Temas de Ingeniería de Reservorios
¿Por qué mejora la Eficiencia de Separación con el Número de Etapas? 
Autor: M. Crotti.

Quienes trabajan en diseño y operación de instalaciones de superficie, saben que incrementando el número de etapas de separación entre líquido y gas, mejora la eficiencia del proceso. Esta mayor eficiencia se traduce en

• Menor liberación de gas (Menor RGP).

• Mayor recuperación de líquido (Menor Bo).

• Obtención de un líquido de mayor gravedad API.

Aunque a este resultado se llega mediante mediciones de laboratorio o mediante simulaciones termodinámicas, el objetivo de esta página es el dar una explicación conceptual de este fenómeno.

Para ello vamos a analizar la liberación de gas, a partir de una determinada corriente de hidrocarburos, en un proceso de una etapa y otro de dos etapas, hasta condiciones estándar (presión atmosférica y 15.5 °C).

Supongamos que la corriente de hidrocarburos tiene la siguiente composición:

Separación en una sola etapa.

En este caso, a la mezcla de hidrocarburos se le permite alcanzar el equilibrio termodinámico directamente a presión atmosférica y 15.5 °C. En otras palabras, todo el gas se libera en una sola etapa.

Luego de alcanzar el equilibrio se separan el gas y el líquido. En consecuencia tanto el gas como el líquido producidos se encuentran saturados con la otra fase. El gas se encuentra en su punto de rocío y el líquido en su presión de burbuja, ambos a presión atmosférica.

Llevando a cabo este proceso se obtiene una Relación Gas-Petróleo cercana a 100 m³/m³.

Separación en dos etapas.

En este caso la secuencia de operaciones es la siguiente:

• A la mezcla de hidrocarburos se le permite alcanzar el equilibrio termodinámico a una presión intermedia. Digamos, a modo de ejemplo, que esta presión intermedia es de 100 psia.

• Se separa el gas en equilibrio.

• Al líquido de esta primera etapa se lo somete a un nuevo proceso de separación a presión atmosférica y 15.5 °C.

En resumen, el gas se separa mediante dos etapas de equilibrio.

El resultado de este nuevo proceso conduce a una Relación Gas-Petróleo cercana a 90 m³/m³.

Análisis de los resultados

Aunque aproximados, los números presentados son razonablemente cercanos a los que se obtienen experimentalmente con la mezcla de hidrocarburos analizada.

Dado que se parte de las mismas condiciones iniciales y se llega a las mismas condiciones finales (gas y líquido en condiciones estándar), la pregunta que surge en el no-especialista es

• ¿Por qué se liberan cantidades notablemente diferentes de gas y líquido en uno y otro proceso?

La clave para entender esta diferencia se encuentra en el gas que se libera en la primera etapa del proceso de dos etapas. Este gas se encuentra saturado con líquido a la presión a la que se estableció el equilibrio (en el caso elegido, 100 psia).

Nota: Para quienes están familiarizados con las campanas de los diagramas  P-T (presión - temperatura), diríamos que el gas se encuentra justo en el "borde" de su propia campana, sobre la rama inferior de la la envolvente correspondiente a las presiones de rocío del sistema.

Si esta gas no fuera retirado luego de este primer equilibrio termodinámico, seguiría formando parte de la mezcla, cuando ésta alcanza el nuevo equilibrio a presión atmosférica.

Pero..., al expandirse (al ser llevado a una presión inferior) el gas se tornaría subsaturado (se alejaría de su campana P-T). En consecuencia, dicho gas estaría en condiciones de captar componentes del líquido hasta encontrarse nuevamente en condiciones de saturación.

En resumen, al retirar el gas liberado en el primer equilibrio, se impide que ese mismo gas capte componentes del líquido en una expansión posterior.

Notas

1. La disminución de la RGP se acompaña, invariablemente, de una mayor recuperación de líquido, pues la disminución del volumen de gas liberado se logra a expensas de dejar una fracción adicional de componentes "intermedios" en el líquido. La masa total del sistema es, naturalmente, un invariante.

2. Como es de esperar, existe una presión a la cual el proceso de separación intermedio conduce a un máximo de recuperación de líquido.

   A muy altas presiones sólo se libera poco gas, de modo que el efecto analizado disminuye y el proceso tiende a parecerse al de una sola etapa.

   A muy bajas presiones casi todo el gas se separa en la etapa intermedia. Por lo tanto el proceso tiende a parecerse, nuevamente, al proceso de una sola etapa.

   En consecuencia, en alguna presión intermedia se obtiene el máximo de eficiencia de separación.

   A la presión en que se recupera la máxima cantidad de líquido se la conoce genéricamente como Presión Óptima de Separación.

3. Aumentando el número de etapas de separación y optimizando la eficiencia de cada una de ellas, es posible mejorar aún más el proceso de separación. Sin embargo, las mejoras asociadas a cada etapa adicional van decreciendo en magnitud.