La industria energética del gas natural utiliza diversas fuentes de gas con composiciones variables. La utilización eficiente depende en gran medida del "corazón motor" crítico: los compresores. A continuación, profundizamos en los principales tipos de gases y revelamos cómo sinergizan con diferentes tipos de compresores.
I. Explicación Detallada de los Tipos de Gases Principales
1. Gas de Casing (Gas de Annular):
Origen y Características:** Existe en el espacio anular (entre el tubing y el casing) de los pozos petroleros, producido junto con el crudo. Su composición es compleja, contiene metano más proporciones significativas de nitrógeno, dióxido de carbono e incluso sulfuro de hidrógeno (gas ácido). La presión suele ser baja y muy variable. La emisión directa desperdicia recursos y contamina el medio ambiente.
Valor y Desafíos: Su recolección y aprovechamiento ofrecen beneficios económicos y ambientales. Sin embargo, su alto contenido de impurezas, baja presión e inestabilidad imponen demandas rigurosas a los equipos de procesamiento y los compresores.
2. Gas Asociado:
Origen y Características: Gas disuelto en el petróleo crudo que se separa al ser llevado a la superficie debido a la reducción de presión. Principalmente metano, pero también contiene componentes más pesados como etano y propano (Líquidos del Gas Natural, LGN), así como impurezas como vapor de agua y arena. La presión y el caudal fluctúan típicamente con la producción del pozo petrolero.
Valor y Desafíos: Fuente vital de energía y materia prima petroquímica. Su variabilidad e impurezas (líquidos, partículas sólidas) son los principales desafíos para su compresión y aprovechamiento.
3. Gas Seco Procesado:
Origen y Características: Gas que ha pasado por procesos de purificación profunda (desulfuración, deshidratación, ajuste de punto de rocío de hidrocarburos) en estaciones de recolección o plantas de procesamiento de gas natural. Principalmente metano, con niveles de impurezas extremadamente bajos (cumpliendo especificaciones de punto de rocío de agua e hidrocarburos). Se caracteriza por su pureza, estabilidad y presión relativamente alta y constante.
Valor y Desafíos: Cumple con los estándares de transmisión por gasoducto o licuefacción (GNL) como gas producto comercializable. La compresión se utiliza principalmente para el transporte por gasoducto a larga distancia o para el aumento de presión previo a la licuefacción, lo que exige una alta eficiencia y fiabilidad de los compresores.
II. Compresores: Diferentes Tipos para Diferentes Desafíos de los Gases
1. Compresores Alternativos (de Émbolo o de Pistón):
Principio: Un pistón se mueve alternativamente (de vaivén) dentro de un cilindro para comprimir directamente el gas.
Puntos Fuertes:Alta relación de compresión (presión de descarga / presión de succión), caudales pequeños. Adaptable a variaciones en la composición del gas.
Aplicaciones de Gas Adecuadas:
Reinyección de Gas de Casing/Gas Asociado: Aumento de presión de gas de casing o asociado de baja presión para inyectarlo de nuevo en el yacimiento y mantener la presión, mejorando la recuperación de petróleo. Su capacidad de alta relación de compresión es clave.
Pequeñas Estaciones de Recolección/Compresión Skid-Montada: Adecuados para aumentar la presión del gas asociado en emplazamientos de pozos remotos o con menor producción. Estructura relativamente compacta.
Estaciones de GNC (Gas Natural Comprimido):Compresión de gas de red a alta presión (típicamente 20-25 MPa) para llenar cilindros de vehículos. La alta relación de compresión es el requisito fundamental.
Ventajas: Alta eficiencia (especialmente a carga parcial), alta relación de compresión, adaptable a cambios en la composición del gas.
Limitaciones: Capacidad de caudal relativamente pequeña, niveles más altos de vibración y ruido, más piezas de desgaste (anillos de pistón, válvulas, etc.) que requieren mantenimiento regular. Sensible a impurezas líquidas y sólidas en el gas (requiere filtración/separación de admisión robusta).
2.Compresores de Tornillo:
Principio: Utiliza un par de rotores helicoidales engranados dentro de una carcasa; el gas se comprime al cambiar el volumen entre los lóbulos de los rotores durante la rotación. A menudo emplea inyección de líquido (aceite o agua) para enfriamiento, sellado y lubricación.
Puntos Fuertes: Relaciones de compresión de medias a bajas, rangos de caudal pequeños a medianos. Puede tolerar cantidades moderadas de líquidos y partículas sólidas.
Aplicaciones de Gas Adecuadas:
Opción Principal para Recolección de Gas Asociado/de Casing: Ideal para manejar gas asociado/de casing húmedo que contiene líquidos (condensado, agua) y arena. Los compresores de tornillo lubricados por aceite tienen una tolerancia muy alta a los líquidos. Ampliamente utilizados para aumento de presión en cabezales de pozo y estaciones de recolección.
Gas de Mantos de Carbón/Gas de Esquisto (Gas No Convencional): También adecuados para manejar gases que pueden contener líquidos/impurezas durante las fases iniciales de producción.
Aumento de Presión de Gas Combustible: Suministro de gas combustible a presión elevada para Ventajas: Diseño compacto, funcionamiento suave, baja vibración, alta tolerancia a la humedad y a impurezas sólidas menores, buena fiabilidad, intervalos de mantenimiento más largos.
Limitaciones: La relación de compresión de una sola etapa suele ser menor que la de los compresores alternativos. La eficiencia generalmente es ligeramente inferior a la de una máquina alternativa bien diseñada en su punto de funcionamiento óptimo. Los tipos lubricados por aceite requieren sistemas complejos de separación y enfriamiento del aceite.
3. Compresores Centrífugos:
Principio: Impulsores que giran a alta velocidad imparten energía cinética al gas, que luego se convierte en energía de presión en un difusor.
Puntos Fuertes: Grandes caudales, relaciones de compresión de medias a bajas. La capacidad de caudal es su ventaja principal.
Aplicaciones de Gas Adecuadas:
Estaciones de Refuerzo de Gasoductos de Gas Natural: Equipo central para la transmisión de alto caudal en gasoductos principales, aumentando la presión del gas seco procesado en etapas a lo largo de miles de kilómetros.
Grandes Plantas de Procesamiento de Gas/Plantas de Licuefacción de GNL: Se utilizan para el aumento de presión del gas natural, la compresión de refrigerantes (en procesos de licuefacción) y otras aplicaciones de alto caudal.
Inyección/Extracción en Instalaciones de Almacenamiento a Gran Escala: Se necesitan compresores de alto caudal durante los ciclos de inyección para inyectar gas rápidamente en el subsuelo.
Ventajas: Capacidad de caudal muy alta, funcionamiento suave, baja vibración, mantenimiento relativamente bajo (especialmente los tipos con cojinetes magnéticos sin contacto o de aire), compresión libre de aceite (para gas seco).
imitaciones: La eficiencia cae drásticamente a caudales bajos, propenso al surge(funcionamiento inestable peligroso). El rendimiento es sensible a cambios en la composición del gas (afecta a la curva de rendimiento). La relación de compresión de una sola etapa es baja; para relaciones altas se requieren múltiples etapas en serie. Altos costes de fabricación e instalación.
III. Casos Prácticos: Tecnología Impulsando la Industria
1. Proyecto de Procesamiento de Gas Asociado en el Yacimiento Petrolífero de Xinjiang:
Desafío:Grandes volúmenes de gas asociado de pozos dispersos: baja presión, que contiene líquidos e impurezas. La quema tradicional en antorcha (flaring) desperdiciaba recursos y causaba contaminación.
Solución: Despliegue generalizado de compresores de tornillo lubricados por aceiten cabezales de pozo y pequeñas estaciones de recolección para aumentar la presión y realizar una separación preliminar del gas asociado antes del transporte centralizado a una planta de procesamiento.
Resultado：Aumento significativo de la recuperación/aprovechamiento del gas asociado, reducción de la quema en antorcha, obteniendo beneficios tanto económicos como ambientales. La tolerancia del compresor de tornillo al gas húmedo fue clave para el éxito.
Aumento de Presión para Exportación en el Campo de Gas de Esquisto de Sichuan:
Desafío: Declive rápido de presión en pozos de gas de esquisto durante la producción inicial, que requiere un aumento de presión oportuno para mantener la producción y alimentar la red de gasoductos.
Solución: Despliegue de compresores alternativos de alta potencia o compresores alternativos separables de alta velocidad con acoplamiento directo en emplazamientos de pozos o estaciones de recolección. Se utilizó su capacidad de alta relación de compresión para aumentar la presión del gas de pozo de baja presión hasta la presión de exportación por gasoducto.
Resultado:Extensión efectiva del período de producción estable de los pozos, asegurando el desarrollo eficiente y el suministro estable de recursos de gas de esquisto. La alta relación de compresión de los compresores alternativos fue una clara ventaja en este caso.
3. Estaciones de Refuerzo de la Línea Principal del Gasoducto Oeste-Este:
Desafío: Abarca miles de kilómetros, requiere superar la fricción del gasoducto para sostener volúmenes masivos de transmisión de gas (p. ej., cientos de miles de millones de metros cúbicos anuales).
Solución: Establecimiento de grandes estaciones de refuerzo (booster stations) en nodos críticos a lo largo del gasoducto. El equipo principal consiste en bancadas de compresores centrífugos de alta potencia (normalmente accionados por turbinas de gas o motores eléctricos), que a menudo utilizan múltiples etapas en serie para lograr la relación de compresión requerida.
Resultado: Garantizó el funcionamiento eficiente y estable de esta arteria energética nacional, transportando continuamente gas natural del oeste a las regiones oriental económicamente desarrolladas. La capacidad de gran caudal del compresor centrífugo es insustituible para proyectos nacionales de esta escala.
Conclusión:
Desde los gases de casing y asociados, complejos y de presión fluctuante, hasta el gas seco procesado, puro y estable, el funcionamiento eficiente de la cadena de valor energética del gas natural depende críticamente de la combinación precisa de los compresores como equipo motor central. Los compresores alternativos, de tornillo y centrífugos desempeñan funciones vitales en diferentes escenarios de manejo y aplicación de gases, aprovechando sus puntos fuertes únicos. Una comprensión profunda de las propiedades del gas y del rendimiento de los compresores, que permita su combinación óptima, es la base tecnológica para mejorar la utilización de los recursos, garantizar la seguridad de la producción e impulsar el desarrollo verde y de alta eficiencia de la industria del gas natural. A medida que avanzan los objetivos de "doble carbono" (reducción de emisiones de carbono y neutralidad de carbono), estos "corazones del gas" continuarán desempeñando un papel crucial e indispensable en la transición energética.
