas donde se encuentren formaciones inestables, el fluido debe seracondicionado para estabilizar el agujero, permitiendo la introduccin delrevestimiento a mayores profundidades.

Evaluacin de la formacin

Se debe disear, el fluido de perforacin; de manera que tenga el mnimoefecto sobre la formacin productora.

Tiempo de perforacin total y costos de terminacin

Se debe seleccionar considerando el mayor valor de penetracin con unagujero estable y el mnimo dao a la formacin productora. El objetivo esreducir el nmero de das en el pozo.

Seleccin del equipo

Debe considerar mecanismos adecuados para eliminar los slidos y queproporcionen una adecuada circulacin.


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Propiedades del fluido de perforacin

Se deben controlar las siguientes propiedades de un fluido de perforacin,

Contenido de slidos coloidales

Filtrado y fragmentos atrapados en el fondo Limpieza del fondo del agujero y desplazamiento de los cortes Densidad

Clasificacin

Se pueden clasificar en: fluidos base aire, base agua, base aceite, mezclas,etc. Existiendo tres grandes grupos.

Lquidoso Base aguao Base aceite

Gaseso Aireo Gas Natural

Mezclaso Espumaso Aireados

Pruebas de diagnstico al fluido

El API recomienda los siguientes equipos para determinar las caractersticasdel fluido y predecir su comportamiento

Balanza de lodos, para obtener la densidad de lodos Viscosmetro Marsh Viscosmetro rotacional Filtro prensa Medidor de pH

Medidor de arenaAnlisis qumicos de los fluidos de perforacin

Se realizan para determinar la presencia y concentracin de iones, nivel deelectrolitos que afectan los slidos en los fluidos y para determinar laspropiedades del fluido. Los factores a analizar son,

pH Dureza total, suma total de iones Ca2+ y Mg2+ Cloruros Alcalinidad Potasio


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Aditivos y reactivos de perforacin

Se aaden,

Viscosificanteso

Bentonitao Atapulguitao Asbestoso Polmeros

Polmero XC Celulosa DISPAC Carboxymethyl Celulosa (CMC) Hydroxyethyl Celulosa (HEC)

Densificanteso Baritao Oxido de Hierroo Galenao Carbonato de Calcioo Sales disueltas

Cloruro de Sodio Cloruro de Calcio Cloruro de Calcio/ Bromuro de Calcio

Reactivos reductores de viscosidado Fosfatos

Pirofosfato de Sodio cido (SAPP) Fosfato Tetrasdico (TSPP) Hexametafosfato de sodio (SHMP)

o Tanatos Extracto de quebracho, C14H10O9 Extracto de Abeto

o Lignitos Lignitos de mina o cidos hmicos Lignitos caustizados Lignitos modificados

oLignosulfanatos Lignosulfanato de calcio

Lignosulfanatos de sodio modificadoo Poliacrilatos de sodio

Reductores de prdida de aguao Bentonitao Almidno Carboxymettil celulosa de sodio (CMC)o Drispaco Poliacrilato de sodioo Dispersantes


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Emulsificanteso Emulsificantes de aceite en agua

Lignitos Emulsificante tipo jabn

o Emulsiones agua en aceite Invermul IMCO KEN X

Materiales para el control de la prdida de circulacino Materiales fibrososo Cscara de nuezo Recortes de celofno Combinacin de materiales fibrosos, recortes y material

granularo Diesel Mo Materiales diversos para prdida de circulacin

Aditivos especialeso Floculanteso Agentes para control de corrosino Desespumanteso Control del pH, NaOH; KOH Na2CO3.


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Refinacin

Una vez que el petrleo es enviado desde el terminal de recepcin a larefinera a travs de los oleoductos, ste llega finalmente y es depositadoen los estanques de almacenamiento, en donde permanece por varios das

para sedimentar y drenar el agua que normalmente contiene.Posteriormente es mezclado con otros crudos sin agua y es bombeado hacialas distintas unidades de la refinera para su procesamiento.Una refinera es un enorme complejo donde ese petrleo crudo se someteen primer lugar a un proceso de destilacin o separacin fsica y luego aprocesos qumicos que permiten extraerle buena parte de la gran variedadde componentes que contiene, una gran variedad de compuestos que lleganfcilmente a los 2.000 subproductos.El petrleo se puede igualmente clasificar en cuatro categoras: parafnico,

naftnico, asfltico o mixto y aromtico.Los productos que se sacan del proceso de refinacin se llaman derivados ylos hay de dos tipos: los combustibles, como la gasolina, diesel, etc.; y lospetroqumicos, tales como el etileno, propileno, etc.Las refineras son muy distintas unas de otras, segn las tecnologas y losesquemas de proceso que se utilicen, as como su capacidad. Las hay para procesar petrleos livianos, pesados o mezclas de ambos. Porconsiguiente, los productos que se obtienen varan de una a otra.La refinacin se cumple en varias etapas. Es por esto que una refinera tienenumerosas torres, unidades, equipos y tuberas. Es algo as como unaciudad de plantas de proceso.En trminos sencillos, el funcionamiento de una refinera de este tipo secumple de la siguiente manera:

El primer paso de la refinacin del petrleo crudo se cumple en lastorres de "destilacin primaria" o "destilacin atmosfrica". En suinterior, estas torres operan a una presin cercana a la atmosfrica y

estn divididas en numerosos compartimentos a los que se denomina"bandejas" o "platos". Cada bandeja tiene una temperatura diferentey cumple la funcin de fraccionar los componentes del petrleo.

El crudo llega a estas torres despus de pasar por un horno, donde"se calienta" a temperaturas de hasta 400 centgrados que loconvierten en vapor. Esos vapores entran por la parte inferior de latorre de destilacin y ascienden por entre las bandejas. A medida quesuben pierden calor y se enfran.

Cuando cada componente vaporizado encuentra su propiatemperatura, se condensa y se deposita en su respectiva bandeja, ala cual estn conectados ductos por los que se recogen las distintas

corrientes que se separaron en esta etapa.


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FIGURA 26: PROCESO DE REFINACIN DE PETRLEO CRUDO

A continuacin, se describe el proceso de refinacin de crudo:

El abastecimiento de crudo a una planta, puede ser a travs de va martimau oleoductos terrestres.

El crudo se almacena en las refineras en grandes estanques almacenadorespara ser ocupados posteriormente, en el proceso de refinacin

En la etapa de toping el petrleo se calienta a 370 C, luego se vaporiza

parcialmente y posteriormente pasa a una torre de fraccionamiento que lossepara o fracciona en productos. Por la parte superior de la torre seobtienen los gases livianos como el gas licuado (LPG) y la gasolina.

Luego se obtiene la nafta que se utiliza como carga para otras unidades.

Continan los productos intermedios, kerosenes y petrleo diesel.

Casi al fondo de la torre se obtiene gas oil, el cual se alimenta a lasunidades de cracking cataltico e hidrocracking.

En fondo se produce el crudo reducido que alimenta a las plantas de vaco.


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FIGURA27:ETAPADETOPING

En las torres de vaco se fracciona el crudo reducido para obtenercantidades adicionales de gas oil y pitch. El gas oil va a las plantas decracking cataltico y a la de hidrocracking.

El pitch, es la carga de Visbreaker que se utiliza para obtener fuel oil.Adems, constituye el pitch asfltico para la pavimentacin de caminos ycarreteras.

FIGURA28:TORREDEVACO


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La viscoreduccin o visbreaker, es la que recibe como carga el pitch devaco para disminuir su viscosidad. Adems en sta unidad se obtiene elfuel oil y una pequea cantidad de gases livianos y diesel.

FIGURA 29: VISBREAKER

En la unidad de coker o coquizacin retardada, se procesan los fondos queprovienen de las plantas de vaco, y los convierte en gases livianos,gasolina, diesel, gas oil y coque.

FIGURA30:COKER

En la planta de etileno, es donde se produce principalmente gases livianos,gas licuado (LPG), etileno, propileno y gasolna de alto octanaje.El etileno se enva por tubera hasta la planta de Petrodow donde setransforma polietileno.El propileno se usa como carga para la planta de Polipropileno dePetroquim.


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FIGURA31:PLANTADEETILENO

En la reformacin cataltica, la nafta se transforma en gasolina de 97

octanos, adems se produce gas licuado (LPG) y gases livianos.

FIGURA 32: REFORMACIN CATALTICA

En el hidrocracking principalmente se transforma el gas oil de vaco endiesel bajo en azufre, obtenindose adems gasolina y gases livianos.

En el cracking cataltico se recibe el gas oil de vaco para transformarloprincipalmente en gasolina de alto octanaje. Tambin se obtienegas licuado (LPG), diesel y algo de fuel oil.

FIGURA 33: CRACKING CATALTICO


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Produccin de polipropileno a partir de propileno

A modo de introduccin se define el propileno como un subproductoderivado de la produccin de etileno en los procesos de elaboracin depetroqumicos.

Se elabora en ENAP Chile mediante procesos de Cracking. Su principal usoes la produccin de polipropileno, copolmeros, acrilonitrilo, xido depropileno y DIPE (di iso propil ter).

El polipropileno es un termoplstico semicristalino, que se producepolimerizando propileno en presencia de un catalizador. Tiene mltiplesaplicaciones, es un producto inerte, totalmente reciclable, su incineracin notiene ningn efecto contaminante.

A continuacin se presenta la estructura del polipropileno,

FIGURA 34: ESTRUCTURA POLIPROPILENO

La polimerizacin fue descubierta por Giulio Natta en 1954, empleandocatalizadores selectivos, obtuvo el primer polmero de polipropilenoordenado.

Es un polmero muy verstil, con buenas propiedades fsicas yeconmicamente rentable, dentro de las propiedades se encuentran,

Baja densidad Alta dureza y resistencia a la abrasin Alta rigidez Buena resistencia al calor Excelente resistencia qumica


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Estructuralmente es un polmero vinlico, similar al polietileno; existen tresformas ismeras del polipropileno,

FIGURA 35: FORMAS ISMERAS DEL POLIPROPILENO

Las cuales se diferencian por la posicin de los grupos metilo con respecto ala estructura espacial de la cadena del polmero.

En Chile, el polipropileno es producido por la empresa Petroquim , la cualobtiene su carga de propileno, de la planta de Etileno y de CrackingCataltico de ENAP. Tiene una capacidad de 100 toneladas anuales dePolipropileno de los tipos homopolmeros y copolmeros, utilizados en laarmadura de automviles, fabricacin de utensilios para el hogar, laindustria, la construccin, etc.

Hoy en da es uno de los termoplsticos ms vendidos en el mundo, conuna demanda anual estimada de 40 millones de toneladas.

Mecanismos de reaccin

La polimerizacin de propileno es una reaccin de adicin que utilizacatalizadores de coordinacin, los cuales estn constituidos por metales detransicin con un enlace metal-carbono, los que permiten la insercin deunidades de un monmero.

Los mecanismos de reaccin del sistema cataltico son los que explican aestructura lineal de la molcula de polipropileno. El inicio de la reaccinviene dado por la activacin del sistema cataltico segn el modelo deCossee y Arlman. Una vez creados los sitios activos, las cadenas depolmero crecen en etapas sucesivas sobre el catalizador, al formarse uncomplejo de coordinacin entre el monmero de propileno y una casilla decoordinacin vacante. La reaccin se termina por transferencia, debido a laaccin del hidrgeno.


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FIGURA 36: MECANISMO DE REACCIN

La reaccin es regio-selectiva, lo que quiere decir que el monmero formarparte de una estructura definida (isotctica, sindiotctica o atctica).

Si durante la polimerizacin slo se introduce propileno monmero,obtendremos un homopolmero. Sin embargo, si se agrega junto alpropileno un segundo monmero (o comonmero), se obtiene uncopolmero. El comonmero ms utilizado es el etileno. Se diferencian dostipos de copolmeros: Al azar (monmero y comonmero reaccionansimultneamente) y los copolmeros bloque o heterogneos (dondemonmero y comonmero se introducen en dos etapas sucesivas).

Actualmente existe una nueva generacin de catalizadores: metalocenos. Lacual es una familia de compuestos organometlicos que controlan con

mayor precisin la regularidad de la estructura del polmero formado y sudistribucin de pesos moleculares.


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Procesos de fabricacin de polipropileno

Se pueden clasificar en tres tipos

Procesos en solucin

Procesos en suspensin Procesos en fase gasActualmente, hay procesos hbridos que combinan un reactor que opera ensuspensin con otro que opera en fase gas.

Los procesos en solucin, estn en desuso, es el proceso en que lapolimerizacin tiene lugar en el seno de un disolvente hidrocarbonado a unatemperatura de fusin superior a la del polmero. Una de las ventajas es lafcil transicin entre grados.

Los procesos en suspensin (slurry), estn configurados para que lareaccin tenga lugar en un hidrocarburo lquido, en el que el propileno esinsoluble, y a una temperatura inferior a la de fusin del polmero.

Los procesos en fase gas se diferencian por la ausencia de disolvente en elreactor de polimerizacin. Se emplean para la produccin de copolmeroscon alto contenido en etileno.

Destilacin del Propileno

Es uno de los mtodos ms utilizados para obtener el propileno, a partir de

gas licuado de petrleo con una alta proporcin de componentes livianos(propano, propileno, etc.)

FIGURA 37: DESTILACIN DE PROPILENO


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Consiste en una serie de pasos que van eliminando los diferentescomponentes no deseados hasta obtener propileno.

Primero, se dulcifica la mezcla en la Merichem en donde se separancomponentes tales como Anhdrido carbnico o Mercaptanos.

Luego, en la columna de destilacin deetanizadora se separan loscomponentes livianos, tales como metano, etano o hidrgeno.

Posteriormente, se lleva a cabo el paso ms complejo que es separar elPropileno del propano, los cuales poseen un peso especfico muy similar,por ende se necesita una columna de destilacin Splitter muy larga conuna gran cantidad de platos y con un sistema muy complejo de reflujo decondensado.

A continuacin, se presenta una tabla con las composiciones por columna;

TABLA 2: COMPOSICIONES DE GAS LICUADO DE PETRLEO POR EQUIPO


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Proceso Novolen

FIGURA 38: PROCESO NOVOLEN

El propileno, etileno se alimentan a los reactores. Se agrega hidrgeno paracontrolar el peso molecular en el medio de reaccin. Dependiendo del gradode polmero que se desee producir se establecen las condiciones detemperatura, presin y concentracin de reactivos. La reaccin esexotrmica, el reactor se enfra por la transferencia de calor por ladescompresin (flash) de la mezcla de gases licuados del reactor con lascorrientes de alimentacin. Debido a la evaporacin de lquidos en el lecho

de polimerizacin se asegura el intercambio de calor eficiente.

El polvo de polipropileno se descarga del reactor y se separa en un tanque apresin atmosfrica. El comonmero sin reaccionar se separa del polvo y secomprime, para reincorporarlo al proceso.

El polmero se pone en contacto con nitrgeno en un tanque de purga pararetirar el propileno residual. El polvo se transporta a los silos de polvo, parallevarlos al extrusor y peletizrlos, en donde se agregan una gran cantidadde aditivos.


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Proceso LIPP

Es similar al proceso Novolen, es utilizado por Petroken S.A. para laproduccin de Homopolmeros.

FIGURA 39: PROCESO LIPP

Se hace reaccionar el propileno, catalizador e hidrgeno en un reactor.Posteriormente, se separan los residuos del polipropileno; los cualesretornan al proceso mediante un reflujo.

Proceso Spheripol

Es el proceso ms empleado en la actualidad. Su diseo es un proceso

hbrido con dos reactores en serie, el primero trabaja en suspensin y elsegundo en fase gas; es un proceso verstil que permite realizar distintostipos de productos. En el primer reactor se hace circular catalizador ypolmero a gran velocidad para que permanezcan en suspensin en eldiluyente. El diluyente es el propileno lquido, el cual permite la evacuacindel calor generado por la reaccin y aumenta el rendimiento del sistemacataltico. En el segundo reactor se incorpora el polmero producido en elprimero, en sta etapa se aade el comonmero. Una vez separado elpropileno que no reaccion y el catalizador; el polvo de polipropileno seenva a la lnea de acabado donde se aaden aditivos y se peletiza, para suposterior venta en el mercado.


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FIGURA 40: PROCESO SPHERIPOL


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Clculo de equipos de procesos

Columna de destilacin

Diseo Columna Deetanizadora

El procedimiento de clculo para caracterizar la columna,especficamente el tipo de plato, requiere de los siguientes pasos:

Diseo velocidad downcomer

Para iniciar los clculos se debe elegir un factor del sistema.

La columna trabaja con hidrocarburos por lo que se considera que no

se genera espuma y el factor del sistema es 1.

Se supone una distancia entre bandejas de TS = 24, y se calcula la

velocidad de diseo downcomer de tres formas distintas:

2

,1

2

,2 3

2

,3 3

250 250 /

41 41 30,7 1,6 221,1 /

7,5 7,5 24 30,7 1,6 196,6 /

dsg

dsg L V

dsg L V

VD Factor Sistema gpm pie

lbVD D D Factor Sistena gpm pie

pie

lbVD TS D D Factor Sistema in gpm pie

pie

Se escoge el menor valor calculado, tal que:

2196,6 / dsg

VD gpm pie


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Factor de capacidad de vapor.

Con el factor de capacidad de vapor inicial CAFo se calcula el factor

de capacidad de vapor CAF, el cual es necesario para el clculo del dimetro

de columna.

El CAFo se obtiene de la figura del libro Rules of thumb. En esta

figura se usa la densidad del vapor (abcisa) y la distancia entre platos TS,

ubicada sobre las curvas (supuesta 0,6 metros o 24 pulgadas).

Con la densidad del vapor: 1,6 lb/pie3 y TS: 24 pulgadas se tiene

CAFo igual a 0,43.

Con este valor de CAFo se obtiene CAF multiplicndolo por el factor del

sistema elegido en el clculo del diseo de velocidad del downcomer, o sea

por 1, quedando CAF igual 12,7.

Por ltimo, se calcula el factor V load. Este valor se calcula con la

siguiente frmula:

VL

V

loadDD

DCFSV

Donde CFS corresponde al flujo de gas en el tope. Para el caso de

esta columna CFS es 1,22, (ejemplo) por lo tanto:

31,612,7 3,04 / 30,7 1,6

loadV pie s


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Dimetro columna aproximado

Para una cantidad de lquido baja en relacin a la de los vapores se

escoge una sola pasada de flujo por bandeja. De la figura 6 (Ballast tray

diameter) del libro Rules of thumb, y tomando en cuenta el flujo de lquido

de salida en la torre de 267, 3[ ]GPM gpm , el dimetro de la torre es

4 DT pies .


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Para determinar el mnimo dimetro para la torre, se estima el largo

de paso del flujo FPL mediante la siguiente aproximacin:

9 / 9 4[ ] 36 [ ]FPL DT NP pie in


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El rea activa mnima AAMse estima en funcin de las propiedades

del sistema, de la carga lquida y de vapor, del factor de inundacin y el

largo de paso del flujo con la siguiente ecuacin:

FFCAF

FPLGPMVAAM load

13000/

Para un factor de capacidad de vapor de 0,43CAF y suponiendo un

factor de inundacin de 82,0FF .

323,04 / 267, 4 36 /13000 10,71

0,43 0,82

pie s gpm in AAM pie

El rea mnima del downcomerADMse estima en funcin de la carga

de lquido, el factor de flotacin y la velocidad de diseo del downcomer

calculada anteriormente:

2 / ( ) 267,3 / (250 0,82) 1.30dsg ADM GPM VD FF pie

Como el 11 % del rea activa mnima es menor al rea mnima del

downcomer, entonces se utiliza este ltimo valor calculado.

El rea mnima de la columna ATM se calcula mediante dos

ecuaciones:

2

2

2 10, 71 2 1,30 13,32

3,0311,04

0,78 0,78 0,43 0,82

load

ATM AAM ADM pie

V ATM pie

CAF FF

Se escoge el mayor de estos valores para recalcular el dimetro de la torre:

12 /0,7854 12 13,32 / 0,7854 49,43 DT ATM in

Ancho de Downcomer

El clculo mostrado a continuacin corresponde para una columna

con bandejas de un paso. Esto ocurre en esta columna pues la cantidad de

lquido es relativamente baja en comparacin con los valores.


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Para obtener el ancho del downcomer (H) se utiliza la tabla 4 del libro

Rules of thumb, para la cual se necesita el valor de AD/AT.

Este valor equivale por frmula a ADM/ATM y estos valores fueron

calculados en de dimetro de columna. De estos valores se tiene que:AD/AT= 0,0978

Con este valor se obtiene que H/D es 0,154.

Por otro lado, D fue calculado y corresponde a 49,43 pulgadas, por lo

tanto H es 7,7 pulgadas.

Luego, el valor del rea total del downcomer se calcula

sobredimensionando el valor de H. Este valor sobredimensionado se obtienetambin de Rules of thumb, pero en vez de poner el valor D calculado, se

utiliza el valor de D pero redondeado a su valor mayor, es decir,

50 pulgadas. Con este redondeo, el valor del rea es 13,6 pie2.

Por otro lado, el largo de paso de flujo FPL calculado es slo una

aproximacin, para calcular el valor verdadero se utiliza la ecuacin 10 del

libro Rules of thumb.

1 2 3 412 (2 2 2 ) DT H H H H FPLNP

Donde NP corresponde al nmero de pasadas; los valores son

ingresados en pie y los parmetros diferentes a H1 son para aquellas

columnas que posean bandejas de ms de un paso.

Luego, se obtiene para una pasada:

212 49,43 2 7,7 48,1412 1

FPL pie


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rea del DowncomerEl rea del downcomerAD es calculada para la mxima capacidad de

diseo de la torre, con la siguiente ecuacin:

2 / 13,63 0,0978 1,33 AD AT ADM ATM pie

Se comprueba que esta rea es mayor al 10 % del rea de la torre

actual, lo cual est de acuerdo para una pasada por bandeja como se haba

definido antes.

rea activa

El rea activa para una pasada por la bandeja se reduce a:

22 13, 63 2 1,33 10,97avg

AA AT AD pie

Porcentaje de inundacin

Con las distintas reas definidas, el porcentaje de inundacin en

funcin de las cargas lquidas y de vapor es:

/13000 3,04 267,3 36/13000% 100 100 85,4%

10,96 0,43

loadV GPM FPL

deinundacin AA CAF

Rebosadero

La longitud del rebosadero en el plato se obtuvo y es igual al largo L

de la cuerda que se forma en el plato segn la siguiente figura:


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As, 35,68rebosadero L in

La altura del rebosadero es: inHrebosadero 2

Flujo de Ancho de VaPara esto se considera el rea activa (AA) y su correspondiente largo

de pasada del flujo (FPL):

144 14410,97 32,8

48,14WFP AA

FPL

Nmero de Ballast

Basado siempre en el documento del ballast tray, se hace

consideracin que las lneas sern paralelas al flujo de lquido, por lo que se

obtiene, las filas, el nmero de unidades por fila y el nmero de ballast.

8,5

10,5

FPL N Filas NP

Base

48,14 8,5

1 1 190,5 4,5

N Filas

0,8 25,75

WFPUnidadesporFila

NP

32,8

0,8 2 45,75 1

UnidadesporFila

N Ballast N Filas UnidadesporFila

19 4 77N Ballast


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Intercambiador de calor

Calor liberado por la corriente del productoAntes de realizar cualquier clculo, es fundamental obtener el calor

tanto sensible como latente que necesita la corriente de hidrocarburos, al

momento en que se calienta de los 77,81C a los 100,5C. De este modo,se obtiene el calor total necesario a retirar por la corriente de enfriamiento.

tot sen lat senQ =Q +Q Q

tot

tot

kg kJQ =11070 2,281 * 58,95-51,94 C 311 13520 4385000

kgC

Q 1218,06

kJ kg kJ

h kg h h

kW

Salto de TemperaturaAl considerar que el intercambiador es de tubo y carcasa, se

supondr que el flujo es en contracorriente y que el vapor de calefaccin seencuentra a temperatura constante de 200C. Debido a estas suposicionesy mediante las bases de diseo, el salto de temperatura en elintercambiador es de:

ml

140 51,94 140 58,95T =

140 51, 94ln

140 58,95[ ]

C C C C

C C

C C

mlT =84,51 C

rea de Intercambio de Calor

Al considerar el coeficiente global de transferencia de calor U para

hidrocarburos livianos en fase de lquida y vapor de agua, obtenido de laRules of Thumb, el rea total de transferencia de calor es:

2 2 2

1 Btu BtuU = =222,22 1402,22

0,0035+0,001 h ft F h ft F

kJ

h m C

Entonces:

2

2

9419000h

A = 80 m

1402,22 84,51 Ch C

kJ

kJm


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Nmero de Tubos

De la referencia anteriormente mencionada, se supondr que se

emplearn tubos de BWG 16 cuya rea exterior es de 0,1963 [ft2/ft] ysu longitud es de 24 [ft]; entonces el rea que abarca cada tubo es:

2

2 2

tubo

ftA =0,1963 24 ft =4,71 ft =0,438

ftm

Finalmente, el nmero de tubos que requerir este equipo es:

2

280N = 183tubos

0,438 ftm

Dimetro de la CarcasaLuego de la tabla 3.2; Jos Pars, es posible determinar el dimetro

de la carcasa, donde al considerar un distribucin triangular de 1, se tiene

que:

cD =17,25"=0,44 m

Espesor de la Carcasa

Para determinar este parmetro, es de suma importancia poderconocer la presin diseo (50% ms alta que la presin de operacin =

15,59 kg/cm2) y la tensin superficial que depende del tipo de material quese emplee. En este caso, tendr un valor de 11.000 [psi], pues se supondrque el equipo es de acero al carbono.

2 2P kg kg

=15,59 1,5= 23, 39 = 344 psiA cm cm

344 psi 17,25"t = = 0,27"

2 11000 psi


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Peso de la CarcasaPara la obtencin de esta variable, es necesario destacar que tanto el

dimetro como el espesor de la carcasa deben estar en [in]; en cambio, lalongitud de los tubos debe considerarse en [ft] para que se obtenga unvalor razonable; entonces:

carcasa17,25"

P =12,5 17,25" 0,27" 24 ft +6

carcasaP = 710 kg

Peso de los TubosConsiderando que el peso por unidad de longitud de cada tubo es de

0,47 [lb/ft] por tratarse de un material de acero, Jos Pars, entonces elpeso total de los tubos es:

tuboslb

P =0,47 24 ft 183 tubosft

tubosP =937 kg

Peso de las PlacasConsiderando el dimetro de la carcasa y la densidad del material, el

peso de las placas es:

2

placas 3

lbP =0,0041* 17,25" *500

ft

placasP = 227 kg Peso de los BafflesConsiderando el largo de los tubos y el dimetro de la carcasa, el pesode los baffles es:

bafflesP =0,682 17,25" 24 ft bafflesP =128 kg

Peso del HazAl considerar los tubos, las placas y los baffles, el peso del haz es:

hazP =937 kg +227 kg +128 kg

hazP =1292 kg


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Vapor de calefaccin

Al conocer ya el calor transmitido por los tubos, es posible determinarcunto es la cantidad necesaria de agua para enfriar la corriente de

hidrocarburos a las condiciones especificadas:

Q= HSw 64,385 10

= =1572,81

2788

s

kJ

kghw

hkJ

kg


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Estanques de almacenamiento

Las condiciones de la corriente son las siguientes,

Flujo (kg/h) T(C) P (kg/cm2)

4.253 66,16 15,59

Bases de diseo

En virtud de que la condicin de presin de la corriente esmenor a 67,16 (kg/cm2) [P=15,59(kg/cm2)]; se disear un estanque dealmacenamiento cilndrico horizontal donde los cabezales son hemisfricos.

Consideraremos 15 das de operacin como tiempo lmite dealmacenamiento de la corriente de fondo,

3 3

3

4.253

24 15 3.003,31 1

509,8

kg

h dasm mhQkgmes da mes mes

m

,

El que se aproxima 3.010(m3) en el mes debido a posibles inconvenientesfuturos,

V=3.010(m3),


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Descripcin:

Es un estanque de almacenamiento horizontal por tener una presin de

15,59 [kg/cm2

] que se emplea para almacenar el producto de fondo de latorre de destilacin.

Funcin en el proceso:

Almacenamiento producto de fondo de la torre de destilacin.

Condiciones de Operacin:

Flujo (kg/h) T(C) P (kg/cm2)

4.253 66,16 15,59

Bases de diseo:

Flujo de Alimentacin:

Equipo de procedenciaHay algn aspecto crtico en esteflujo?

Hay perturbaciones que controlar?

: Torre Destilacin:No: La presin y flujo de entrada

Funcin del Estanque:

Funcin principal del Estanque: Almacenamiento de subproducto en el proceso.

Tiempos de residencia:

Almacenaje durante 15 das en condiciones de operacin normales

Consideraciones:

Segn el modelo ASME, se debe considerar una presin de diseo50% mayor a la que opera el recipiente; por lo tanto, la presin de

diseo es de 23,4 kg/cm2

Material: Acero al Carbono.

H/D = 4

Corrosin permitida: 1/8


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Espesor de pared:3.92 con 1/8 por corrosin incluida. Nmero de boquillas: 6

1. ENTRADA PRODUCTO

2. SALIDA PRODUCTO3. CONEXIN MANOMETRO4. MEDIDOR DE NIVEL5. CONEXIN VALVULA SEGURIDAD6. MANHOLE

Instrumentacin adicional recomendada: Controlador de nivel.

Memoria de Calculo

Para calcular las dimensiones del estanque se procede de la siguiente

manera, se asume una razn de esbeltez de 4L

D , adems se conoce la

capacidad del estanque, del libro engineering data book (GPSA)seccin 6-21, se obtiene la siguiente correlacin,

3 2

1

1

1

3

3

1 1

6 4

Donde,2

,caso elptico:

1b= ;

4

1

2

13;

12

12 ;13

9,59( );

38,40( )

V K D D L

bK

D

D

K

V D

VD

D m

L m


62/62

Ahora se procede a calcular el espesor de pared del estanque,

P Rt =

S E-0,6 Pcorrosin

e

En donde,t = Espesor de pared (in)P = Presin (psi)R = Radio (in)S = Esfuerzo de corte del material (psi)E = Eficiencia de la soldaduraecorr= Espesor por corrosin (in)

El valor de es 11.700SE psi (F. Mrquez)

232,13 188,783,79( ) 0,096( )

11.700 0,6 232,13

psi int in m

psi psi

Cadena de Petroleo

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