Modelamiento de procesos de aprovechamiento energético del agua de producción de un campo petrolero mediante ciclos de potencia
ilustraciones, diagramas
- Autores:
-
Barón Granados, Julián Mauricio
- Tipo de recurso:
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Nacional de Colombia
- Repositorio:
- Universidad Nacional de Colombia
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unal.edu.co:unal/85320
- Palabra clave:
- 660 - Ingeniería química
Ingeniería hidraúlica
Recursos energéticos
Water-power
Power resources
Agua de producción
Ciclos termodinámicos de potencia
Aprovechamiento energético
Generación de electricidad
Simulación y optimización de procesos
Coste nivelado de la energía (LCOE)
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Thermodynamic power cycles
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- openAccess
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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)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.MaestríaMagíster en Ingeniería - Ingeniería QuímicaEn este trabajo se evalúa el diseño, simulación, selección y optimización de diferentes procesos que permiten la recuperación de la energía en forma de calor, que posee el agua de producción de un campo petrolero, para producir energía eléctrica por medio de ciclos termodinámicos de potencia. Para esto se definen variables como las condiciones de operación del agua de producción del campo petrolero (flujo, presión, temperatura y composición), la composición y la termodinámica de los fluidos de trabajo considerados, las condiciones de las corrientes de los procesos (presión, temperatura y composición) y los equipos a emplear. Para plantear la metodología se tuvieron en cuenta varios indicadores como la potencia eléctrica neta generada y la eficiencia energética de los ciclos, los índices de Potencial de Calentamiento Global (Global Warming Potential – GWP, por sus siglas en inglés) y Potencial de Agotamiento de la capa de Ozono (Ozone Depletion Potential – ODP, por sus siglas en inglés) de los fluidos de trabajo, los costos totales (costos de capital y costos de operación y mantenimiento) y el coste nivelado de la energía (Levelized Cost of Energy – LCOE, por sus siglas en inglés), el cual es el cociente de los costos totales a lo largo del tiempo de vida del proyecto y la energía eléctrica generada en ese periodo.Ingeniería de Sistemas de Procesoxvi, 132 páginasapplication/pdfspaUniversidad Nacional de ColombiaBogotá - Ingeniería - Maestría en Ingeniería - Ingeniería QuímicaFacultad de IngenieríaBogotá, ColombiaUniversidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá660 - Ingeniería químicaIngeniería hidraúlicaRecursos energéticosWater-powerPower resourcesAgua de producciónCiclos termodinámicos de potenciaAprovechamiento energéticoGeneración de electricidadSimulación y optimización de procesosCoste nivelado de la energía (LCOE)Produced waterThermodynamic power cyclesEnergy recoveryElectricity generationProcess simulation and optimizationLevelized cost of energy (LCOE)Modelamiento de procesos de aprovechamiento energético del agua de producción de un campo petrolero mediante ciclos de potenciaProcess modeling for the energetic recovery of produced water from an oilfield through power cyclesTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMAbdel-Aal, H. K., Aggour, M., & Fahim, M. A. (2003). Petroleum and Gas Field Processing. New York: Marcel Dekker, Inc.Agencia Nacional de Hidrocarburos (ANH). (2022). Producción fiscalizada de petróleo por campo. Agencia Nacional de Hidrocarburos (ANH).Ahn, Y., Bae, S. J., Kim, M., Cho, S. K., Baik, S., Lee, J. I., & Cha, J. E. (2015). REVIEW OF SUPERCRITICAL CO2 POWER CYCLE TECHNOLOGY AND CURRENT STATUS OF RESEARCH AND DEVELOPMENT. Nuclear engineering and technology, 47(6), 647-661. doi:https://doi.org/10.1016/j.net.2015.06.009Ait-Amir, B., Pougnet, P., & El Hami, A. (2015). Meta-Model Development. En P. Pougnet, & A. El Hami, Embedded Mechatronic Systems (Primera ed., págs. 151-179). ISTE Press - Elsevier. doi:https://doi.org/10.1016/B978-1-78548-014-0.50006-2Akhmadullin, I. (2017). Utilization of Co-Produced Water from Oil Production: Energy Generation Case. Society of Petroleum Engineers. doi:https://doi.org/10.2118/184459-MSAlconsult International. (2005). 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Stanford University.EstudiantesInvestigadoresMaestrosLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-85879https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/85320/1/license.txteb34b1cf90b7e1103fc9dfd26be24b4aMD51ORIGINAL1233498520.2023.pdf1233498520.2023.pdfTesis de Maestría en Ingeniería - Ingeniería Químicaapplication/pdf1910774https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/85320/2/1233498520.2023.pdf760c6939b254df3cd4b8f3803d86acf6MD52THUMBNAIL1233498520.2023.pdf.jpg1233498520.2023.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4647https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/85320/3/1233498520.2023.pdf.jpga3497eb2c98f024ccfb9d33d7d170c2dMD53unal/85320oai:repositorio.unal.edu.co:unal/853202024-08-21 23:13:14.418Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombiarepositorio_nal@unal.edu.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