Modelamiento de procesos de aprovechamiento energético del agua de producción de un campo petrolero mediante ciclos de potencia
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Autores
Barón Granados, Julián Mauricio
Director
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Español
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Resumen
En un campo petrolero, el agua de producción es una salmuera que se obtiene como subproducto del tratamiento del crudo en las instalaciones de separación. En la actualidad se genera en promedio un volumen de agua de producción cuatro veces mayor que el volumen de petróleo obtenido, por lo que su manejo es importante para la industria del petróleo y el gas. Los métodos utilizados hoy en día para el manejo del agua de producción no permiten aprovechar su potencial energético calórico, puesto que éste termina en el subsuelo o disipado en el ambiente. En este trabajo se propone evaluar el diseño, simulación y optimización de procesos que recuperen la energía del agua de producción para generar electricidad usando ciclos termodinámicos de potencia, los que se emplean en aplicaciones similares. Para esto se fijaron bases y criterios de diseño con el objetivo de especificar algunas de las características de estos procesos incluyendo los flujos y temperaturas del agua de producción, los fluidos de trabajo y los ciclos termodinámicos de potencia a evaluar. A los procesos resultantes se les aplicó un diseño de experimentos (Box-Behnken) y se simularon utilizando el software Aspen Plus®. Los mejores procesos se seleccionaron teniendo en cuenta el desempeño energético, la sostenibilidad y los costos. Finalmente, se implementó un algoritmo de optimización para minimizar el coste nivelado de la energía (LCOE), obteniéndose varios prospectos viables de implementación y un proceso con gran proyección de ser ejecutado con un LCOE de US$ 0,17/kWh. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
In an oilfield, the produced water is a brine that is obtained as a by-product of the treatment of crude oil in the separation facilities. Currently, on average, the volume of produced water generated is four times greater than the volume of oil obtained, so its management is important for the Oil & Gas industry. The methods used today for the management of produced water do not allow the recovery of its caloric energy potential, since it ends up in the subsoil or dissipated in the environment. This project proposes to evaluate the design, simulation, and optimization of processes that recover energy from produced water to generate electricity using thermodynamic power cycles, which are used in similar applications. For this, bases and design criteria were established to specify some of the characteristics of these processes, including the flows and temperatures of the produced water, the working fluids, and the thermodynamic power cycles to be evaluated. A design of experiments (Box-Behnken) was applied to the resulting processes, which were simulated using the Aspen Plus® software. The best processes were selected considering energy performance, sustainability, and costs. Finally, an optimization algorithm was implemented to minimize the levelized cost of energy (LCOE), obtaining several viable implementation prospects and a process with a great projection of being executed with an LCOE of US$ 0,17/kWh.
Palabras clave propuestas
Agua de producción; Ciclos termodinámicos de potencia; Aprovechamiento energético; Generación de electricidad; Simulación y optimización de procesos; Coste nivelado de la energía (LCOE); Produced water; Thermodynamic power cycles; Energy recovery; Electricity generation; Process simulation and optimization; Levelized cost of energy (LCOE)
Descripción
ilustraciones, diagramas