Optimización de tanques de separación de agua libre mediante CFD

Abstract

Los tanques cortadores se utilizan en la producción de petróleo para separar el agua libre de crudo que se extrae de los pozos. En este trabajo se consideran tanques diseñados para los casos en que la proporción de agua presente en el crudo es mayor al 80% y procesan crudos livianos. Estos tanques de sedimentación utilizan para separar el petróleo del agua solamente las fuerzas gravitacionales y para su dimensionamiento es comúnmente basado en el tiempo de residencia. El diseño de tanques cortadores en la industria del petróleo históricamente se ha realizado utilizando métodos empíricos y experiencias del funcionamiento de tanques existentes. Sin embargo, estos métodos de diseño generalmente conducen a sobredimensionamientos que encarecen el costo de los tanques en gran medida. Debido a los altos costos de estas instalaciones y a que la situación mundial del precio del crudo exige que las empresas sean cada vez más eficientes en sus gastos, se ha realizado este estudio con el objetivo de reducir el tamaño de los equipos, así como la cantidad y dimensiones de sus internos, al mismo tiempo que se maximiza el caudal de petróleo y agua tratado. Para realizar la optimización, se utilizaron las herramientas de CFD de la suite OpenFOAM con un modelo de flujo multifásico de tipo mezcla. La formulación tiene en cuenta el comportamiento de las emulsiones que se presentan en estos tanques. En esta primera fase del trabajo se ajustó el modelo con condiciones reales de un tanque en operación encontrando un buen acuerdo entre los resultados numéricos y el comportamiento real del tanque. Adicionalmente, se estudió la eficiencia del tanque ante cambios de caudal y corte de agua.