Las instalaciones de producción de petróleo son complejos sitios industriales que requieren una amplia gama de equipos especializados para extraer, procesar y transportar petróleo crudo y gas natural de los depósitos subterráneos a los usuarios finales. Entender el equipo clave utilizado en estas instalaciones proporciona información sobre los retos de ingeniería e innovaciones tecnológicas que impulsan la industria del petróleo y el gas. Este artículo ofrece una exploración detallada de los equipos primarios, de procesamiento, de transporte y de seguridad encontrados en las modernas instalaciones de producción de petróleo, junto con una visión general de los últimos avances que continúan mejorando la eficiencia.

Equipo de extracción primaria

El viaje del petróleo comienza bajo la superficie de la tierra. El acceso a estas reservas exige una robusta maquinaria de perforación y extracción capaz de soportar altas presiones, ambientes corrosivos y lugares remotos.

Perforación de los cerdos

Los equipos de perforación de pozos son el punto de partida para cualquier operación de producción de petróleo. Se utilizan para perforar pozos en la corteza terrestre para llegar a depósitos de petróleo y gas. Los equipos de perforación vienen en muchos tamaños y configuraciones, desde pequeñas unidades onshore hasta plataformas flotantes masivas utilizadas en entornos de aguas profundas.

Wellhead Systems

Una vez que se perfora un pozo, el pozo se instala en la superficie para proporcionar un sello contra la presión y permitir el acceso a operaciones de producción e intervención.El montaje del pozo, a menudo llamado "árbol de Navidad" debido a su configuración de rama, incluye válvulas, rebanadas y accesorios que controlan el flujo de hidrocarburos. Las válvulas de choque regulan las tasas de producción, mientras que las válvulas de erosión maestra proporcionan puntos de aislamiento para la seguridad y mantenimiento.

Botones de bomba (unidades de bombeo de haz)

Cuando la presión de depósito natural es insuficiente para elevar el aceite a la superficie, se requieren sistemas de elevación artificiales. El bombero es una de las piezas más reconocibles de la producción de petróleo en tierra. Se compone de un haz de caminar conectado a una barra pulida y cadena de varillas de sucker que se extiende por el pozo a una bomba de agujeros. El movimiento de arriba y abajo del rayo de marcha crea una acción de reciprocación de los motores ajustados.

Válvulas de seguridad de la superficie (SSSV)

Las válvulas de seguridad subsuperficie son dispositivos de control de flujo crítico instalados bajo el pozo, normalmente de 100 a 500 pies debajo del lodo o el fondo marino. Su propósito es cerrar automáticamente en el pozo en caso de emergencia, como un incendio superficial o pérdida de control hidráulico. Funcionan a través de un sistema hidráulico controlado por la superficie y pueden diseñarse como válvulas de cobre o bola. Estas válvulas son mandadas por los cuerpos reguladores en muchas jurisdicciones y son probados regularmente para asegurar la fiabilidad.

Equipo de separación y procesamiento

El crudo crudo y el gas natural traídos a la superficie no están listos para la venta. Contienen agua, sólidos, gas y otras impurezas que deben ser removidas a través de una serie de pasos de procesamiento.

Separadores de tres fases

El primer vaso de procesamiento principal después de la cabeza es un separador de tres fases, que separa el flujo de pozos en sus tres componentes principales: petróleo, gas y agua. Estos separadores dependen de la fijación de gravedad, placas de bafón y extractores de mallas para lograr la separación de fase. Separadores verticales se utilizan normalmente para pozos con altas ratios de gas a líquido o donde el espacio está limitado, mientras que los separadores de válvulas horizontales son usados de alto volumen líquido

Calentadores y intercambiadores de calor

Los calentadores son esenciales para el procesamiento del petróleo para reducir la viscosidad del aceite de crudo, ayudar en la separación de emulsiones, e impedir la formación de hidratación en gas natural. Calentadores indirectos (por ejemplo, calentadores despedidos) usan un tubo de fuego para calentar un fluido térmico, que luego transfiere energía al fluido de proceso.

Compresores

El gas natural producido en el pozo es normalmente de baja presión y debe ser comprimido para satisfacer las especificaciones del oleoducto o para la reinyección en el depósito para la recuperación del aceite mejorada. Los tipos de compresión incluyen compresores reciprocadores, que son robustos y manejan las tasas de flujo variable, y compresores centrífugos, que son más adecuados para aplicaciones de alta tensión y flujo constante.

Sistemas de deshidratación y de tratamiento

El gas natural crudo suele contener vapor de agua que debe eliminarse para prevenir la formación de hidratación y la corrosión en los oleoductos. La deshidratación se logra mediante la absorción de glucocol (por ejemplo, sistemas de trietileno de glucocol) o la adsorción de desiccant sólido. Además de la extracción de agua, los procesos de endulzado de gas eliminan el sulfuro de hidrógeno (H2S) y el flujo de carbono (CO2)

Equipo de almacenamiento y transporte

Después del procesamiento, los productos derivados del petróleo deben almacenarse y transportarse de forma segura a refinerías, terminales de distribución o instalaciones de exportación, y el equipo de que se trata está fuertemente regulado para prevenir las fugas y los derrames.

Tanques de almacenamiento

Los tanques de almacenamiento se utilizan para contener aceite crudo, productos intermedios y líquidos de petróleo terminados. Van desde tanques de día pequeños hasta tanques flotantes masivos que tienen más de un millón de barriles. Los tanques de carga fija son comunes para líquidos de baja volatilidad, mientras que los tanques de carga flotantes (con un techo flotante interno o externo) reducen las pérdidas de vapor cubriendo la superficie líquida.

Pipelines

Las tuberías son el modo más eficiente de transportar grandes volúmenes de petróleo crudo y gas natural sobre tierra. Existen dos tipos principales: recoger líneas que recogen la producción de múltiples pozos, y líneas troncales que transportan el producto agregado a refinerías o terminales. Las tuberías se construyen de acero al carbono y están protegidas con revestimientos externos y protección de la corrosión catódica.

Tankers de petróleo y Terminales de exportación

Para el transporte en el extranjero, el petróleo crudo se carga en buques cisterna en terminales marítimas especializadas. Los tanques de petróleo van desde pequeños transportistas hasta los transportistas muy grandes (VLCCs) que pueden transportar 2 millones de barriles de crudo. Las terminales de carga presentan armas de carga articuladas, sistemas de medición y unidades de recuperación de vapor para minimizar las emisiones.

Sistemas de seguridad y vigilancia

Dada la naturaleza altamente inflamable y tóxica de los hidrocarburos, el equipo de seguridad no es una parte posterior a la reflexión sino una parte integral de todas las instalaciones de producción de petróleo.

Preventores de desaceleración (BOPs)

Los prevencionistas de flujo son válvulas de seguridad masivas ubicadas en el pozo que pueden sellar, controlar y matar un pozo en caso de una patada o pérdida de buen control. Las pilas de subsea BOP incluyen preventores de tipo ariete (carrechos de vaina, tubos) y preventores anulares. Se operan hidráuliamente a través de sistemas de control que proporcionan redundancia y operación remota desde el suelo de riego o un panel de control.

Detendores de llama y dispositivos de alivio de presión

Los detendores de llama evitan que las llamas se propagan de nuevo en tanques, separadores o o tuberías donde pueden estar presentes vapores inflamables. Trabajan pasando la llama a través de pasajes estrechos que enfrian el gas debajo de su punto de encendido. Válvulas de presión (PRV) y discos de ruptura están diseñados para abrir automáticamente cuando la presión del sistema supera los límites establecidos, protegiendo el equipo de los eventos de presión20.

Sistemas de detección de incendios y gases

Los sistemas de detección automatizados se implementan en las instalaciones de producción para identificar las fugas de gases combustibles o tóxicos, así como el fuego. Los sensores incluyen detectores de cuentas catalíticos para gases inflamables, células electroquímicas para detección de H2S y detectores de llamas infrarrojos o ultravioletas. Las señales de alarma se envían a un panel central de fuego y gas que puede activar automáticamente los sistemas de diluvio, liberan los represores de incendios (expresores de emergencias).

Sistemas de cierre de emergencia (SESD)

Los sistemas de cierre de emergencia son sistemas de control de cableado duro que aíslan la instalación de fuentes de energía peligrosas durante una anormalidad. Funcionan independientemente del sistema de control de procesos y están diseñados para fallar seguro. Los sistemas de ESD desactivan equipos críticos como compresores, calentadores y válvulas, y pueden desactivar el inventario de buques presurizados a una parpadeada o lugar seguro.

Avances recientes en el equipo de producción

La tecnología continúa transformando el equipo de producción de petróleo, impulsado por la necesidad de una mayor eficiencia, menor emisiones y operación remota. Se están utilizando gemelos digitales para simular el rendimiento del equipo y predecir fallos antes de que ocurran. La integración de sensores de los conductos de Internet de las Cosas (IoT) con análisis basados en la nube permite un control continuo de las máquinas rotativas.

Conclusión

El equipo clave utilizado en las instalaciones de producción de petróleo representa una notable mezcla de ingeniería mecánica, control de procesos y ciencia de seguridad. Desde las plataformas de perforación de alta resistencia que penetran primero en el embalse a los sofisticados separadores, compresores y sistemas de seguridad que procesan y transportan hidrocarburos, cada pieza de equipo desempeña un papel vital en la entrega de energía de forma fiable y segura.