radiaciones ionizantes en la industria petrolera

RADIACIONES IONIZANTES EN LA INDUSTRIA PETROLERA
Gustavo Molina, Jorge Vizuet G., Arturo Ángeles C. Marco A. Ruiz C.
Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares
[email protected],[email protected],[email protected],[email protected]
nin.mx
Copyright 2005, CIPM. Este artículo fue preparado para su presentación en el cuarto E-Exitep 2005, del 20 al 23 de febrero de 2005 en Veracruz, Ver., México.
El material presentado no refleja necesariamente la opinión del CIPM, su mesa directiva o sus colegiados. El artículo fue seleccionado por un comité técnico
con base en un resumen. El contenido total no ha sido revisado por el comité editorial del CIPM.
RESUMEN.
En este trabajo se describen los usos de las
radiaciones y los materiales radiactivos en la
industria petrolera. Estas inician con los estudios
geofísicos para medir propiedades de las
formaciones petrolíferas con fuentes de radiación
gamma y de neutrones, la interconexión entre
pozos y las mediciones de flujo multifásico, Se
describen las técnicas de diagnóstico de procesos
con trazadores radiactivos y fuentes selladas.
También se describen los medidores nucleónicos
de control, para medir niveles de una o más fases
en tanques, en la eliminación de descargas al
ambiente y en aplicaciones de análisis elemental.
Se describen los desarrollos que ha logrado el ININ
en aplicaciones con trazadores radiactivos y usos
de fuentes selladas, tanto para diagnóstico de
procesos como en sistemas de control nucleónico.
ANTECEDENTES
.
Las primeras aplicaciones industriales de las
radiaciones se hicieron en la década de los 50, una
vez que la instrumentación nuclear estuvo
suficientemente desarrollada, así como la
disponibilidad de fuentes radiactivas obtenidas en
reactores nucleares y en aceleradores de
partículas.
Los sistemas típicos incluían detectores de nivel en
tanques y de espesores para productos laminados
como triplay, acero, papel, etc.
APLICACIONES CONSOLIDADAS
Exploración y Producción. a) Se usan fuentes
radiactivas o generadores de neutrones en la
caracterización
geofísica
de
los
estratos
productores de hidrocarburos(1,2,3,4,5,8,11). a) Otra
aplicación, también de uso muy extendido entre las
compañías que prestan servicios en los
yacimientos, es la medición de flujo vertical en los
pozos utilizando sondas cargadas con una pequeña
cantidad
de
yodo-131(1,15).
c)
Uso
de
radiotrazadores para medir la interconexión entre
pozos(8). d) Control de calidad de procesos de
fracturación hidráulica mediante la marcación y de
simulación de granos de arena de fracturación por
medio de alúminas(1). e) Medición de flujos
multifásicos en plataformas marinas(12).
Refinación. Los usos de las radiaciones ionizantes
se describen a continuación. a) Radiografía
industrial para detectar defectos en soldadura de
tubería o recipientes nuevos. b) Perfilaje gamma de
torres de destilación o absorción para diagnosticar
su
funcionamiento(1,15).
c)
Perfilaje
de
retrodispersión de neutrones para medir interfases
de líquidos y lodo en tanques de almacenamiento
de varias fases(1,15). d) Detección de fugas en
tubería subterránea y en intercambiadores de
calor(1). e) Mediciones de caudal en tuberías(1,15). f)
Distribución de tiempo de residencia. Con esta
técnica que usa radiotrazadores se puede
diagnósticar el funcionamiento de cualquier
componente de proceso como reactores químicos,
clarificadores, lagunas de oxidación, etc. Consiste
en inyectar un pulso de trazador y analizar la
función de salida para medir el tiempo de
residencia, volúmenes muertos, cortos circuitos
retroflujos, etc(1,7,9).
Con el paso de los años, el uso de radiaciones
ionizantes se ha extendido a casi todas las
actividades de la industria. Un resumen de estas se
describe a continuación.
1
Distribución. Las principales aplicaciones en este
campo son: a) Radiografía industrial para detectar
defectos en soldadura de tubería o recipientes
nuevos. b) Perfilaje de retrodispersión de neutrones
para medir interfases de líquidos y lodo en tanques
de almacenamiento de varias fases(1,15). d)
Detección de fugas en tubería subterránea y en
intercambiadores de calor(1,15). e) Mediciones de
caudal en tuberías(1).
TENDENCIAS
La aparición de nuevas tecnologías informáticas, la
miniaturización de componentes electrónicos y de
nuevos materiales detectores de radiación, está
modificando las aplicaciones. Las tecnologías que
se estima seguirán creciendo y que hemos
identificado son:
a) Integración a las torres de destilación y
absorción del equipo de perfilaje gamma
para diagnosticar su funcionamiento en
línea. Esto mismo puede ser aplicable a
tanques de almacenamiento al integrarles
medidores de retrodispersión de neutrones
y para algunos componentes, tomógrafos
para el diagnóstico(16).
b) Uso más extenso de sistemas inalámbricos
de transferencia de datos y mediante
internet.
c) Uso de técnicas de análisis en línea como
fluorescencia de rayos X. Análisis por
activación de neutrones de gammas
inmediatas (PGNAA).
d) Uso de aceleradores de partículas para el
tratamiento de gases de chimenea, para la
degradación de sustancias peligrosas y de
aguas y lodos residuales.
e) Pruebas de producción de un pozo recién
perforado para determinar el caudal de
petróleo emergente y de los estratos que
contribuyen
a
la
producción
en
perforaciones horizontales o bifurcadas; la
técnica implica el uso de radiotrazadores en
una forma química soluble en petróleo.
f) Un mayor uso de sistemas de medición y
control nucleónico para medir flujos
multifásicos en toda la industria, al ir estos
bajando de precio(12).
g) Mayor aceptación de las técnicas al
reducirse la actividad de las fuentes
radiactivas por la mejora de los detectores
de radiación como BGO, LSO, diodos PIN,
Prelude, etc(17).
ACTIVIDADES EN EL ININ
El ININ fue pionero en el país de algunas de las
aplicaciones en el país en la década de los 60 y 70,
que se integró a la industria y que de disolvió a
mediados de la década de los 80. En 1996 se inició
un pequeño grupo para monitoreo tecnológico y
posibles aplicaciones de trazadores. Las técnicas
que se han probado o que se realizan
cotidianamente son:
•
•
•
•
•
•
Medición de masa de mercurio.
Medición de caudales en hidroeléctricas
Detección de fugas en ductos subterraneos
Determinación de tiempo de residencia
Interfases por retrodispersión de neutrones
Perfilaje gamma de torres de destilación
El interés del grupo
es la ampliación de
los servicios y el
desarrollo
de
nuevas
técnicas,
para lo cual se
construyó
un
prototipo de PGNAA
con sonda de NaI,
Se construyó un
detector de portal a
la
entrada
del
instituto controlado
por internet con
aplicaciones
tanto
industriales como en el control de material
radiactivo. Se están desarrollando aplicaciones con
diodos PIN como detectores. Se tiene interés en el
desarrollo de medidores multifásicos.
2
CONCLUSIONES
de
otro
modo
seguiremos
dependiendo
tecnológicamente de proveedores externos.
Las técnicas con radiaciones ionizantes aplicadas a
la industria petrolera han permitido la producción
eficiente y segura de hidrocarburos. La tendencia
nos indica que estas aplicaciones seguirán
extendiéndose, con técnicas que alguna vez fueron
de uso médico como la tomografía axial computada
y
nuevos
instrumentos
permanentemente
instalados, como perfiladores gamma y de
neutrones para torres de destilación. Por otro lado,
el uso de aceleradores de partículas más
económicos permitirá el uso de analizadores en
línea de PGNAA, de análisis por activación y para
el tratamiento de efluentes. Actualmente la
REFERENCIAS.
transmisión de datos y el control de procesos
pueden hacerse tanto de manera inalámbrica como
por internet, por lo que es de esperarse que la
tendencia continúe. Es conveniente que PEMEX
desarrolle conjuntamente con compañías locales y
con institutos de investigación estas aplicaciones,
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