Como funciona a separação de petróleo e gás: Um guia completo

O que é a separação de petróleo e gás?

O processo de separação de petróleo e gás é crucial na indústria petrolífera, uma vez que ajuda a separar o petróleo bruto, o gás natural e a água para posterior processamento e transporte. Quando o petróleo e o gás saem da cabeça do poço, estão num estado de sistema multifásico que inclui hidrocarbonetos, água e, por vezes, sólidos. Quando não há separação, a refinação e o transporte a jusante são afectados, o que conduz a problemas operacionais e a custos elevados.

O principal objetivo do processo de separação de óleos é maximizar a pureza de cada componente com a menor quantidade de energia e tempo. Uma separação eficaz melhora a produtividade, reduz o desgaste do equipamento e ajuda a cumprir os requisitos legais relativos aos impactos ambientais. Funciona como o sistema de semáforos de uma cidade, onde cada componente é guiado para o seu devido lugar para evitar engarrafamentos e atrasos. Isto não só protege a infraestrutura como também aumenta a eficiência da recuperação de hidrocarbonetos, que é um elemento-chave da atual indústria do gás.

Principais tipos e funções de equipamento

Separadores bifásicos

Os separadores bifásicos são utilizados para separar o fluido do poço em duas fases, que são o gás e o líquido, que neste caso são o petróleo e a água. Funcionam com base na diferença de densidade e na deslocação da gravidade. Quando a mistura entra, o gás sobe para a secção de gás e é libertado, enquanto o líquido é deixado na base do tanque. Estes separadores são utilizados na primeira fase de separação na indústria do petróleo e do gás. São utilizados em tanques de armazenamento, cabeças de poço e instalações de produção onde o teor de água é baixo. A sua conceção simples torna-os rentáveis, mas podem necessitar de processamento adicional se for necessário remover uma grande quantidade de água.

Separadores trifásicos

Os separadores trifásicos dividem o fluxo do poço em gás, óleo e água, o que é essencial para campos com um elevado teor de água. Funcionam com base no princípio de que a água mais densa se afunda no fundo, o óleo forma a camada intermédia, enquanto o gás flutua à superfície. Por conseguinte, é importante controlar os níveis do líquido e o fluxo do gás para conseguir a melhor separação. Estes separadores são amplamente utilizados em plataformas offshore, campos petrolíferos e instalações de processamento de gás onde se pretende uma separação de elevada pureza. Embora sejam mais complicados do que os separadores de duas fases, oferecem um melhor nível de separação e aumentam a eficiência do processamento a jusante.

Separadores ciclónicos

Os separadores ciclónicos funcionam com base no princípio da força centrífuga para separar o gás do líquido. A mistura que entra está a alta velocidade e as partículas líquidas mais pesadas movem-se em direção às paredes do separador e depois para baixo, enquanto o gás mais leve sobe. Devido ao seu pequeno tamanho, são adequados para utilização em plataformas offshore e noutras áreas onde o espaço e o peso são limitados. São eficazes para lidar com elevados caudais de gás e são menos afectados pelas flutuações do caudal. Mas podem não oferecer uma eficiência de separação tão elevada como os separadores por gravidade em casos de névoa fina ou de diferenças de densidade baixas.

Separadores verticais

Os separadores verticais baseiam-se no princípio da gravidade para permitir a separação do gás do líquido. O gás sobe para o topo do recipiente enquanto o líquido se acumula na base do recipiente devido à força da gravidade. A sua conceção é especialmente vantajosa quando a relação gás/líquido é elevada, porque o fluxo ascendente do gás ajuda na remoção do líquido. Ocupam menos espaço no solo, o que os torna ideais para ambientes offshore e com espaço limitado. No entanto, podem ter uma eficiência de separação inferior à dos separadores horizontais. São amplamente aplicados na separação de cabeças de poço, onde a produção de gás é normalmente elevada.

Separadores horizontais

Os separadores horizontais também oferecem comprimentos de fluxo mais longos, o que melhora a separação de petróleo, gás e água. Isto deve-se ao facto de o tempo de retenção mais longo permitir uma melhor separação das diferentes fases. Estes separadores são adequados para utilização em sistemas que lidam com grandes volumes de líquido e têm rácios de óleo e gás relativamente estáveis. Têm um tamanho maior que lhes permite lidar com mais volume e, por isso, são adequados para instalações de processamento central e centros de recolha de campos petrolíferos. No entanto, necessitam de mais espaço e suporte estrutural do que os separadores verticais. São amplamente utilizados em instalações de produção de petróleo em terra, onde a separação eficiente de fases é crucial para o processamento a jusante.

Processo de separação de petróleo e gás

Separação da entrada

Quando o fluido do poço entra no sistema de separação, é normalmente constituído por uma mistura de petróleo, gás e água, muitas vezes sob alta pressão. O fluido é direcionado através do tubo de entrada para o separador de primeiro estágio, onde se inicia o processo de separação. Os dispositivos mecânicos, como os desviadores de entrada, ajudam a distribuir o fluido uniformemente, evitando a turbulência e assegurando um processo de separação eficiente. A etapa inicial é crucial, uma vez que prepara o terreno para as fases subsequentes, reduzindo o arrastamento de gás no líquido e assegurando um fluxo estável para um processamento eficaz a jusante.

Separação primária gás-líquido

Nesta fase, a força da gravidade é utilizada para ajudar na separação das fases fluidas em função das suas densidades. O gás, sendo mais leve, sobe para a secção de gás, enquanto os hidrocarbonetos líquidos se depositam no fundo do tanque. Alguns separadores de gás utilizam a separação ciclónica ou a separação centrífuga como forma de aumentar a eficiência, especialmente nos casos em que a separação tem de ser feita rapidamente. O gás sobe então para o topo do separador e é canalizado para o processo seguinte, enquanto o líquido é canalizado para a fase seguinte de separação. A instrumentação adequada também ajuda a controlar o caudal e as variações de pressão.

Separação óleo/água

Após o passo inicial de remoção do gás, o líquido que resta é uma mistura de óleo e água e, por isso, precisa de ser separado. Nos separadores, a água, sendo mais densa, assenta no fundo, o óleo forma a camada intermédia e o gás restante flutua no topo. Em alguns casos, é necessário quebrar emulsões estáveis com a ajuda de desemulsificantes. Os hidrocarbonetos líquidos separados são então transportados para as instalações de processamento, enquanto a água é tratada para ser utilizada novamente ou injectada de novo no reservatório. A otimização da separação óleo-água aumenta o nível de conformidade com as normas ambientais e aumenta o rendimento dos hidrocarbonetos.

Condicionamento e desidratação de gases

O gás separado pode conter vapor de água e dióxido de carbono (CO₂), que devem ser eliminados para evitar a corrosão das condutas e a formação de hidratos. A desidratação profunda é normalmente conseguida através da utilização de peneiras moleculares e de sistemas de desidratação com glicol. Pode também ser comprimida com recurso a compressores para aumentar a sua pressão para transporte até ao local pretendido. Em conjunto com os processos de aquecimento ou arrefecimento, o condicionamento do gás assegura que o gás está à psi correta para processamento ou venda posterior. Esta etapa é muito importante na purificação do gás e também no transporte do gás através de gasodutos.

Armazenamento e transporte de líquidos

Depois disso, o petróleo processado é mantido em tanques de armazenamento antes de ser enviado para as refinarias para processamento posterior. A água que é separada do fluxo de petróleo é tratada e depois libertada ou é injectada de novo no reservatório para manter a pressão elevada. As válvulas e os sistemas de controlo do aquecimento ajudam a manter a estabilidade do petróleo e a evitar a formação de cera ou hidratos durante o armazenamento e o transporte. O processo de transporte também tem de cumprir os requisitos de segurança e ambientais para evitar derrames e melhorar o fluxo de petróleo nas redes de distribuição.

Segunda fase e separação final

Nalguns casos, existe uma segunda fase de separação, especialmente em campos de petróleo de baixa pressão ou em campos com elevado corte de água. Esta fase pode incluir o flashing, em que uma súbita queda de pressão faz com que os gases dissolvidos passem à fase de vapor e aumentem a estabilidade do petróleo. O aquecimento também pode ser utilizado para eliminar quaisquer hidrocarbonetos leves residuais, como o propano, o etano, o butano, etc., para satisfazer a qualidade do oleoduto. A purificação final é efectuada por depuradores avançados e separadores secundários para garantir que quaisquer impurezas remanescentes são eliminadas antes do armazenamento ou transporte.

Qual é o papel da peneira molecular no processo de separação?

A partir do processo acima descrito de separação de petróleo e gás, é evidente que os crivos moleculares são muito importantes no processo de desidratação para as especificações exigidas tanto do petróleo bruto como do gás natural. Durante a separação, os hidrocarbonetos em bruto contêm vapor de água que provoca a corrosão das condutas, a formação de hidratos e a redução da eficiência do processamento.

Os peneiros moleculares 3A, 4A, 5A e 13X são utilizados em unidades de adsorção para remover a água dos fluxos de gás natural para evitar a formação de hidratos e melhorar o processamento posterior. Os crivos moleculares são utilizados em combinação com compressores em instalações de separação para obter o melhor resultado no tratamento do gás. A desidratação com glicol também pode ser utilizada, mas os crivos moleculares proporcionam uma desidratação mais profunda, que é necessária no processamento de propano, etano e butano.

Segue-se uma comparação dos diferentes tipos de crivo molecular utilizados na desidratação de gás natural:

Peneiras moleculares Jalon para um desempenho superior

A Jalon é um fabricante de peneiras moleculares que fornece uma série de peneiras moleculares de alto desempenho para a separação de petróleo e gás para satisfazer as necessidades de desidratação e remoção de impurezas. O seu crivo molecular 3A é ideal para a desidratação de gás natural, não adsorve hidrocarbonetos e, por conseguinte, não altera a composição. As peneiras moleculares 4A e 5A têm melhor adsorção de água e hidrocarbonetos leves para aumentar a pureza do gás. Quando é necessário separar o CO₂ e o H₂S, o melhor adsorvente é a peneira molecular 13X. Eles usaram suas peneiras moleculares em diferentes plantas de petróleo e gás em todo o mundo e ofereceram as seguintes vantagens:

• Absorção de humidade superior para ciclos de desidratação prolongados.
• Soluções personalizáveis adaptadas a necessidades operacionais únicas.
• Um controlo de qualidade rigoroso que garante a coerência e a fiabilidade.

Otimização dos processos de separação e tendências futuras

A otimização da separação de petróleo e gás é um processo que deve ser feito de forma contínua. Algumas das formas através das quais a eficiência é alcançada e a energia é poupada incluem a separação em várias fases, a automatização dos controlos de processo e a monitorização contínua. No futuro, a indústria está a mudar gradualmente para a utilização de métodos de separação mais limpos, mais sustentáveis e menos perigosos para o ambiente. As peneiras moleculares serão o principal componente da nova geração de tecnologias de tratamento de gases que serão mais eficientes e económicas.

Conclusão

A separação de petróleo e gás é um processo importante que é aplicado para aumentar o rendimento dos hidrocarbonetos e a fiabilidade do sistema. Compreendendo o processo de separação, selecionando o equipamento certo e utilizando novas peneiras moleculares, os operadores podem obter elevadas taxas de produção a baixo custo. As peneiras moleculares da Jalon oferecem o mais alto nível de desidratação, melhor qualidade do gás e produtividade para o seu negócio. À medida que a indústria se orienta para a sustentabilidade e a eficiência energética, soluções inovadoras como as peneiras moleculares continuarão a moldar o futuro do petróleo e do gás.