INTRODUCCIÓN El campo Castilla operado desde febrero de 2000 por la Gerencia Regional Central de ECOPETROL, se encuentra ubicado al Sur-Este de la ciudad de Villavicencio, inicialmente, en 1969, la compañía “Chevron de Colombia”, perforó el pozo Castilla 1; por su resultado y tras algunos estudios, firmó el Contrato de Concesión Cubarral, el cual entregó al Ministerio de Minas, en 1973 para con ECOPETROL firmar el Contrato de Asociación (50%-50%). Por las características del yacimiento productor de las formaciones Guadalupe Masivo K2 con empuje hidráulico activo, crudo de 13,7 °API, con un corte de agua superior al 80% y un buen gradiente geotérmico que permite que a pesar de su viscosidad el petróleo fluya, aunque no hasta superficie, por ello se implemento sistema de levantamiento artificial, actualmente quedan 9 pozos con bombeo mecánico, y los demás con bombeo electrosumergible. El 31 de enero de 2000, la operación del campo Castilla revirtió a la Nación y por la decisión de la junta directiva de ECOPETROL se designó su administración y explotación a la Gerencia Regional Central. Previo a este acontecimiento ECOPETROL desarrolló por medio del grupo multidisciplinario, el estudio integrado de yacimientos, estudio que abarcó desde la extensión del yacimiento con el cálculo de reservas, hasta el análisis de la operación con la historia de producción del campo. Desde entonces, la Gerencia Regional Central ha generado un incremento en la producción del campo con la perforación de más pozos, entre ellos: 4 horizontales, 3 multilaterales y los restantes verticales, varios trabajos de reacondicionamiento y un permanente trabajo de ingeniería. Actualmente el propósito de ECOPETROL es aumentar la tasa de producción, basándose en estudios de ingeniería, por ende también el aumento de la producción de agua, siendo éste el objetivo principal del presente trabajo de grado. En este estudio se plantea una solución a la problemática que ha generado el incremento del agua producto de la deshidratación del fluido del Campo Castilla, con el fin de facilitar el tratamiento de estas aguas y poderlas verter por debajo de los parámetros legales, se plantea una posible solución que amortiguaría la relación incremento - disposición de aguas resultado de la agresiva campaña de perforación de la Gerencia Regional Central, dándole tiempo al proyecto de reinyección de agua al yacimiento, para así poder finiquitar este problema de disposición de las enormes cifras de agua producida. 1
Así mismo podremos evidenciar uno de los problemas que viene asociado con la extracción y producción de petróleo en todo tipo de campos, se interpreta y da a conocer equipos que son usados para el tratamiento de aguas de producción, para así poder dar soluciones cuando se observe que algún campo no tenga establecidos medios que contrarresten dicha problemática. Con este proyecto nuestra institución educacional podrá contar con una excelente herramienta de enseñanza para sus aprendices, para que el día de mañana los graduandos sean los que ayudemos a plantear soluciones sustentables a los múltiples inconvenientes en la industria del petróleo.
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1. MARCO TEÓRICO En este documento encontraremos una breve historia de uno de los campos petrolíferos más importantes para el país y para Ecopetrol, uno de sus mayores problemas como lo es el alto índice de corte de agua del yacimiento el cual arroja unas cifras enormes de agua producida, la cual es muy complejo su proceso de tratamiento y por ello ha generado problemas en sus estaciones de recolección y tratamiento, generando sobre costos para la empresa y vulnerabilidad de que dichas aguas se salgan de parámetros y pueda ocasionar una contaminación. Por ello en este proyecto se plantea una posible solución a esta problemática, generando estabilidad y confianza en los procesos, porque se estaría vertiendo por debajo del límite legal, permitiendo un margen notable entre parámetros legales y calidad entregada.
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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Como resultado de la agresiva campaña de perforación y a su vez de producción de petróleo de campo Castilla se han venido incrementando considerablemente las aguas de producción, generando así ineficiencia en el sistema de tratamiento de estas, el más afectado ha sido el sistema de filtrado de cascara de nuez, del sistema de tratamiento de aguas de producción de la estación CASTILLA 2, los cuales para su excelente filtrado de trazas de aceite requiere que el agua que a estos entra llegue con unas características para que su filtrado sea eficiente, pero en el momento el agua que llega a los filtros esta por fuera de dichas características y por ello la ineficiencia del filtrado, este problema se ha generado por múltiples motivos; uno de los más relevantes es la sobre carga de agua producto del crecimiento del campo, por ello los equipos no pueden cumplir su excelente función, este problema fue solucionado con la construcción y entrada de la estación ACACIAS 1, a la cual se le alinearon el 30% de los pozos del campo, permitiendo un alivio en la carga de agua en la estación CASTILLA 2. Otro problema relevante es la llegada de agua de tratamiento de producción de la estación CASTILLA 1, la cual no llega tratada y por ello produce saturación, en trazas y sólidos en los equipos del sistema de tratamiento de la estación CASTILLA 2. Para tratar de contrarrestar esta saturación pero sin tener resultados óptimos se cuenta con talento humano, 4 personas por cada turno de 8 horas, con un total de 12 personas por día las cuales se encargan de retirar manualmente las trazas de aceite en superficie, en esta labor se exponen a vapores producto de las altas temperaturas del agua, emanación de fuertes olores producto del químico inyectado, y a posibles caídas en los equipos; siendo este el mayor riesgo porque pudiera generar quemaduras, lesiones y según el caso podría llegar a causar la muerte. Relación de parámetros: Temperatura Aceite Sólidos
40 ° Centígrados 1 ppm 5 mg/lt
Tabla 1. Parámetros legales para aguas de vertimiento según Cormacarena
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Equipo
Aceite
Sólidos
Temperatura
Entrada CPI
1875 ppm
125 mg/lt.
74° C
Salida CPI
1150 ppm
60 mg/lt.
74° C
Entrada celda de flotación Salida celda de flotación Entrada a filtros de cascara de nuez (prueba) Salida de filtros de cascara de nuez (prueba)
1125 ppm
57 mg/lt.
73° C
35 ppm
5 mg/lt.
73° C
33 ppm
5 mg/lt.
73° C
5 ppm
3 mg/lt.
73° C
Tabla 2. Parámetros del agua en la entrada y salida de los equipos del STAP en la estación Castilla 2
Equipo Entrada piscina API Salida piscina API
Aceite
Sólidos
Temperatura
2235 ppm
132 mg/lt.
77° C
1938 ppm
103 mg/lt.
72° C
Tabla 3. Parámetros del agua en la piscina API de la estación Castilla 1
Temperatura Aceite Sólidos
33 ° Centígrados 0.8 ppm 3 mg/lt
Tabla 4. Parámetros de aguas a vertimiento actual
Temperatura Aceite Sólidos
33 ° Centígrados 0.2 – 0.3 ppm 1 - 3 mg/lt
Tabla 5. Parámetros de aguas a vertimiento futuro
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3. SOLUCIÓN DEL PROBLEMA Instalar equipos de tratamiento de aguas de producción en la estación CASTILLA 1, para poder entregar el agua a la estación CASTILLA 2 bajo parámetros y no saturar los equipos de tratamiento de aguas de esta, para ello se recomienda instalar en la estación CASTILLA 1 una caja distribuidora, un filtro CPI, una celda de flotación. Al instalar estos equipos quedaría operando de la siguiente forma: El agua producto de la salida de los Tanques de tratamiento llega a una caja distribuidora; de aquí el agua va a una celda CPI en donde es filtrada por las laminas corrugadas (parte interna CPI), de aquí por reboce salen las trazas de crudo al sumidero, y el agua a la celda de flotación, en donde se produce un micro burbujeo que ayuda a ascender las partículas de crudo en suspensión en el agua para que así la desnaten los skimmer; y estas trazas vallan al sumidero o lechos de secado, de ahí el agua ya en mejores condiciones iría a la piscina donde será transferida por las 3 bombas a la estación Castilla 2, en donde entraría al sistema de filtración de cascara de nuez, de aquí continua el proceso de bajar temperatura y oxigenación del agua para así poderla verter bajo parámetros legales.
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4. JUSTIFICACIÓN Cuando Ecopetrol se hizo cargo de ampo Castilla la producción de esta era en promedio de 20.000 BOPD, y en la actualidad la producción sobre pasa los 80.000 BOPD, esto se ha logrado con la modificación de estación Castilla 1, con la ampliación de la estación Castilla 2, con la construcción del oleoducto de 16” Castilla - Apiay y la estación Acacias1. Actualmente las estaciones Castilla 1, Castilla 2 y Acacias 1 operan de la siguiente forma: CASTILLA 1: Tiene capacidad para manejar 5000 BOPD y 20.000 BWPD, esta estación cumple con todo el procedimiento de deshidratación del crudo, pero en cuanto al agua resultado de la deshidratación no tiene tratamiento, por ello es bombeada a la estación castilla 2. El agua producto de la salida de los tanques de deshidratación llega a una piscina API, de esta la succionan 3 bombas y la transfieren a la estación CASTILLA 2 para que allí sea tratada. CASTILLA 2: Tiene capacidad para manejar 70.000 BOPD Y 300.000 BWPD, esta estación cumple con todo el proceso de deshidratación del crudo y todo el proceso del tratamiento de aguas del resultado de la deshidratación del crudo, en cuanto al sistema del tratamiento de aguas de producción cuenta con los siguientes equipos: Retirar las partículas en suspensión presentes en el agua 6 filtros CPI 4 celdas de flotación Wemco 6 filtros de cascara de nuez Bajar temperatura, oxigenar el agua y retirar las pocas PPM de aceite que no alcanzaron a salir con los equipos ya mencionados:
1 Piscina de succión de torres 5 torres de enfriamiento 2 piscinas de aspersión 5 piscinas de oxidación y estabilización 7
El agua producida del sistema de deshidratación se recibe en tres cajas distribuidoras, en estas es donde empieza el sistema de tratamiento de aguas, de estas cajas se distribuye a 6 CPI, las cuales filtran el agua sacándole la mayor parte de trazas de aceite, de aquí pasa a celdas de flotación (Wemco), en estas se produce un micro burbujeo el cual hace que las partículas de aceite en suspensión en el agua asciendan arrastradas por la micro burbuja de aire, ya las partículas en superficie son desnatadas por unos skimmer automáticos (paletas desnatadoras), estas partículas desnatadas van a dar al sumidero o a lechos de secado; el agua que sale de la celda de flotación va a dos fosos recolectores y de ahí es succionada por 9 bombas y la envían a los filtros de cascara de nuez, para que después de filtrada valla a la piscina de torres, que es donde empieza el tratamiento de temperatura y oxigenación del agua. Adicional a esto se recibe el agua de la producción de la estación CASTILLA 1 la cual entra a las cajas distribuidoras y es la que ayuda a generar el problema de saturación de los equipos ya mencionados. ACACIAS 1: esta estación entro en operación el primero de Julio del presente año, esta cuenta con capacidad de tratar 40.000 BOPD y 1´000.000 BWPD, esta cuenta con sistema propio de tratamiento de petróleo y agua. Recibe la producción de agua tratada de la estación Castilla 2 y la bombea al punto de vertimiento en el rio Guayuriba.
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5. METODOLOGÍA
La metodología que utilizamos en la elaboración de este proyecto fue observación directa la cual se hizo directamente en campo, se visitaron las estaciones de campo Castilla, punto de vertimiento al rio Guayuriba, se investigo la historia y antecedentes del campo, se investigaron los equipos utilizados en el tratamiento de aguas de producción de petróleo, se consulto con ingenieros de petróleos del departamento de producción Castilla.
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6. ALCANCES Y LIMITACIONES
Afianzar el compromiso y cumplimiento de la normatividad ambiental de la industria de hidrocarburos, a la cual Ecopetrol le apunta todo su interés en eliminar todo tipo de incidente ambiental para llevar esa buena imagen que la caracteriza a nivel regional, local, nacional; y poder certificarse internacionalmente. Afianzar la integridad y buen uso de su infraestructura y equipos de proceso utilizado en campo castilla, para que con estas implementaciones pueda llegar a su mega en el 2015. Estos alcances podrían tener limitaciones y fácilmente verse afectados por una administración poco visionaria y estratégica.
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7. OBJETIVO GENERAL Implementar equipos de tratamiento de aguas de producción en la estación castilla 1, para así optimizar el sistema de tratamiento de aguas de producción de la estación castilla 2 y no saturar los equipos de esta, garantizando así vertimiento de aguas bajo parámetros legales ambientales.
7.1.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Hacer que el agua que la estación Castilla 1 transfiere a la estación Castilla 2 llegue tratada y no sature los equipos del STAP. Aliviar la sobre carga de trazas de aceite de los equipos de la estación Castilla 2, en especial los filtros de cascara de nuez. Verter el agua de producción del campo al rio Guayuriba por debajo de los parámetros legales establecidos por los entes regionales ambientales.
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Respectivos flujo gramas actuales y futuros de las estaciones Castilla 1 y Castilla 2.
Flujo grama 1. Aguas residuales actual de la Estaci贸n Castilla 1
Flujo grama 2. Aguas residuales actual de la Estaci贸n Castilla 2
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Flujo grama 3. Aguas residuales sugerido en la soluci贸n del problema en la Estaci贸n Castilla 1
Flujo grama 4. Aguas residuales sugerido en la soluci贸n del problema en la Estaci贸n Castilla 2
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1 .
Línea actual de tanques de tratamiento a piscina API. Líneas futuras a STAP y a piscina API. Línea de transferencia de agua a EC2.
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2
1. Caja distribuidora. 2. CPI. 3. Celda de flotación.
Plano 1. Estación castilla 1, líneas actuales y futuras
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Foto 1. Piscina API estacion Castilla 1
Foto 2. Terreno a ubicar nuevos equipos a instalar
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Como se puede observar la operación de las estaciones Castilla 1 y Castilla 2 requieren una pronta solución para el tratamiento de sus aguas por ello la conveniencia de implementar la solución planteada con fines de beneficio para Ecopetrol y pueda así seguir con su plan de expansión, sin que encuentre limitaciones en este, las cuales podrían ser sanciones temporales o definitivas por el no cumplimiento de la normativa establecida a la calidad del agua vertida. Al contrario al momento de verter aguas por debajo de los parámetros, colaboraría a las comunidades aledañas al rio Guayuriba para que estas puedan utilizar estas aguas, de esta forma demostraría su compromiso con el medio ambiente. Otra razón por la cual se debería implementar esta solución es para no exponer a las personas que tienen que colaborar con la limpieza manual de la saturación de los equipos de tratamiento y evitar así posibles accidentes laborales y enfermedades ocupacionales. Esto es una razón de peso para Ecopetrol puesto que le está apuntando a certificaciones internacionales y para ello debe bajar su índice de accidentalidad y esto se consigue evitando la exposición al riesgo.
Foto 3. Saturación de aceite, succión bombas de transferencia de piscina API EC1 a EC2
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Equipos mencionados del tratamiento de agua de estaci贸n Castilla 2:
Foto 4. Caja Distribuidora
Foto 5. Caja distribuidora, llegada agua estaci贸n Castilla 1
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Foto 6. Saturaci贸n de aceite en caja distribuidora
Foto 7. CPI
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Foto 8. Saturaci贸n CPI
Foto 9. Saturaci贸n internos CPI
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Foto 10. Internos CPI en mantenimiento
Foto 11. Celda de Flotaci贸n
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Foto 12. Filtro cascara de nuez
Descripción de los equipos sugeridos a instalar: Wemco CPI Este es el encargado de llevar a cabo dos etapas dentro del proceso, la coalescencia y la separación:
Paso 1: Coalescencia. Es en la cual mediante el transporte de agua-crudo a través de un distribuidor primario, las gotas de aceite se dispersan y los sólidos se suspenden. Dicho distribuidor crea la oportunidad de colisión aleatoria para las gotas de aceite dispersas en el agua, cuando las gotas dispersadas chocan, se agrupan las gotas pequeñas en grandes.
Paso 2: La separación. Aquí el agua cruda atraviesa horizontalmente el crossflow y las placas obligatorias establecen las condiciones de como siguen los flujos de agua en un camino del sinusoidal por la entrada a la toma de corriente. Cuando se unen los cauces horizontales se completa el proceso de unión de aceite, para luego guiarlo a la superficie, mientras que el lodo se va hacia el fondo. 21
CANAL DE ACIETE
VENTEO CANAL DE AGUA
SALIDA DE ACEITE
SALIDA DE AGUA TRATADA
SEPARADOR DE FLUJO CRUZADO ENTRADA DE AGUAS ACEITOSAS SALIDA DE LODOS
COLECTOR DE LODOS Y SOLIDOS
COALESCER Y DISTRIBUIDOR SECUNDARIO DE AGUA
SALIDA DE AGUA TRATADA SALIDA DE ACEITE ENTRADA DE AGUAS ACEITOSAS
SALIDA DE LODOS
Plano 2. CPI
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Wemco Celda de Flotación
Paso 1: Aireación. La celda de flotación está compuesta de cuatro celdas de flotación. Cada celda está provista con un motor-rotor, el rotor que hila como una bomba, para que el fluido de gas y/o aire pase a través de un dispersor y cree un vacío. Paso 2: Flotación. La mezcla del gas y/o aire/fluido que viaja a través del dispersor crea una fuerza mezcladora, la cual causa que el gas y/o aire forme las burbujas diminutas. Las gotas de aceites y los sólidos suspendidos se atan a las burbujas cuando ellas suben a la superficie. Paso 3: El levantamiento. El aceite y los sólidos suspendidos recaudan una espuma para no salir a la superficie de esta manera ellos están alejados del fondo de la celda. Paso 4: Inyección de químico. Mediante la inyección de químico se lleva a cabo el proceso de eliminación de sólidos suspendidos. En esta etapa se puede disminuir la concentración de aceite de 1500 ppm a menos de 10 ppm.
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Plano 3. Celda de Flotación
24 FILTRO
LABIO DE DESBORDAMIENTO
PALETAS DEL DESNATADOR
ROTOR
CAPILLA DEL DISPERSOR MOTOR
PRODUCTOR DE AIRE/ GAS
COLUMNA DE ALIMENTACION
CORREA IMPULSORA
EJE
PORCIÓN INFERIOR DEL ROTOR QUE ARRASTRA LOS SÓLIDOS HACIA ARRIBA A TRAVÉS DEL MISMO
EL DISPERSOR ROMPE EL AIRE EN PARTÍCULAS DIMINUTAS
PORCIÓN SUPERIOR DEL ROTOR QUE ARRASTRA LA COLUMNA DE ALIMENTACIÓN AIRE/GAS HACIA ABAJO PARA LA DISPERSIÓN DEL LIQUIDO
Imagen Celda de Flotación
8. CONCLUSIONES Los análisis realizados, lo observado al revisar el crecimiento del campo y su proyección basada en la mega de Ecopetrol para el año 2015 nos muestra claramente que se debe hacer algo para contrarrestar cualquier obstáculo que se pueda generar, el cual acarraría problemas para la empresa. Después de visitar las instalaciones y en especial al ver los equipos de la estación Castilla 2 en operación, acabamos de confirmar que nuestra sugerencia es una buena opción para contrarrestar la problemática de la saturación de los equipos de tratamiento de aguas del campo.
Al culminar nuestra trabajo nos dimos cuenta que en realidad las excelentes enseñanzas de Coinspetrol se ven reflejadas en nuestro enfoque para hallar posibles soluciones sustentables a los diversos problemas de la industria de hidrocarburos. También deducimos que con este proyecto dejaremos en Coinspetrol nuestro granito de arena, porque este puede ser usado en beneficio de todos los estudiantes y docentes como material didáctico de aprendizaje y enseñanza.
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9. BIBLIOGRAFÍA
Ecopetrol, Gerencia Regional Central. "Archivos técnicos de producción". Departamento de Producción. Castilla la Nueva, Meta. Corporación Institucional del Petróleo (Coinspetrol) “Normas técnicas para la presentación de proyectos de grado” Villavicencio, Meta. Universidad Industrial de Santander, Escuela de Ingeniería de Petróleos, “Diplomado de Producción para Operadores”, Apiay, 2009. Nalco Colombia, parámetros legales y actuales de vertimiento.
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