Estudio del Proceso de Separación Agua-Petróleo Utilizando OpenFOAM y Análisis Dimensional

Abstract

En muchas industrias es común encontrar equipos cuya función es la separación de fluidos de diferente naturaleza, o de diferentes fases del mismo fluido. En la industria del petróleo, en particular, cobran singular importancia los separadores de agua-petróleo, parte fundamental de las instalaciones de superficie aguas abajo de los pozos. Entre ellos encontramos por ejemplo los tanques cortadores, los skimmers, y los así llamados FWKO (Free-Water Knock Out), entre otros. Si bien cumplen papeles diferentes, todos se ocupan de separar el agua del petróleo, la primera para volver a ser normalmente reinyectada a la formación y el segundo para proceder a su refinamiento y utilización comercial.
En este trabajo se realiza un análisis dimensional del problema de separación en un caso bidimensional correspondiente a un FWKO típico, para identificar de qué variables independientes adimensionales depende el problema. Además, se define una batería de simulaciones a correr sobre un caso específico a fin de verificar que los números hallados efectivamente describan la totalidad del problema.
El presente trabajo se enmarca en una línea orientada a desarrollar sobre OpenFOAM capacidades de simulación para analizar procesos de separación de fases, basadas en modelos para flujos multifásicos capaces de ser utilizados en forma eficaz para el análisis, optimización, y diseño de componentes para la industria del petróleo. Se utiliza un modelo del tipo drift-flux, que permite un razonable equilibrio entre representación adecuada de la realidad y costo computacional. El modelo completo, presentado por los autores en trabajos previos incorpora un tratamiento de las viscosidades de mezcla que permite, para cada caso particular, especificar una determinada concentración de inversión de fase.
Se resuelve un conjunto de escenarios operativos diferentes para una aproximación bidimensional de un tanque separador de agua-petróleo del tipo free-water knock-out (FWKO), obteniendo resultados transitorios del campo de velocidades y perfil de concentraciones de agua-petróleo dentro del equipo. Se verifica que los números adimensionales propuestos describen adecuadamente el problema.