Generacion De Nitrogeno.docx

Proceso de generación de nitrógeno Las unidades de generación e inyección de nitrógeno de MECL se componen de dos procesos; el primero y del cual enfatizaremos es el de generación de nitrógeno y el segundo es el de compresión de gas nitrógeno. Comenzaremos explicando los componentes que contiene la atmosfera terrestre la cual respiramos a diario y es la cual absorbe la unidad para realizar el proceso de generación de nitrógeno: Se denomina aire a la mezcla homogénea de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor del planeta Tierra por acción de la fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta y transparente en distancias cortas y media, igualmente está compuesto por una serie de gases en proporciones ligeramente variables, compuesto por nitrógeno (78 %), oxígeno (21 %),y otras sustancias (1 %), como ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y gases nobles (como kriptón y argón).

Composición de la atmósfera libre de vapor de agua, por volumen3

Porcentaje por volumen

Gas

Volumen (%)

Nitrógeno (N2)

78,084

Oxígeno (O2)

20,946

Argón (Ar)

0,9340

Dióxido de carbono (CO2)

0,035

Neón (Ne)

0,001818

Helio (He)

0,000524

Metano (CH4)

0,000179

Kriptón (Kr)

0,000114

Hidrógeno (H2)

0,000055

Óxido nitroso (N2O)

0,00003

Monóxido de carbono (CO)

0,00001

Xenón (Xe)

0,000009

Ozono (O3)

0 a 7×10−6

Dióxido de nitrógeno (NO2)

0,000002

Yodo (I2)

0,000001

Amoníaco (NH3)

0,0003

No incluido en aire seco:

Vapor de agua (H2O)

~0,40 % en capas altas de la atmósfera; normalmente 1 a 4 % en la superficie.

NITROGENO: En este momento ya tenemos claro el concepto de aire y por tal motivo voy a explicarles el componente que nos interesa enfatizar que es el nitrógeno (N2 ); El nitrógeno es un elemento químico de número atómico 7, símbolo N y que en condiciones normales forma un gas diatómico (nitrógeno diatómico o molecular) que constituye del orden del 78 % del aire atmosférico. En ocasiones es llamado ázoe —antiguamente se usó también Az como símbolo del nitrógeno; Elemento químico de número atómico 7, masa atómica 14,007 y símbolo N ; es un gas incoloro, inodoro e inerte, compone cuatro quintos del volumen del aire de la atmósfera y se usa para sintetizar amoníaco y otros productos, para fabricar explosivos, como refrigerante y como atmósfera inerte para conservar ciertos productos.

El nitrógeno gaseoso ha sido empleado como agente de limpieza, de inertización y generador de presión en la industria petrolera, requiriendo el uso de equipo especializado de alta presión para la inyección de nitrógeno. Sin embargo, con el avance de la tecnología se han diseñado equipos inyectores de nitrógeno para trabajar a altas presiones y altos flujos, que con el tiempo han dado flexibilidad y versatilidad en las operaciones. Actualmente el uso del nitrógeno es normal durante todas las operaciones petroleras: perforación, terminación, reparación y mantenimiento de pozos, y en el almacenamiento y distribución de hidrocarburos, como se muestra a continuación: 1. Perforación Bajo Balance: En yacimientos de presionados o cuando se requiere perforar en zonas que presentan alta pérdida de circulación, se hace necesario la utilización de un fluido de perforación con densidades menores de 0.50 gr/cm3 una forma de obtener esas bajas densidades es inyectar nitrógeno conjuntamente con el fluido normal de perforación y evitar pérdidas de circulación, así como también permitir el acarreo de los recortes de formación a superficie, mantener el control del pozo y profundizar hasta el objetivo establecido. 2. Rango de la inyección de nitrógeno: • Gastos de 40-150 cm3 /min • Presión de 400-2,000 psi 3. Cementación Primaria: Después de alcanzar la profundidad deseada en cada etapa del pozo, se hace necesario introducir una tubería de revestimiento y bombear una lechada de cemento de muy baja densidad para fijar la tubería a la formación y sellar el espacio anular. Esto ayudará a soportar el propio peso de la tubería, reducir el proceso corrosivo de los fluidos de los pozos y evitar derrumbes de formación. Cuando se tienen zonas de pérdida de fluidos y se va a cementar alguna tubería de revestimiento, es indispensable utilizar una lechada de cemento espumada mezclada con nitrógeno para que la operación tenga éxito y evitar cementaciones forzadas que incrementen los costos. 4. Lavado o vaciado de pozo: El objetivo de este trabajo es desplazar el agua contenida en las tuberías del pozo, para reducir la presión hidrostática. Este tipo trabajo se realiza al terminar la perforación y revestimiento del pozo y una vez que se ha colocado el aparejo o tubería de producción al llegar a la profundidad del yacimiento productor. Rangos de inyección de nitrógeno: • Gastos de 15-40 cm3 /min • Presión de 1,000-5,000 psi 5. Disparos a formación en seno de Nitrógeno: Una vez vaciado el pozo se baja la sonda eléctrica con las cargas explosivas (pistolas) hasta la profundidad del yacimiento productor, se re presiona con nitrógeno y se detonan las pistolas, con esto se favorece la penetración de las cargas explosivas para posteriormente abrir el pozo a la atmósfera y favorecer la limpieza de los agujeros formados y la producción de hidrocarburos. Rangos de la inyección de nitrógeno: • Gastos de 15-30 cm3 /min • Presión de 500-1,000 psi 6. Estimulación: Su función principal es dar mantenimiento al pozo (limpiar tuberías), removiendo todo tipo de materiales que estén obstruyendo el paso de los hidrocarburos por las tuberías, como son: asfalto, parafinas, arenas o suciedad, para desplazarlos se utilizan productos químicos y nitrógeno. Este tipo de trabajo trae varios beneficios al pozo, como son: a) Elevar su productividad, ya que el nitrógeno ayuda a que haya mayor contacto con la roca y las tuberías. b) Mejorar la permeabilidad de los pozos. c) Mejorar la producción de aceite. El nitrógeno también es utilizado en las estimulaciones, por los siguientes factores: a) Permite una mayor y más uniforme penetración de los fluidos del tratamiento a lo largo del horizonte productor.

b) Mejora y acelera la limpieza del pozo, ayudando a remover y acarrear los sólidos insolubles de la formación. c) Debido a la velocidad de limpieza, evita que se formen emulsiones que taponen el pozo. d) Asegura el retorno de los productos químicos, evitando daños a la tubería del pozo. e) El nitrógeno gaseoso es extremadamente seco, por lo cual absorbe todos los fluidos acuosos, lo cual disminuye el contenido de agua en el pozo. Por lo tanto, un programa de estimulación se desarrolla de la siguiente manera: a) Si la presión de admisión es baja, se programa un pre-colchón de nitrógeno por delante. b) Luego se mete ácido nitrogenado a una relación calculada. c) Se desplaza contra la formación los fluidos de tratamiento, usando otro fluido nitrogenado a una relación calculada. Este fluido debe ser compatible con los fluidos y la roca productora. d) Si la presión es baja, terminar el desplazamiento únicamente con nitrógeno. Rangos de inyección de nitrógeno: • Gastos de 70-300 cm3 /min • Presión de 2,000-8,000 psi 7. Inducción de pozo: Cuando los yacimientos presentan muy baja presión es imposible que los hidrocarburos fluyan por energía propia, entonces se hace necesario inyectar un gas a través de una sarta de tubería flexible para lograr un efecto tipo sifón que favorezca la producción de los hidrocarburos a la superficie, siendo el nitrógeno el más utilizado por su disponibilidad. Los rangos de trabajo para inducir un pozo son: • Gastos de 15-80 cm3 /min • Presión de 1,000-5,000 psi. 8. Prueba de Inyectabilidad: Antes de realizar un fracturamiento y si el yacimiento se encuentra depresionado, se inyectará nitrógeno, permitiendo que la presión del pozo se eleve y se verificará cuántos pozos vecinos se encuentran comunicados; esto permitirá además conocer el gradiente de fractura, temperatura, presión y saber si existen problemas mecánicos, como son concentración de agua, tapones, intervalos cerrados, etc. Rangos de la inyección de nitrógeno: • Gastos de 50-1,000 cm3 /min • Presión de 3,000-8,000 psi 9. Fracturamiento hidráulico: Se inyecta el nitrógeno junto con arena o fluidos, a través de la tubería de perforación, para fracturar el pozo, presionándolo y así obtener mayor producción. El empleo de nitrógeno es necesario en fracturas, por lo siguiente: • Proporciona energía adicional para regresar los productos de reacción del tratamiento. • Mejora el radio de penetración de la fractura. • En caso de una suspensión de bombeo de las unidades de fractura, ayuda a evitar que la arena se asiente y forme un tapón. Rangos de la inyección de nitrógeno: • Gastos de 80-600cm3 /min • Presión de 5,000-10,000 psi 10. Inyección continua: Cuando el yacimiento se encuentra depresionado, se introduce la tubería flexible, que quedará fija (tubería flexible colgada), y se inyectará nitrógeno de forma ininterrumpida, para disminuir la densidad de los hidrocarburos, lograr su movilidad a superficie y mantener la producción constante. Rangos de la inyección de nitrógeno: • Gastos de 15-50 cm3 /min • Presión de 1,000-2,000 psi 11. Corrida de Diablos en Ductos: Una de las operaciones que se ha intensificado para garantizar la integridad de los ductos por los cuales se transporta todo tipo de hidrocarburos, son las pruebas neumáticas y corridas de diablos para efectuar su limpieza e inspección. Una forma de realizar estos trabajos de manera segura es la utilización de nitrógeno, ya que con éste se elimina el ambiente de explosividad que se encuentra dentro de los ductos. Una vez colocado el diablo dentro de la cubeta de pateo, se inyecta el nitrógeno a una velocidad constante y a una presión determinada, de acuerdo con las características del trabajo Rangos de la Inyección de nitrógeno: • Gastos de 501,000 cm3 /min • Presión de 200-2,000 psi

12. Pruebas neumáticas en tanques de almacenamiento: Otra aplicación para el uso del nitrógeno en la industria petrolera son las pruebas neumáticas e inertizaciones a tanques e instalaciones en general donde se almacenan y/o transportan los hidrocarburos (barcos, esferas, etc.). Con este tipo de trabajos se logra limpieza, secado, inertizado y se prueba la hermeticidad de los tanques que almacenan los hidrocarburos, con lo cual se garantiza su integridad: Rangos de la Inyección de nitrógeno: • Gastos de 50-1,000 cm3 /min • Presión de 200-2,000 psi. Estos son los componentes básicos y aplicaciones en la industria que se han conocido hasta el momento, son nuestros conceptos básicos para la manipulación de las unidades.

Teniendo en claro el concepto de que es aire, nitrógeno y sus diferentes aplicaciones, lo siguiente es proceder a explicarles paso a paso el proceso de generación de nitrógeno con las unidades 1200/350c MECL. 1. Motor C-18 impulsando compresor atlas copco, este equipo es el

encargado de tomar el aire de la atmosfera e impulsarlo por el sistema para realizar el proceso de nitrógeno

2. Después que es tomado el aireo por el compresor atlas copco e

impulsado pasa por un separador de gas aceite para enviarlo limpio de residuos de aceite presentados en el proceso

3. Siguiendo el proceso pasa por un radiador el cual lo refrigera y lo

impulsa más por el sistema

4. Inmediatamente pasa por un separador de líquido-gas para secar

el aire, es decir extraer las partículas de agua que se generen por la fricción y además se encuentran en el ambiente

5. Seguido pasa por una serie de filtros, purificadores del aire donde

despojan de su contenido de polvos, arenas, agua ( si queda del anterior proceso) aceite(si existe presencia en el ambiente) y otros materiales particulados en el ambiente para así pasar un aire limpio y seco.

6. Estando el aire seco a temperatura ambiente, pasa por un

calentador eléctrico, el cual me eleva la temperatura en un rango de 45°c y 50°c; dicha temperatura es la ideal para la separación de las moléculas de nitrógeno dentro de la membrana.

7. Cuando ya toma condiciones de temperatura, pasa el aire hacia

la membrana de separación, la cual funciona con un proceso llamado electro-osmosis, esto quiere decir que necesita unas condiciones de temperatura, presión y voltaje para poder separar las moléculas de nitrógeno y desechar el resto a la atmosfera; es decir, que al ingresar el aire dentro de los tubulares que contienen filamentos especiales que solo captan las moléculas de nitrogeno resibe una carga estatica para estimulas las moléculas y asi puedan ser captadas por la membrana de separación

imágenes

Al salir del prisma de la membrana ya sale el nitrógeno y es direccionado hacia el compresor, donde iniciaríamos el proceso de compresión. Agradezco su disposición al leer este documento el cual le ayuda a aclarar dudas con respecto a la generación de nitrógeno de las unidades Mecl 1200/350c

Recuerde que preguntar es la manera correcta de aprender, y cuando no esté seguro de algo aclare sus dudas preguntando para quedar claro en el tema.

Elaborado por: Andrés camilo gamboa Tamayo Sup. Equipo nitrógeno Cel: 3503205821