Evaluación Hidráulica de Tuberías en Campo Petrocedeño

UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE PETRÓLEO
PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO
Evaluación hidráulica a través de un modelo de red
computacional de las líneas de tubería de diluente de las
troncales 3 y 4 del Campo Petrocedeño de la Faja
Petrolífera del Orinoco.
REALIZADO POR:
MAIKELI ALEJANDRA OTERO MALAVE
ALFREDO ALEJANDRO GUAREGUA BARRETO
Trabajo de Grado presentado ante la Universidad de Oriente
Como requisito parcial para optar al título de:
INGENIERO DE PETRÓLEO
Barcelona, enero 2021
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE PETRÓLEO
PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO
Evaluación hidráulica a través de un modelo de red
computacional de las líneas de tubería de diluente de las
troncales 3 y 4 del Campo Petrocedeño de la Faja
Petrolífera del Orinoco.
_______________
Ing. Rafael Barrueta
Tutor Académico
Barcelona, enero 2021
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE PETRÓLEO
Evaluación hidráulica a través de un modelo de red
computacional de las líneas de tubería de diluente de las
troncales 3 y 4 del Campo Petrocedeño de la Faja
Petrolífera del Orinoco.
JURADO CALIFICADOR:
El Jurado hace constar que asignó a esta Tesis la calificación de:
Ing. Rafael Barrueta
Tutor Académico
Lorenzo Arditi
Jurado Principal
Blanca Campos
Jurado Principal
Barcelona, enero 2021
RESOLUCIÓN
De acuerdo al Artículo N° 41 del Reglamento de Trabajo de Grado:
“Los Trabajos de Grado son de exclusiva propiedad de la Universidad
de Oriente y solo podrán ser utilizados a otros fines con el
consentimiento del Consejo de Núcleo respectivo, quien lo participará
al Consejo Universitario, para su autorización”.
IV
DEDICATORIA
A Dios por acompañarme, guiar siempre mis pasos y librarme de todo mal. Por
iluminar mi mente y darme la sabiduría necesaria para lograr esta meta.
Le dedico este triunfo profesional a mis padres porque sin ellos nada habría sido
posible, a mis hermanos por siempre estar para mí y ser mi mayor orgullo.
Le dedico este tesis a mis dos abuelitas que están en el cielo cuidando de mí y
recordándome cada día lo fuerte que debo ser.
Le dedico este logro en mi vida a toda la persona que de una forma u otra me
ayudaron, me impulsaron y me apoyaron en este largo camino que me ha tocado
vivir, solo Dios sabe lo difícil que ha sido.
Maikeli Otero
V
DEDICATORIA
Dedico esta tesis primeramente a Dios, a mi abuela Liduvina Frontado, a mi madre
Lisett Barreto por haberme forjado como la persona que soy hoy en día, quienes me
dieron vida, educación, apoyo y lo más importante la motivación para alcanzar esta
anhelada meta; de la misma manera dedico este trabajo a mi padre Jesus Zurbaran por
su apoyo incondicional y por ser un ejemplo a seguir, a mis hermanos: Stefany
Guaregua y Berry Carrion, a mis tios: Liliana Barreto y Gonzalo Frontado, a mis
primos: José Bastardo,Guillermo Bastardo, Williams Bastardo y Luis Ovalles, a mi
sobrino Aaron David y por ultimo pero no menos importante a un hombre que me ha
demostrado con su amor y apoyo que todo en esta vida con esfuerzo y dedicación las
metas se pueden alcanzar a mi compañero de vida Edward Aguilarte mi esposo.
Dedico este trabajo a todos ustedes por ser el cimiento en cada decisión.
Alfredo Guaregua
VI
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por darme la fuerza y la sabiduría para alcanzar esta meta tan añorada de mi
vida, más allá de todas las adversidades ocurridas en el camino definitivamente es un
sueño hecho realidad.
A mis padres Cira Malavé y Florencio Otero por darme la vida, por hacerme
una mujer de bien, con valores, principios y educación, pero sobre todo por el apoyo
incondicional que me han brindado siempre, a la hora de tomar la decisión de irme de
casa para así lograr unos de mis anhelados sueños profesionales. Tengo presente todo
el sacrificio que hicieron para que yo pudiera llegar a este punto. ¡Este logro también
es de ustedes!
Agradecida con Dios por darme la oportunidad de ser parte de la Casa más
Alta, a los Docentes (Profesor Rafael Barrueta y José Rodríguez) que me han
acompañado a lo largo del camino, brindándome siempre su orientación y sobre todo
el apoyo de los cuales estoy infinitamente agradecida. A mis amigos de vida Verónica
Rengifo y Alexander Sánchez solo Dios sabe lo mucho que nos costó, todo lo que no
tocó vivir entre aciertos y desaciertos. Gracias por perdurar en el tiempo, por el
apoyo, por los regaños, por las miles de risas juntos y por haber secado millones de
lágrimas.
A mis hermanos Maikel Otero y Eliezer Otero por ser mi motivación, mis
pilares fundamentales y mi orgullo a seguir para ser cada día una mejor persona.
Gracias por haber creído en mí, por apoyarme a pesar de todo el tiempo que me llevo
este logro, aquí está su hermanita cumpliendo su sueño profesional.
A mis cuñadas y sobrinos por estar en todo momento, por animarme, por
motivarme a seguir. Muchas gracias!
VII
A mis dos abuelitas Julia Malavé y Juana Bermúdez que desde el cielo
estuvieron cuidando de mí y dándome fuerzas para seguir adelante.
A la Familia Trias Campos (Sr, Argenis Trías, Daniel Trias, Diego Trias) por
ser un gran apoyo para poder culminar mi carrera, sin duda fueron un pilar en este
logro. No tengo palabras para expresarle lo agradecida que estoy con todos ustedes,
para mí son mi familia.
A Yuraima Centeno por estar siempre para mí, por tener toda la paciencia del
mundo, por la confianza, por la motivación y la constancia. Gracias por tanto
comadre! Sé que me llevo un montón de tiempo pero al fin lo logre.
A Nathaly Vargas por apoyarme cuando más lo necesitaba, por abrirme las
puertas de su casa y de su familia, estoy agradecida con Dios por haberte puesto en
mi camino, he aprendido muchísimo de ti, gracias por aceptarme como soy, por tener
toda la paciencia del mundo, por todos esos momentos que hemos vividos juntas que
están en lo más profundo de mi corazón. Espero perduremos al pasar el tiempo, te
quiero enorme bebe.
A Julio Noguera porque cuando te conocí jamás pensé en lo importante que te
ibas a convertir en mi vida, no tienes idea de lo muchísimo que te quiero
sinceramente te deseo lo mejor porque te lo mereces, gracias por permitirme conocer
ese ser que pocos conocen, por el apoyo, por la paciencia, por estar para mí en todo
momento, por ayudarme a resolver literalmente todo, por los regaños y por secar mis
lágrimas.
Y por último a toda mi familia por preguntar mil veces cuando se va a graduar
Maikeli??? Familia ya está listo. Muchas gracias!
Maikeli Otero
VIII
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer infinitamente a mi compañera Maikeli Otero por la paciencia, el
cariño y la conexión perfecta en todo momento mejor pareja en este proyecto no pude
tener, gracias enormemente amiga.
También agradezco a esas personas que no son familia de sangre, pero si la familia
que me regalo la vida, a mis padrinos: Edelin Bastardo, José Quilarque, Elvis
Bastardo; a la Sra. María Camayaguan gracias por formar parte importante para
culminar este trabajo, a mis amistades: Yourelis, Valeria, Wilfredo, Yoelmis, Alexis,
Diose, Gustavo, Maria Ramírez Y Tía.
Quiero agradecer también a esas personas que me acompañaron en todo
momento durante mi carrera universitaria y a quienes estaré agradecido toda la vida
por su valiosa e importante compañía: Oscaribell, Jeckson, Marianny, Blanca, Jenny,
Juan Carlos, Eduardo, Mistica, Arrianny, Gilda, a mis profesores: Rafael Barrueta,
Tania, Carlos Zapata, Lisandro Viloria, reconociendo que sin su ayuda nunca lograría
culminar esta tesis, a todos ellos agradezco desde el fondo de mi alma.
En el transitar de esta carrera tuve amigos incondicionales en ciudad traki:
Marilut, Maria Pericana, Ruben, Nathali Ramos, Maryorie, Robert, Luz, Anthoni
Perdomo, Vestalia Álvarez; en Le marche de personas como: Luis Marcano, katiuska,
Sr. Carlos; así como también en la casita azul Farmatodo: Laura, Cristina, Francisco,
Thaimir, Josefina, Julia, Joan, Ramón, Martin, Fabiana, José Armas, José Armando,
Joel, Polo, Virgilio, Jenny Mendocca, Molina, Rita(mi madre hermosa), Nathaly
Vargas, Maria Basilio y el Guri.
No ha sido hacedero el circular hasta este momento, pero sé que valió la pena, quiero
extender mi gratitud a cada uno de ustedes por su amor, por su amistad, por su
bondad, y por su apoyo incondicional para concluir esta maravillosa etapa.
Alfredo Guaregua
ix
ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA...........................................................................................................V
DEDICATORIA........................................................................................................VII
AGRADECIMIENTOS...............................................................................................IX
AGRADECIMIENTOS............................................................................................VIII
RESUMEN..................................................................................................................IX
CAPITULO I...............................................................................................................10
INTRODUCCIÓN.......................................................................................................10
1.1.
DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO...............................................11
1.1.1.
Faja Petrolífera del Orinoco..................................................................11
1.1.2.
Descripción del Bloque Junín................................................................11
1.1.3.
Ubicación geográfica de la empresa......................................................12
1.1.4.
Distribución de Macollas (Clusters)......................................................13
1.2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.....................................................15
1.3.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION....................................................17
Objetivo General..................................................................................................17
Objetivos Específicos..........................................................................................17
CAPÍTULO II..............................................................................................................18
MARCO TEÓRICO....................................................................................................18
2.1.
ANTECEDENTES.......................................................................................18
2.2.
BASES TEÓRICAS......................................................................................20
2.2.1.
Fluido.....................................................................................................20
x
2.2.2.
Diluente.................................................................................................20
2.2.3.
Regímenes de flujo de fluidos en tuberías.............................................20
2.2.4.
Numero de Reynolds.............................................................................21
2.2.5.
Perdidas de presión debidas a válvulas y accesorios.............................22
2.2.6.
Caída de presión en tuberías horizontales.............................................23
2.2.7.
Variables que afectan la caída de presión en tuberías horizontales.......24
2.2.8.
Red de recolección de fluidos................................................................25
2.2.9.
Componentes de la red de recolección de crudo...................................25
2.2.10.
Flexibilidad de tuberías......................................................................27
2.2.11.
Diámetro interno (ID)........................................................................27
2.2.12.
Válvulas y accesorios.........................................................................28
2.2.13.
Válvula de compuerta........................................................................28
2.2.14.
Válvula de retención (check).............................................................29
2.2.15.
Conexiones.........................................................................................30
2.2.16.
Codos.................................................................................................30
2.2.17.
Soportes para Tuberías.......................................................................30
2.2.18.
Macollas.............................................................................................31
2.2.19.
Simulador Numérico PIPEPHASE....................................................32
2.2.20.
Estructura del programa Pipephase....................................................32
2.2.21.
Pipesim...............................................................................................34
CAPÍTULO III............................................................................................................36
METODOLOGÍA APLICADA..................................................................................36
3.1.
Definir los parámetros de fluido e inyección de diluente que es transportado
por las troncales 3 y 4..............................................................................................36
xi
3.1.1.
Definición de los parámetros de fluido..................................................36
3.1.2.
Definición de los parámetros de producción.........................................36
3.1.3.
Comportamiento de los parámetros de fluido y de producción.............37
3.2.
Desarrollar el modelo físico de red y el modelo de fluido a través del
simulador PIPESIM.................................................................................................38
3.2.1.
Topografía de las líneas de recolección.................................................39
3.2.2.
Estaciones de válvulas...........................................................................41
3.2.3.
Lazos de expansión................................................................................43
3.2.4.
Diámetros de tubería..............................................................................45
3.2.5.
Elaboración del modelo físico de red en el simulador Pipesim.............46
3.2.6.
Análisis de sensibilidad.........................................................................58
3.2.7.
Análisis hidráulico.................................................................................58
3.4.
Diseñar el mejor arreglo de líneas de tuberías de interconexión de las nuevas
macollas P5, P6, P8 y sus efectos hidráulicos al ser incluido en la troncal 3 del
modelo de red desarrollado en PIPESIM................................................................59
3.4.1.
Estimación de diámetros de tuberías utilizados por las macollas
incorporadas.........................................................................................................59
3.4.2.
3.5.
Crear el modelo de red de diluente para la troncal 3 y 4 en PIPEPHASE...61
3.5.1.
3.6.
Definición de condiciones de borde para las macollas incluidas..........60
Elaboración del modelo físico de red en el simulador PIPEPHASE.....61
Analizar las presiones de los modelos de red de la troncal 3 desarrollados
con ambos simuladores para la obtención del mejor ajuste.....................................69
CAPITULO IV............................................................................................................71
ANALISIS DE LOS RESULTADOS.........................................................................71
xii
4.1.
Definir los parámetros de fluido e inyección de diluente que es transportado
por las troncales 3 y 4..............................................................................................71
4.1.1.
Definición de los parámetros de fluido..................................................71
4.1.2.
Definición de los parámetros de inyección............................................72
4.1.3.
Condiciones de borde............................................................................72
4.2.
Desarrollar el modelo físico de red y el modelo de fluido a través del
simulador PIPESIM.................................................................................................75
4.3.
Establecer los parámetros hidráulicos para el diluente en el modelo de red
desarrollado en PIPESIM........................................................................................76
4.4.
Diseñar el mejor arreglo de líneas de tuberías de interconexión de las nuevas
macollas P5, P6, P8 y sus efectos hidráulicos al ser incluido en la troncal 3 del
modelo de red desarrollado por PIPESIM...............................................................86
4.4.1.
Condiciones de borde para las macollas incluidas................................87
4.4.2.
Análisis de sensibilidad de los diámetros de tubería en la inclusión.....87
4.5.
Crear un modelo de red de diluente para la troncal 3 y 4 en PIPEPHASE...90
4.6.
Analizar las presiones de los modelos de red de la troncal 3 desarrollados
con ambos simuladores para la obtención del mejor ajuste.....................................92
CONCLUSIONES.......................................................................................................95
RECOMENDACIONES.............................................................................................97
BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................98
APÉNDICES.............................................................................................................118
Apéndice A Tablas....................................................................................................118
xiii
RESUMEN
Se construyó con el simulador PIPESIM un modelo de red de las líneas de tubería de
diluente de las troncales 3 y 4 perteneciente a la compañía PDVSA Petrocedeño, de la
Faja Petrolífera del Orinoco, ubicado al sur del estado Anzoátegui. Realizando una
evaluación hidráulica en las líneas de tubería de diluente con la finalidad de
establecer las restricciones operacionales, actualizando y mejorando el proceso que se
desarrolla en la red para luego establecer una comparación entre el modelo PIPESIM
y PIPEPHASE realizado por Petrocedeño dando como resultado que el modelo de
PIPESIM posee el mejor ajuste con la Data de campo. En primer lugar, se definió el
esquema de transporte e inyección del diluente desde la estación principal de la planta
hasta las macollas, con información facilitada por la empresa a través de planos
cartográficos, perfiles topográficos, mapas isométricos y de alineamiento, se
estableció las características del diluente trasportado por las líneas de tubería
mediante los datos de producción que suministro la compañía. Posteriormente, al
modelo de red
actualizado se le incorporaron las macollas P5, P6 y P8 que
actualmente no están incluidas en la red línea de tubería, para observar su
comportamiento y ajustarlas al modelo de la red para de esta manera realizar
propuestas para su futura inclusión, con los resultados de las presiones arrojados por
el simulador PIPEPHASE se realizó una serie de sensibilizaciones usando distintos
modelos empíricos de flujo para determinar así cuál de todos se ajustaba mejor a la
data. de campo.
IX
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
En los últimos años el desarrollo de la explotación y producción de petróleo en
Venezuela se ha basado en convenios operativos entre la Corporación
Venezolana de Petróleo S.A. y las empresas operadoras de servicios, dando como
resultado la creación de las denominadas empresas mixtas, dentro de las cuales se
encuentra la empresa Petrocedeño; Ubicada en la faja petrolífera del Orinoco.
Esta empresa específicamente se encarga de extraer, producir y mejorar el crudo
extra pesado del campo de San Diego de Cabrutica para obtener un crudo
mediano con bajo contenido de azufre. Este crudo sintético es utilizado por
refinerías de la costa oeste de los Estados Unidos y el golfo de México para
producir combustibles de bajo impacto ambiental.
En Petrocedeño existe una creciente necesidad de explotar yacimientos
petroleros mediante el uso de estaciones satélites de extracción (macollas y
sistemas de bombeo multifásico), que envían la producción total de los pozos a
una estación central de procesamiento y tratamiento de crudo (Estación
Principal). Con el paso del tiempo, se han desarrollado nuevas tecnologías para
facilitar la recolección, manejo, tratamiento y transporte de fluidos producidos en
las estaciones de producción y reducir los costos de inversión y operación. Esta
aplicación ha permitido obtener beneficios para la compañía y de ahí surge la
importancia de optimizar el diseño del sistema de recolección y transporte de
crudo.
La presente investigación es producto de la necesidad de construir un
modelo de red computacional de las líneas de tubería de diluente de las troncales
3 y 4 del Campo Petrocedeño de la Faja Petrolífera del Orinoco, con el fin de
establecer el mejor ajuste a la inyección del diluente que es transportado por las
11
troncales 3 y 4 a condiciones de operación del campo Petrocedeño; construyendo
dos modelos de red uno en PIPESIM y otro en PIPEPHASE, con la intensión de
verificar cual herramienta se ajusta mejor a las condiciones de operación y
validar entre ellos los resultados de uno con el otro.
1.1.
DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
1.1.1. Faja Petrolífera del Orinoco
La Faja Petrolífera del Orinoco, fue descubierta en el año 1936, con la perforación del
pozo CANOA-1, el cual produjo crudo de 7° API, a una tasa de 40 Bbl/día. La Faja
Petrolífera del Orinoco representa uno de los reservorios más importantes de
hidrocarburos pesados y extra pesados a nivel mundial. El total de Petróleo Original
en Sitio (POES) se ubica en la cifra de 1.360 MMMBN de los cuales a partir de su
nacionalización el 1 de mayo de 2007 se ha logrado certificar una reserva de 297
MMMBN.
1.1.2. Descripción del Bloque Junín
El Área Junín tiene aproximadamente una extensión de 14.580 km 2. Está limitada al
Norte por el Distrito Operacional de PDVSA San Tomé (Campos Budare y
Socororo), al Sur por la ribera del río Orinoco, al Este por el Área Ayacucho y al
Oeste por el Área Boyacá. Está ubicada al Sur – Este del estado Guárico y el Sur –
Oeste del estado Anzoátegui. Las dimensiones de este bloque son de
aproximadamente 120 Km. en dirección Este-Oeste y de 80 Km. en dirección NorteSur. Con el mayor porcentaje de arena depositado en el centro del bloque. Con una
reserva estimada de 557 MMMBN (Figura 1.1).
12
1.1.3. Ubicación geográfica de la empresa
La organización de Petrocedeño comprende dos divisiones. La división de
Producción, ubicada al sur del estado Anzoátegui en la población San Diego de
Cabrutica, donde se realizó este trabajo, y la división de Mejoramiento situada al
norte del estado, en el complejo José Antonio Anzoátegui. La división de Producción
se encarga de manejar lo inherente a la extracción y tratamiento a través de la
operación de las macollas y la estación principal, diseñada para la producción de 200
mil barriles diarios de crudo extra pesado y gas asociado en 41 macollas, 602 pozos
activos y 27 bombas multifásicas. El enfoque de este trabajo de investigación estuvo
enfocado en las troncales 3 y 4 pertenecientes al campo Petrocedeño utilizadas para el
transporte e inyección de diluente.
1.1.4. Distribución de Macollas (Clusters)
Son un tipo de perforación direccional moderna que se ha utilizado ventajosamente
para que desde una misma locación, plataforma acuática o isla artificial se perforen
varios pozos que, aunque se ven muy juntos en la superficie, en el fondo mantienen el
espaciamiento reglamentario entre uno otro. Este conjunto de pozos dio origen a la
llamada macolla de pozos. La macolla de pozos permite reducir el área requerida para
las localizaciones ya que desde un solo sitio se pueden perforar varios pozos.
Además, se logran economías en construcción de caminos, en instalaciones, en
utilización del transporte de carga y personal y posteriormente se economiza en
vigilancia e inspección de pozos por estar éstos en un solo punto.
Estación principal
El diluente proveniente del mejorador José que llega a la Estación Principal es
distribuida a través de cuatro troncales de acuerdo a la cantidad de pozos y el flujo
necesario para diluir el crudo en yacimiento, nuestra estudio se enfocara
sencillamente en las distribución hacia las troncales 3 y 4.
13
Troncal
Las troncales son líneas de flujo principal que interconectan las líneas de flujo que
van hacia las macollas. Por lo general la troncal es de mayor diámetro que las líneas
de flujo provenientes de los clusters, a través de ella se recogen y transporta el crudo
o el gas. El campo Petrocedeño cuenta con un sistema de cuatro troncales que
transportan el gas anular a la estación principal. La figura 1.4 muestra un esquema de
las troncales que forman parte del sistema de recolección de diluente del campo
Petrocedeño.
1.2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PDVSA Petrocedeño, es una empresa mixta adscrita a la Corporación Venezolana del
Petróleo (CVP), ubicada en el municipio José Gregorio Monagas del estado
Anzoátegui, cuyas operaciones se cumplen en el área Junín de la Faja Petrolífera del
Orinoco. Esta tiene como actividad medular, además de la producción de
hidrocarburos, la extracción de crudo extra pesado para su posterior mejoramiento y
comercialización. Durante dicha extracción es donde se manifiesta que el crudo se
encuentra asociado a otras sustancias como agua, gas y sedimentos, los cuales deben
separarse del mismo para evitar problemas futuros tanto en el traslado como en los
diversos procesos de tratamiento del petróleo.
Actualmente en el Campo Petrocedeño las troncales 3 y 4 cuentan con 12 y 17
macollas respectivamente; las cuales unen la Estación Central a los distintos pozos
del yacimiento, logrando así la inyección de diluente a todos los pozos conectados a
través de una misma línea. La macolla puede estar conectada directamente a las líneas
troncales principales de inyección de diluentes en el campo, o estar conectada a líneas
secundarias para luego contactarse a las líneas principales.
14
Las redes de recolección y transporte de diluente desde la Estación Principal a
las diferentes macollas de Petrocedeño presentan desviaciones con respecto a las
condiciones de diseño (presión, caudal y temperatura), lo cual ocasiona fallas en
dichas redes, tales como: fugas de diluente, alta caídas de presión, obstrucción a nivel
de las líneas de superficie, entre otras. Esto trae como consecuencia el aumento del
costo de mantenimiento preventivo o correctivo, costo ambiental y pérdidas en la
producción.
Para predecir y tomar acciones preventivas a estos problemas se construirá un
modelo de red con el simulador PIPESIM de acuerdo a las condiciones actuales de
operación, con los reportes de inyección de diluente a cada macolla proporcionada
por la empresa Petrocedeño.
Para llevar a cabo esta investigación, en primer lugar, se definirán los
parámetros de fluidos e inyección de diluente a cada una de las macollas operativas y
de esta manera ir construyendo el modelo físico de red y el modelo de fluidos a través
del simulador PIPESIM aplicado en tuberías de superficie por donde es transportado
el diluente. Luego se procederá a evaluar hidráulicamente los diferentes diluentes, el
modelo de red empleando, correlaciones empíricas hasta alcanzar los valores
esperados; se determinará el mejor ajuste de la data real de Campo entre el modelo de
red que se construirá y el desarrollado en PIPESIM con el fin de establecer cual
modelaría de mejor manera las propiedades del fluido y las condiciones de operación
del Campo Petrocedeño.
Posteriormente se incluirán las macollas P5, P6 y P8 del área sur al modelo de
red mediante la información recopilada a través de los planos, y se evaluará el efecto
hidráulico de las mismas, se creará un modelo de red de diluente en la troncal 3 en
PIPEPHASE. Para finalizar se analizará las presiones de los modelos de red de las
troncal 3, desarrollados con ambos simuladores para la obtención de un mejor ajuste .
Esta evaluación de presiones de gran importancia ya que existe la necesidad de
15
mejorar y actualizar este proceso de inyección de diluente, que no solamente
contribuye al buen funcionamiento del proceso de producción de crudo, al mejorar la
eficiencia de la bomba multifásica y su función primordial optimizar el
desplazamiento del fluido a través de las líneas de tubería al mezclarse con el crudo
extra pesado.
1.3.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
Objetivo General
Evaluar hidráulicamente a través de un modelo de red computacional de las líneas de
tubería de diluente de las troncales 3 y 4 del Campo Petrocedeño de la Faja
Petrolífera del Orinoco.
Objetivos Específicos
1. Definir los parámetros de fluido e inyección de diluente que es transportado por
las troncales del Campo Petrocedeño.
2. Desarrollar el modelo físico de red y el modelo de fluido a través del simulador
PIPESIM.
3. Establecer los parámetros hidráulicos para el diluente en el modelo de red
desarrollado en PIPESIM.
4. Diseñar el mejor arreglo de líneas de tuberías de interconexión de las nuevas
macollas P5, P6 y P8 y sus efectos hidráulicos al ser incluido en la troncal 3 del
modelo de red desarrollado en PIPESIM.
5. Crear el modelo de red de diluente para la troncal 3 en PIPEPHASE
6. Analizar las presiones de los modelos de red de la troncal 3 desarrollados con
ambos simuladores para la obtención del mejor ajuste.
16
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
1.4.
ANTECEDENTES
Salazar, Velázquez construyeron con el simulador Pipephase 9.1 un modelo de red
de superficie en las líneas de tuberías de las troncales 3 y 4, cuya producción y
transporte es de crudo diluido (DCO) de PDVSA Petrocedeño, de la Faja Petrolífera
del Orinoco, evaluando hidráulicamente la red con la finalidad de determinar el mejor
ajuste de la data de campo entre el modelo de Pipephase y el desarrollado en Pipesim
por Petrocedeño. Definieron un esquema de transporte del crudo multifásico desde las
macollas hasta la Estación Principal, con información facilitada por la empresa, cuyos
datos se validaron con la red para la producción de las macollas de ambas troncales.
Realizaron sensibilidades de correlaciones de flujo multifásico obteniéndose
desviaciones menores al 10%, a diferencia de las presiones en las macollas SA, LA,
SC, WB y P4, realizándoles un cambio de diámetro nominal; logrando así un mejor
ajuste. Calcularon las líneas propensas a corrosión y demostraron que el modelo
propuesto en Pipephase posee el mejor ajuste con la Data de campo. [1]
Rivero Realizó una evaluación hidráulica de la red de recolección de crudo diluido de
PDVSA Petrocedeño en los campos de San Diego de Cabrutica, ubicado al sur del
estado Anzoátegui, con la finalidad de determinar las limitaciones y restricciones
operacionales del sistema. En primer lugar, se definieron un esquema de transporte
del crudo multifásico desde las macollas hasta la Estación Principal de la planta, con
información facilitada por la empresa encargada de la operación de la red.
Posteriormente realizó un modelo hidráulico de dicha red bajo condiciones actuales
de operación, usando el programa de simulación Pipephase; versión 9.4, con cuyos
datos se pudo validar la red de recolección para la producción independiente de las
macollas de la troncal 1 (T1-1, T1-2), troncal 2 y troncal 3 (T3-A, T3-B). Obtuvo
resultados satisfactorios, siendo sus desviaciones respecto a lo medido menores al 10
17
%, a diferencia de la producción de las macollas YA, YB y XA (troncal T4),
presentando desviaciones de 10,77%, 10,39% y 14,84%, respectivamente. Además,
se calcularon las velocidades máxima y mínima, las cuales se compararon con las
velocidades de la mezcla y junto a las caídas de presión se verificaron con las normas
establecidas de PDVSA Petrocedeño. [2]
Canache, González Se construyó con el simulador Pipephase 9.6 un modelo de red de
superficie en las líneas de tuberías (gas gathering) de las troncales 1, 2 y 3
perteneciente a la compañía PDVSA Petrocedeño. Realizando una evaluación
hidráulica en las líneas del sistema de recolección de gas con la finalidad de
establecer las restricciones operacionales, actualizando y mejorando el proceso que se
desarrolla en la red para luego establecer una comparación entre el modelo PIPESIM
y PIPEPHASE dando como resultado que el modelo de PIPESIM posee el mejor
ajuste con la Data de campo. Se definió el esquema de transporte del gas recolectado
desde las macollas hasta la estación principal de la planta y se estableció las
características del fluido trasportado por las redes de gas. El
modelo de red
actualizado se le incorporaron las macollas P5, P6 y P8 que actualmente no están
incluidas en la red de recolección de gas, para observar su comportamiento y
ajustarlas al modelo de la red para de esta manera realizar propuestas para su futura
inclusión, con los resultados de las presiones arrojados por el simulador PIPEPHASE
se realizó una serie de sensibilizaciones para determinar así cuál de todos se ajustaba
mejor a la data de campo, para luego así poder calificar las líneas de tuberías
propensas a fallar por corrosión por CO 2. Los valores de presión resultantes de esta
simulación tuvieron una desviación menor al 10% con respecto a las condiciones de
operación en campo, por lo que se considera que la inclusión de estas macollas no
afecta el sistema actual de operación. [3]
1.5.
BASES TEÓRICAS
18
1.5.1. Fluido
Desde el punto de vista de su comportamiento mecánico, un fluido es una sustancia que,
debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del
recipiente que lo contiene. Los fluidos se clasifican en líquidos y gases. Los líquidos
ofrecen gran resistencia al cambio de volumen, pero no de forma y de volumen.
1.5.2. Diluente
Fluido de hidrocarburos que se utiliza para diluir petróleo pesado y extra pesado para
reducir su viscosidad facilitando así el transporte. Por lo general, se utiliza un corte de
la torre de destilación como nafta para la dilución y el transporte de petróleo pesado.
Se puede recuperar el diluyente agregado en destino mediante el uso de la destilación
y, luego, se puede bombear nuevamente el diluyente para mezclar.
1.5.3. Regímenes de flujo de fluidos en tuberías
Existen dos tipos diferentes de flujo de fluidos en tuberías, los cuales son:

Flujo laminar
Tipo de flujo que existe a velocidades más bajas que la velocidad critica, también
conocido como régimen viscoso y, se caracteriza por el desplazamiento de capas
cilíndricas concéntricas una sobre otra de manera ordenada. La velocidad de flujo es
máxima en el eje de la tubería y disminuye rápidamente hasta anularse en la pared de
la tubería.

Flujo turbulento
Flujo a velocidades mayores que la crítica, donde se presenta movimiento irregular e
indeterminado de las partículas del fluido en direcciones transversales a la dirección
19
principal del flujo. La distribución de las velocidades en el régimen turbulento es más
uniforme a través del diámetro de la tubería que en el régimen laminar. A pesar de
que existe un movimiento turbulento a través de la mayor parte del diámetro de la
tubería, siempre hay una pequeña capa de fluido en la pared de la tubería, conocida
como la “capa periférica” o “subcapa laminar”, que se mueve en régimen laminar [4]
1.5.4. Numero de Reynolds
El valor numérico adimensional que representa el régimen de flujo mediante la
combinación de las variables dependientes del fluido, como el diámetro de la tubería,
viscosidad, densidad del fluido y la velocidad de flujo se conoce como el número de
Reynolds, el cual puede considerarse como la relación de las fuerzas dinámicas de la
masa del fluido respecto a los esfuerzos de deformación ocasionados por la
viscosidad.
El
número
ℜ=
de
Reynolds
D x Vx φ
ϑ
es:
Ec 2.1
Donde:
Re: número de Reynolds
V: velocidad del fluido
r: densidad del fluido
µ: viscosidad del fluido
Para estudios técnicos, el régimen de flujo en tuberías se considera como laminar si el
número de Reynolds es menor que 2.000 y turbulento si el número de Reynolds es
superior a 4.000. Entre estos dos valores está la zona denominada “crítica” donde el
régimen de flujo es impredecible, pudiendo ser laminar, turbulento o de transición,
dependiendo
de
muchas
condiciones
con
posibilidad
de
variación.
La
experimentación cuidadosa ha determinado que la zona laminar puede acabar en
números de Reynolds tan bajos como 1.200 o extenderse hasta los 40.000 [5]
20
1.5.5. Perdidas de presión debidas a válvulas y accesorios
Cuando un fluido se desplaza uniformemente por una tubería recta, larga y de
diámetro constante, la configuración del flujo indicada por la distribución de la
velocidad sobre el diámetro de la tubería adopta una forma característica. Cualquier
obstáculo en la tubería cambia la dirección de la corriente en forma total o parcial,
altera la configuración característica de flujo y ocasiona turbulencia, causando una
pérdida de energía mayor de la que normalmente se produce en un flujo por una
tubería recta. Ya que las válvulas y accesorios en una línea de tuberías alteran la
configuración de flujo, producen una pérdida de presión adicional.
La pérdida de presión total producida por una válvula o accesorio consiste en:
a)
La pérdida de presión dentro de la válvula.
b)
La pérdida de presión en la tubería de entrada, que es mayor de la que se
produce normalmente si no existe válvula en la línea. Este efecto es pequeño
c)
La pérdida de presión en la tubería de salida, que es superior a la que se
produce normalmente si no hubiera válvula en la línea. Este efecto puede ser muy
grande.
Desde el punto de vista experimental es difícil medir las tres caídas por separado. Sin
embargo, su efecto combinado es la cantidad deseada y puede medirse exactamente
con métodos bien conocidos. En la figura siguiente se muestran dos tramos de tubería
del mismo diámetro y longitud, pero el tramo superior contiene una válvula de globo.
Si las pérdidas de presión ΔP1 y ΔP2 se miden en los puntos indicados se obtiene que
ΔP1 es mayor que ΔP2 [5].
1.5.6. Caída de presión en tuberías horizontales
Se define como la diferencia de presión que existe entre un punto (P1) y un punto
(P2), es decir, la resistencia al flujo de un fluido a través de un tramo de tubería de
21
área transversal (A) y longitud (L) como se muestra en la figura 2.5. Para diseñar una
línea de flujo es necesario estimar el perfil de presiones que el fluido tendrá a lo largo
de esta, es decir, determinar la curva de gradiente, la cual permite visualizar las
pérdidas de presión del fluido en todos los puntos de la tubería. El gradiente de
presión, es decir, la tasa de cambio de la presión con respecto a la unidad de la
longitud de flujo, es el resultado de la sumatoria de las pérdidas por: fricción,
elevación y aceleración; siendo las pérdidas totales (ΔP/ΔL) calculadas a través de la
ecuación 2.1. Para flujo horizontal se debe principalmente a la fricción.
∆𝑃 = (∆𝑃)𝐸𝐿𝐸𝑉 + (∆𝑃)𝐹𝑅𝐼𝐶𝐶 + (∆𝑃)𝐴𝐶𝐸𝐿
Dónde:
ΔP = Variación de la presión.
Elev: Elevación.
Fricc: Fricción.
Acel: Aceleración
Las pérdidas de presión en flujo multifásico horizontal pueden llegar a ser de 5 a 10
veces mayores que las ocurridas si se considera el flujo como monofásico, esto se
debe a que la fase gaseosa y líquida está separado por una interface que puede ser lisa
o irregular dependiendo del régimen de flujo existente [11]
Las pérdidas de presión en un sistema de tuberías se deben a varias Características del
sistema, que pueden clasificarse como:
1. Rozamiento en las paredes de la tubería, que es función de la rugosidad de la
superficie interior de la misma, del diámetro interior de la tubería y de la velocidad,
densidad y viscosidad del fluido.
2. Cambios de dirección y elevación.
3. Obstrucciones en el paso de flujo.
4. Cambios repentinos o graduales en la superficie y contorno del paso del flujo [5].
.
22
1.5.7. Variables que afectan la caída de presión en tuberías horizontales.

Efecto del diámetro de la tubería
A menor diámetro el área transversal de flujo será reducida y mayor será la pérdida
de presión a lo largo de la tubería.

Efecto de la tasa de flujo
A mayor tasa de flujo, mayor será la velocidad de los fluidos transportados para un
área transversal de flujo constante, lo que provoca un aumento en las pérdidas por
fricción.

Efecto de la viscosidad liquida
A mayor viscosidad de la fase liquida mayor será la resistencia que dicha fase opone
a fluir, por lo que mayor serán las pérdidas de energía en la tubería.

Efecto de la relación agua-petróleo
El efecto de la relación agua- petróleo tiene que ver con el efecto del corte de agua
sobre la viscosidad de la mezcla [5].
1.5.8. Red de recolección de fluidos
Consiste en líneas de flujo (sistema de tuberías), macollas y líneas troncales (tuberías
colectoras de mayor tamaño) para recolectar el crudo, agua y gas asociado desde los
pozos de producción y centralizar su transporte hasta las instalaciones de
acondicionamiento [5].
23
1.5.9. Componentes de la red de recolección de crudo

Tubería
Se denomina tubería industrial a todo sistema constituido por tubos de diámetro y
espesor clasificado, válvulas, conexiones y demás accesorios, con la finalidad de
conducir fluidos, líquidos o gaseosos entre diversos puntos de una unidad industrial.
Si se desea transportar el crudo hacia alguna mediana o corta distancia se utiliza una
tubería. Estos han dado respuestas satisfactorias para transportar grandes volúmenes
de petróleo liviano, mediano, pesado y extra pesado al igual que gas desde los
campos petrolíferos a las refinerías y/o terminales ubicados a corta, mediana o
también en algunos casos largas distancias en un mismo país o países vecinos [6]

Características de las tuberías
Para cada oleoducto se requiere un determinado tipo o clase de tubería.
Generalmente, las dos características más comunes de un oleoducto son el diámetro
externo y la longitud. Sin embargo, durante el proceso de diseño se toma en cuenta
una variedad de factores que corresponden al funcionamiento eficaz y buen
comportamiento físico del oleoducto. Es esencial el tipo o calidad de acero de los
tubos. Según especificaciones del American Petroleum Institute (API) la serie incluye
desde el grado B que tiene un punto cedente mínimo de resistencia de 2.531 kg/cm2
(36.000 lb/pulg2) hasta el grado X-70 cuyo punto cedente mínimo es de 4.921
kg/cm2 (70.000 lb/pulg2).
Esta resistencia denota la capacidad que tiene el material (acero) para resistir la
deformación (elongación) bajo la acción de esfuerzos. El grado de la tubería es vital
debido a que el flujo del petróleo a través de la misma se logra por la diferencia de
presión a lo largo del oleoducto. Por tanto, la tubería debe resistir esfuerzos internos
sin deformarse. Toda tubería, considera las fijaciones en equipos y/o soportes, se
24
comporta mecánicamente como una estructura, y como tal, está sujeta a diversos tipos
de esfuerzos tales como tracción, compresión, flexión, torsión, entre otros.
A continuación, se mencionan las principales causas de aparecimiento de
deformaciones estructurales en una tubería:
 El peso del tubo más el del fluido conducido.
 El peso del aislamiento térmico.
 El peso de accesorios.
 La expansión / contracción térmica restringida de los diversos tramos de la
tubería.
 El rozamiento generado en los soportes convencionales.
 Reacciones de soportes de resorte y/o juntas de expansión.
Aunque menos frecuentes, otras causas de deformaciones estructurales pueden, en
determinadas situaciones, ser consideradas de elevada importancia, tales como:
 La acción del viento (cargas de viento).
 Vibraciones transmitidas por equipos adyacentes.
 Movimientos sísmicos.
1.5.10. Flexibilidad de tuberías
El estudio de flexibilidad de un sistema de tuberías consiste en determinar si las
tuberías o líneas poseen la suficiente capacidad para absorber las cargas que sobre
ella inciden, tales como el propio peso de la tubería, la expansión térmica, las fuerzas
producidas por la presión del fluido, y otras. Uno de los factores que puede aumentar
o disminuir la flexibilidad de una tubería es su configuración geométrica [6]
1.5.11. Diámetro interno (ID)
25
El diámetro interno corresponde al diámetro externo o nominal menos dos veces el
espesor, en la figura siguiente se puede apreciar la representación para el cálculo del
diámetro interno de una tubería, atendiendo a la ecuación mostrada a continuación:
∅𝑖𝑛𝑡 = ∅𝑒𝑥𝑡 − (2𝑥𝑒)
Ec 2.3
Dónde:
∅𝑖𝑛𝑡 = diámetro interior de la tubería (pulg).
∅𝑒𝑥𝑡 = diámetro exterior de la tubería (pulg).
𝑒
=
espesor
de
la
tubería
(pulg).
1.5.12. Válvulas y accesorios
Las válvulas y accesorios tienen como función principal controlar las presiones y
caudales en la red de tuberías, cambiar la dirección del líquido, conectar las tuberías
en diferentes configuraciones etc. Para poder así llevar el crudo a los diferentes
puntos de abastecimiento.
1.5.13. Válvula de compuerta
En las válvulas de compuerta el cierre se produce con un disco vertical de cara plana
que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento (figura 2.4). Deben permanecer
totalmente abiertas o totalmente cerradas durante el período de operación, no
funcionan para la regulación de caudales en la red o equipo.
1.5.14. Válvula de retención (check)
Las válvulas de retención, también llamadas check y de no retorno, tienen el fin de
restringir la dirección de flujo a un único vector, tal como puede apreciarse en la
figura. 2.2; esto evita daños por la rotación inversa de equipos rotativos, impide el
vaciado de la tubería en caso de paradas y atenúa el flujo reverso.
26
1.5.15. Conexiones
Las conexiones son accesorios que permiten unir las tuberías entre sí, también unir
tuberías con válvulas y desviar el flujo de agua para donde se requiera; entre las
conexiones se puede nombrar los codos, tees, contracciones, expansiones, anillos,
entre otros.
1.5.16. Codos
Son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de
las líneas tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberías. Entre
los tipos de codos se encuentran los codos estándar que son aquellos que vienen listos
para la prefabricación de piezas de tuberías y que son fundidos en una sola pieza con
características específicas, estos son: Codos estándar de 45°, 90° y 180°.
1.5.17. Soportes para Tuberías
El diseño de estructuras de soportes se basa en todas las cargas que actúan
concurrentemente en cada soporte. Estas cargas incluyen efectos de peso, cargas
introducidas por presión de diseño y temperatura, vibración, vientos, terremotos,
choques y esfuerzos de desplazamiento. La distribución y diseño de tuberías y sus
elementos de soporte están dirigidos para prevenir lo siguiente:
a. Esfuerzos excesivos en la tubería.
b. Fuga en las juntas.
c. Excesivo empuje y momentos en equipos conectados.
d. Esfuerzo excesivo en los soportes (o restricciones).
e. Resonancia o vibraciones inducidas por el fluido.
f. Interferencia excesiva con expansión térmica o contracción en la tubería.
g. Soltura de la tubería de sus soportes.
h. Excesivo pandeo de la tubería.
27
i. Excesivo flujo de calor, exposición de los elementos soportantes a temperaturas
extremas fuera de sus límites de diseño.
1.5.18. Macollas
La macolla de pozos consiste en una perforación direccional moderna en la cual
desde una misma locación se pueden perforar varios pozos que, aunque se vean muy
juntos en superficie (figura 2.7), en el fondo mantienen el espaciamiento
reglamentario entre uno y otro, este procedimiento permite reducir el área requerida
para las localizaciones ya que desde un solo sitio se pueden perforar varios pozos.
El propósito fundamental de perforar pozos en macolla, es reducir al máximo el daño
causado al medio ambiente y a la vez aumentar el recobro de petróleo a través de
pozos desviados, los cuales penetran dentro de la arena productora con mayor área de
drenaje. [7]
1.5.19. Simulador Numérico PIPEPHASE.
“PIPEPHASE” es un programa de simulación de flujo de fluidos en redes de tuberías
y en tuberías simples en estado estacionario, desarrollado por la empresa “Simulation
Sciences, Inc.”, (Simsci). El cual predice presión, temperatura y perfiles de retención
de líquido en pozos, líneas de flujo, sistemas de recolección, y otras configuraciones
Figura 2.1 Representación de las macollas en el campo. [7]
de
redes de tuberías, pozos, bombas, compresores, separadores y líquidos, gas, vapor y
mezclas multifásicas de gas y líquido. Permite el análisis de pozos con entrada de
flujo, análisis de levantamiento por gas y sensibilidad nodal. Estas ampliaciones
extienden el rango de aplicación de PIPEPHASE. [8]
1.5.20. Estructura del programa Pipephase
28
La entrada del programa está conformada por las siguientes ventanas o categorías que
van apareciendo en el siguiente orden.
a) Descripción de la simulación (Simulation Description).
Esta es la primera ventana que se muestra, al momento de iniciar una simulación
nueva. En esta ventana se especifican los siguientes datos:
Project (Nombre del proyecto).

Problem (Nombre del problema).

User (Nombre del usuario).

Date (Fecha).

Site (Lugar).
b) Definición de la simulación (Simulation Definition).
En esta ventana se define el tipo de simulación y el tipo de fluido.
Según el tipo de simulación se pueden clasificar en:

Network Model (Cálculo de Redes de Tubería).

Gas Lift Analysis (Cálculo de Sistema Gas Lift).

PVT Table Generation (Usado para generar tabla de datos PVT).
Según el tipo de fluido se puede clasificar en:

Composicional: El fluido es representado por componentes definidos, donde
la definición es con componentes de librería. Se debe seleccionar entre los
métodos Rigorous Multi-Phase o Force Single-Phase: gas o líquido. Para los
fluidos composicionales Pipephase calculara la separación de fases siempre
prevaleciendo las condiciones del fluido en proceso y lo requerido.
29

Blackoil Composicional: El tipo de fluido controla como el programa
obtendrá las propiedades físicas necesarias para los cálculos de caída de y
transferencia de calor, empleando determinadas correlaciones empíricas.
No composicional:
1. Blackoil: Dos o tres fases: crudo, gas y agua, donde el crudo es dominante
(Por defecto).
2. Condensado: Dos o tres fases: crudo, gas y/o agua donde el gas es dominante.
3. Gas: Gas fase simple (hidrocarburo dominante).
4. Líquido: Líquido fase simple. (Hidrocarburos o agua).
5.
Vapor
de
agua.
Los gases y líquidos no composicionales son considerados fase simple. El vapor de
agua es un solo componente y puede ser un fluido de dos fases y Pipephase usa las
tablas de vapor de la GPSA para calcular las propiedades físicas. El gas condensado
es modelado en un sistema de dos fases. Se pueden combinar fluidos composicionales
y
Blackoil
a
través
de
PVT
Data.
c) Dimensiones (Input Dimensión)
Esta ventana permite definir el sistema de unidades dimensionales de entrada y de
salida del problema. El sistema de unidades que se encuentran en la base de datos de
programa son los siguientes:
Petroleum (Sistema que usa el simulador por defecto).

Inglesas.

Métrica.

Sistema Internacional.

Impuestas por el usuario
30
1.5.21. Pipesim
Constituye una forma minuciosa, rápida y eficiente de ayudarlo a incrementar la
producción y conocer el potencial de su yacimiento. PIPESIM no sólo modela el flujo
multifásico desde el yacimiento hasta el cabezal del pozo, sino que además tiene en
cuenta el desempeño de la línea de flujo y de las instalaciones de superficie para
proveer un análisis integral del sistema de producción.
Con PIPESIM puede:
* Efectuar un análisis nodal integral en cualquier punto de su sistema hidráulico
utilizando múltiples parámetros de sensibilidad
*Diseñar pozos nuevos y analizar los pozos verticales, horizontales y multilaterales
existentes
*Diseñar sistemas de levantamiento artificial y ESP con el programa sustentado por
los servicios de expertos en sistemas de levantamiento artificial de SLB
*Conectarse a OFM para identificar los candidatos de un campo para estudios
adicionales o tratamientos con fines de remediación
*Generar tablas VFP como datos de entrada para los modelos de sistemas de
simulación de yacimientos ECLIPSE*
Puede encontrarse como gas libre o asociado, en la forma más simple, un gas puede
considerarse que está formado por partículas sin volumen definido y entre las cuales
no existen fuerzas de atracción o repulsión. Es un fluido homogéneo, generalmente de
baja densidad y viscosidad, sin volumen definido y llena cualquier espacio que ocupa.
Los gases que se ajustan a esta definición se denominan gases ideales. El concepto
anterior de gas se cumple en condiciones de baja presión y alta temperatura, pero
gradualmente el gas se aparta de esta definición [10].
31
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA APLICADA
Para el cumplimento y desarrollo de los objetivos planteados en esta investigación, es
necesario establecer un procedimiento metodológico que permita estructurar de manera
ordenada, detallada y especifica cada una de las etapas ejecutadas en el contexto de la
investigación. La metodología empleada para el logro de los objetivos fue la siguiente:
1.6.
Definir los parámetros de fluido e inyección de diluente que es
transportado por las troncales 3 y 4.
1.6.1. Definición de los parámetros de fluido
Los datos utilizados para el modelo de fluido fueron extraídos de los informes de
proporcionados por Petrocedeño para cada una de las troncales de las líneas de
diluente, tomando para este trabajo los datos de la troncal troncales 3 y 4.
1.6.2. Definición de los parámetros de producción
Los parámetros operacionales de producción de cada una de las macollas fueron
proporcionados por Petrocedeño, gerencia de “Yacimientos”, a través de las
herramientas de monitoreo “PI Process Book” y “Pumpmonitor” de las cuales se
tomó la información diaria de inyección de diluente a cada una de las macollas
perteneciente a las troncales 3 y 4. Del PI Process Book se obtuvieron los valores de
presión correspondientes a cada macolla, además de presión y flujo de diluente de
cada una de las troncales, medidos en los PIT y FIT de la estación principal y del
"Pumpmonitor".
32
1.6.3. Comportamiento de los parámetros de fluido y de producción
Fue realizada una base de datos por macollas, con las variables: Presión en
MPP y pozo, tasa total de líquido, °API, temperatura descarga MPP y %BSW. Donde
luego se ejecutaron una revisión de los datos con la finalidad de determinar anomalías
con la data disponible, determinando tendencias y variables estadísticas como:
mediana, valor promedio, desviación estándar de los datos para 2017 en Microsoft
Excel. Luego al ser ya procesados todos los datos, se crearon una tabla resumen, en
donde se enseñan los valores de ajuste de cada sumidero (macolla) y en la fuente
(Estación Principal). Los valores manejados para la construcción del modelo de red
en el Simulador de Procesos PIPEPHASE y PIPESIM corresponden a la mediana de
los datos mostrados en la tabla 3.1 los demás datos de las macollas se observan en el
Apéndice A.
1.7.
Desarrollar el modelo físico de red y el modelo de fluido a través del
simulador PIPESIM.
La empresa Petrocedeño suministró, para la construcción del modelo de red de las
líneas de tubería de diluente la siguiente información de topografías y diámetros de
tuberías:

Mapa de alineamiento de tuberías del campo (Plano # 1060-08-16-M-DR001_H23).

Perfiles topográficos de las derivaciones a las macollas y troncales de
recolección de crudo diluido (Planos CA09-08-16-N-DR-312/ CA09-08-16N-DR-311/ CA09-08-16-N-DR-310/ CA09-08-16-N-DR-309).

Alineamiento de tuberías de las derivaciones a las macollas y troncales de
recolección de crudo diluido (Planos CA09-08-16-N-DR-308/ CA09-08-16N-DR-307/ CA09-08-16-N-DR-306/ CA09-08-16-N-DR-305/ CA09-08-16N-DR-303/ CA09-08-16-N-DR-302/ CA09-08-16-N-DR-301/ 88C-08-16-NDR-309).
33

Perfiles topográficos de las derivaciones a las macollas y troncales de
recolección de crudo diluido (Planos M830-08-11-N-DR-311/ M830-08-11N-DR-310/ M830-08-11-N-DR-309/ 830G-08-11-N-DR-313/ 830G-08-11-NDR-312).

Configuración de las estaciones de válvulas en las conexiones de las
derivaciones (Planos 883D-08-16-M-DR-403/ CA09-08-16-0-DR-308/ CA0908-16-0-DR-316/ CA09-08-16-0-DR-320).

Planos de la entrada a la estación principal (Plano M830-08-11-N-DR-094).

Isométricos del sistema de tuberías internas de gas (Plano M830-08-11-NDR-304-X1/M830-08-11-N-DR-304-X0).
1.7.1. Topografía de las líneas de recolección
Para la topografía de las líneas de recolección de crudo diluido, tanto en las
derivaciones de cada macolla como en cada una de las troncales, se utilizó la
información de planos de perfiles topográficos de las líneas de recolección de crudo
diluido existentes junto con la información previamente recopilada durante la
simulación de la red de crudo diluido (Schlumberger (SIS), 2017), ya que ambos
sistemas de recolección (crudo diluido) están constituidos por líneas paralelas que
recorren la misma topografía y longitud, de acuerdo a lo indicado por Petrocedeño.
En la figura 3.2 se observa el perfil de la línea de recolección de crudo de la troncal 3,
mientras que en la figura 3.3 se encuentra el perfil de la derivación de la línea de
recolección de crudo diluido.
La información revisada en estos documentos se realizó una base de datos de
topografía y diámetros de tubería, en el formato de Microsoft Excel, requerido por
PIPESIM para la construcción del modelo de red de superficie. Se tomaron las
progresivas y elevación de las tuberías identificadas por su diámetro nominal, para
posteriormente calcular con éstas la distancia recorrida y la verdadera elevación de la
34
tubería con respecto a la referencia. Las ecuaciones utilizadas para el cálculo de la
distancia y elevación requeridas por PIPESIM son:
 Ecuación para el cálculo de las distancias
D=Prg 1−Prgi
Dónde:
D: distancia (m)
Prg1: progresiva
Ec 3.2
de
referencia
(m);
Prgi:
progresiva
consecutiva
(m)
 Ecuación para el cálculo de la elevación de tubería:
E=elvi−elv 1
Ec 3.3
Dónde:
E: elevación de la tubería (m).
elvi: elevación de la tubería respecto al terreno, en un punto determinado (m).
elv1: elevación de la tubería respecto al terreno, de referencia (m).
De esta manera se obtuvieron las longitudes y cambios de elevación de los tramos de
tuberías entre las macollas y la troncal principal como se observa en figura 3.4, donde
se representan los segmentos de tubería enterrada en color naranja y los segmentos de
tubería aérea en color blanco.
1.7.2. Estaciones de válvulas
Las uniones entre las macollas con la troncal requieren conexiones especiales
conocidas como estaciones de válvulas con lo que se controla el flujo de diluente que
ingresará a dicha troncal por lo que le son provistos algunos accesorios para lograr tal
fin. En la figura 3.5 y figura 3.6 se muestran la vista de planta y de perfil de la
estación de válvulas que conecta la derivación proveniente de la macolla LA con la
macolla KA.
35
La configuración de estas conexiones (estación de válvulas) se recopiló en la base de
datos de topografías y diámetros de tuberías. La tabla 3.7 muestra los detalles de la
información
recopilada
para
la
conexión
de
las
macollas
LA/KA.
1.7.3. Lazos de expansión
La ubicación de los diferentes lazos de expansión en la red de recolección de crudo
diluido se estimó a partir de las progresivas de los mapas con los perfiles
topográficos, tal como se muestra en la figura 3.8 para la derivación de la macolla SB
con la troncal 3 indicados con los círculos rojos.
La figura 3.9 muestra un ejemplo de la ubicación de los lazos de expansión
que se encuentran a lo largo del perfil topográfico de la tubería que va desde la
macolla SB hasta su conexión con la troncal 3, representados con el fondo color rojo.
El tipo de configuración que se utilizó para representar los lazos de expansión en la
red de recolección de crudo diluido es mostrada en la figura 3.10
1.7.4. Diámetros de tubería
Los diámetros internos y espesores de tubería se consideraron de acuerdo al tipo de
tubería, en su mayoría de Schedule 40, según lo suministrado por Petrocedeño. La
figura 3.11 muestra un resumen de los diámetros y espesores considerados para cada
sección de tubería en la simulación de la red de recolección de crudo diluido.
1.7.5. Elaboración del modelo físico de red en el simulador Pipesim
La construcción del modelo físico de la red de producción de crudo diluido se realizó
en el módulo Network de PIPESIM, siguiendo la siguiente metodología:
36
Para construir el esquemático de la red, las macollas fueron representadas por
sumideros, los puntos de unión por nodos y las secciones de tuberías por brazos
conectores, tal como se muestra en la figura 3.12.
La salida de las dos troncales desde estación principal se definió usando una fuente,
tal como se muestra en la figura 3.13. Esta fuente representa la llegada de las
troncales al múltiple de 30” en la estación principal.
Para los tramos de tubería simples, donde solo se tiene una línea de flujo, se
especificó el detalle de la topografía (distancia y elevación), diámetro interno y
espesor de la tubería, tal como se muestra en la figura 3.14.
Desde el botón Schematic se puede observar de forma gráfica la topografía de la
sección de tubería, tal como se muestra en la figura 3.15.
Para la simulación se consideraron los siguientes parámetros constantes e iguales para
todos los tramos de tubería:

Temperatura ambiente promedio: 40°C

Rugosidad de la tubería: 0.001”, valor por defecto en PIPESIM

Factor de transferencia de calor, U: 20 BTU/hr/ft2/F, debido a que la mayor
parte de las secciones de tubería se encuentran expuestas al aire sin
recubrimientos especiales
Las estaciones de válvulas fueron representadas por uno o dos brazos conectores, de
acuerdo al tipo de conexión: simple o doble. Estas estaciones de válvulas están
constituidas por un arreglo de tuberías horizontales, tuberías verticales y accesorios,
tales como codos y tee. La figura 3.16 muestra como está configurada la estación de
válvulas de la macolla SB, la cual tiene una conexión doble, ya que su producción se
puede alinear tanto a la troncal T3A como a la troncal T3B.
37
Los accesorios en PIPESIM se especificaron a través de Engine Keyword Tools, en
los cuales se definió el tipo de accesorio a modelar (Error: Reference source not
found), con su respectivo diámetro nominal y diámetro interno, entre ellos:

Codo de 90° radio largo

Tee (Branch / Run)
La Figura 3.18 muestra cómo está definido en el Engine Keyword Tool de PIPESIM
uno de los codos en la estación de válvulas de la macolla SB.
Las secciones de tubería vertical en las estaciones de válvulas fueron representadas en
PIPESIM a través de risers, en los cuales la distancia vertical se especificó como la
diferencia de elevación de la tubería, tal como se muestra en la figura 3.19
Los lazos de expansión fueron representados dentro de los brazos conectores a través
de tres tuberías horizontales y cuatro codos de 90° radio largo, tal como se muestra en
la figura 3.20.
El modelo de fluido de la red fue especificado como crudo negro. Considerando que
los parámetros de producción varían en las macollas (%BSW, API, GOR) el modelo
fue definido localmente en cada una de ellas. Para definir el modelo de fluido en cada
macolla siguió la siguiente metodología:
Al hacer click en el botón derecho del ratón en cada una de las fuentes (macollas) se
puede acceder a la opción Fluid Model, para especificar los datos del fluido. Desde
aquí, se selecciona la opción Use locally defined fluid model, seguido del botón Edit,
tal como se muestra en la Figura 3.21.
La información de fluidos de cada macolla, fue especificada tal como muestra la
figura 3.22.
38
Para el cálculo de la Presión de Burbuja (Pb) y relación gas petróleo en solución (Rs)
se seleccionó la correlación de Standing, de acuerdo a lo sugerido por (De Ghetto et
al., 1995), como se muestra en la figura 3.23.
En la sección Dead Oil Viscosity se seleccionó la opción user’s 2 data points,
la cual permitió ingresar los valores de viscosidad del crudo muerto (seco) a dos
temperaturas dadas.
La correlación de Hossain fue utilizada para el cálculo de las viscosidad del
crudo diluido a presiones por debajo (Live Oil Viscosity) y por encima
(Undersaturated Oil Viscosity) del punto de burbuja (Ruiz, Nuñez, Martinez, &
Alvarez, 2012).
Para los cálculos de la viscosidad de la emulsión, se utilizó la opción Usersupplied Table. Desde el botón Setup Emulsion Table se ingresaron los valores de
corte de agua y relación de viscosidad (multiplicadores) obtenidos de (Hernandez,
2004). El primer valor en la tabla corresponde a un multiplicador de uno para corte de
agua cero, tal como lo indica la figura 3.24.
El punto de inversión de la emulsión se especificó en 35% (Hernandez, 2004). Este
punto indica el umbral donde la emulsión pasa de ser una emulsión de agua en
petróleo (donde el petróleo es la fase continua) a una emulsión de petróleo en agua
(donde el agua es la fase continua).
Especificación de las Condiciones de Borde
Para resolver un modelo de red, se debe ingresar el número correcto de condiciones
de borde. Los nodos de borde son aquellos que solamente tienen una conexión, tales
como un pozo productor, pozo inyector, fuente o punto de llegada.
El número de condiciones de borde requerido por un modelo está determinado por los
grados de libertad, calculado como sigue:
39
Grados de Libertad = número de pozos (productores e inyectores) + número de
fuentes + número de sumideros
Por ejemplo, un sistema sencillo de 3 pozos productores que fluyen hasta un punto de
entrega tiene 4 grados de libertad (3+1), independientemente de la configuración de
la red entre los pozos y el sumidero. Para especificar las condiciones de borde en el
modelo de red de crudo diluido se siguió la siguiente metodología:
Al hacer doble click en las fuentes (macollas), se despliega la ventana que permite
ingresar la información de las condiciones de borde. En la pestaña Properties se
definió la temperatura de descarga y tasa de producción liquida de cada una de las
macollas, tal como se muestra en la Figura 3.25.
El punto de llegada o sumidero de la red es el múltiple de 30” de la estación. En este
punto fue especificada la presión, tal como se muestra en la figura 3.26.
1.8.
Establecer los parámetros hidráulicos para el diluente en el modelo de
red desarrollo por PIPESIM.
Se realizó un análisis comparativo del modelo de red construido por pipesim, fue
hecho con base en planos de diseño elaborados antes de la construcción del sistema
de tuberías, y de tal manera se pretende ajustar el modelo a lo que se realiza en el
campo. Todo esto con el fin de establecer el análisis, se obtuvo el valor de presión de
los sumideros, las velocidades y las caídas de presión de las troncales mediante los
resultados, calculados por la simulación. En el menú se selecciona la opción
“reportes” y luego “herramientas de reportes” como se muestra en la figura 3.27.
Al mostrarse los resultados de presión se da click en el botón de cerrar y es copian los
datos de presión obtenidos, verificando que las unidades estén en barg. La figura 3.28
refleja los resultados calculados por la simulación para la presión en las macollas.
1.8.1. Análisis de sensibilidad
40
En la calibración de la red de inyección de diluente se realizaron análisis de
sensibilidad para el ajuste de los resultados de presión obtenidas en la simulación con
los datos reales de campo suministrado por la empresa Petrocedeño, a fin de lograr
cotejar valores con una desviación de 10% o menor a éste. La ecuación de desviación
ejecutada en los diferentes análisis fue la ecuación del error relativo ecuación 2.5
adaptada a la variable de estudio que es la presión.
1.8.2. Análisis hidráulico
Para el análisis hidráulico fue fundamental las velocidades erosiónales y los rangos de
caída de presión por tramo de tubería y así evaluar la capacidad y efectividad del sistema
en función del propósito de suministro de manera constante.
Análisis de la velocidad erosional.
Para el análisis de las velocidades se tomaron las que el simulador Pipesim arrojo por
tramo de tubería entre la entrada y salida de cada punto. Esta velocidad es un parámetro
de mucha importancia, ya que indica la máxima velocidad que se puede permitir al fluido
para que no haya corrosión (esencialmente por erosión). Se recomienda que las líneas de
flujo, múltiples de producción, procesos de cabezales de pozos y otras líneas que
transportan gas y líquidos en flujos bifásicos, sean diseñadas principalmente en base en la
velocidad erosional del fluido. Investigaciones han revelado que la pérdida de espesor de
la pared ocurre por un proceso de erosión/corrosión, proceso que es acelerado por las
altas velocidades del fluido, presencia de arenas, presencia de contaminantes corrosivo,
entre otros factores.
La norma de PDVSA Nº 90616.1.024 especifica que debe usarse el 60%*Ve, pero como
el fluido en estudio se considera limpio y la corrosión es controlada, según información
afirmada por el equipo de Campo a través de su experiencia en las corridas
instrumentadas, se trabajó con el 80%*Ve.
41
Análisis de la caída de presión por tramo de tuberías.
El simulador calcula la caída de presión en los links, se calculó (Ec 3.4) cual sería la
caída de presión total para cada link si la longitud son 100 m en todos tramos, se muestra
el siguiente cálculo:
Por ejemplo, el link G001 de la troncal 3, posee una caída de presión de -0.015 bar,
obtenida del reporte en Excel del programa de pipesim. Calculando la caída de presión
por cada 100 m:
ΔP=100 m x−0.015 ¯¿−1.50 ¯¿ m
1.4.
Ec.3.4
Diseñar el mejor arreglo de líneas de tuberías de interconexión de las
nuevas macollas P5, P6, P8 y sus efectos hidráulicos al ser incluido en la troncal
3 del modelo de red desarrollado en PIPESIM.
Siguiendo la metodología empleada tanto para la construcción del modelo físico de
red de inyección de diluente como para la definición de las secciones de tuberías de la
misma, se añadieron a la red las macollas P5, P6 y P8 en la trocal 3 en la simulación.
En la inclusión se mantiene la configuración de los esquemas representados en los
mapas de alineamiento de tuberías y los archivos PID.
1.4.1. Estimación de diámetros de tuberías utilizados por las macollas
incorporadas
En primera instancia el criterio utilizado para la elección de diámetro de tubería fue el de
los diámetros similares a los utilizados en las secciones de tubería cercanas a la zona de
inclusión, los cuales comprendían diámetros de 6 y 10 pulgadas por lo que se procedió a
escoger un diámetro común de 6 pulgadas para todos los tramos de tuberías en las
macollas incorporadas como se muestra en la figura 3.29 y luego se sensibilizaron de
acuerdo a los resultados que se iban obteniendo.
42
Posteriormente con los resultados obtenidos se realizó un análisis de
sensibilidad para la calibración del sistema de red. Luego se ejecutaron simulaciones
variando el diámetro de tubería, para verificar el efecto de incorporación de las
macollas y tuberías, sobre la presión de las macollas que ya están incluidas en el
sistema de inyección de diluente. Los resultados de la variación de diámetro se
mostraron como propuestas de diámetro de tuberías incorporadas
1.4.2. Definición de condiciones de borde para las macollas incluidas
La información introducida en el simulador para las condiciones de borde de las
macollas fue obtenida del "Pumpmonitor" herramienta de monitoreo utilizada en la
gerencia de Yacimientos de la empresa. Las condiciones de borde utilizadas en las
macollas incorporadas, al igual que las macollas antes definidas, fueron el flujo y la
temperatura.
1.5.
Crear el modelo de red de diluente para la troncal 3 y 4 en PIPEPHASE.
La información respecto los datos de topografía y diámetros de tubería, en el formato
de Microsoft Excel fueron los mismos utilizados en la metodología del objetivo 3.2.
Se tomaron las progresivas y elevación de las tuberías identificadas por su diámetro
nominal, para posteriormente calcular con éstas la distancia recorrida y la verdadera
elevación de la tubería con respecto a la referencia., que son los mismos parámetros
requerido por PIPEPHASE para la construcción del modelo de red de superficie.
1.5.1. Elaboración del modelo físico de red en el simulador PIPEPHASE.
Al inicio del programa se deben hacer varias configuraciones como el tipo de
simulación, tipo de fluido y las unidades de medida para darle una correcta definición
a la simulación. El tipo de simulación que se seleccionó fue Network Model (figura
3.30); el cual se adapta más al objetivo en estudio, ya que permite simular modelos de
links sencillos, distribuciones, conjuntos o sistemas de flujo, permitiendo calcular las
43
presiones requeridas para el manejo, caídas de presiones en sistemas de transporte de
crudo, gas y otros productos, entre otras variables hidráulicas.
El tipo de fluido utilizado para definir las líneas composicionales.
Por último, se seleccionó Petroleum como Unidad de medida.
Luego se procede a añadir los datos PVT de las propiedades de los fluidos en las
líneas de gas, son las siguientes:
 Ondulaciones igual a 0.
 Temperatura ambiente promedio de 35 °C para las tuberías superficiales y
20,9 °C para las tuberías enterradas.
 Rugosidad de la tubería 0,001 pulgadas.

Profundidad de enterramiento de 1,5 m para los tramos de tuberías
enterradas.
Para la incorporación de estos valores se procede a ingresar en el ícono General,
seguidamente a la opción de data PVT (presión, volumen y temperatura), creando las
cantidades de set necesario, luego en la pestaña editar (Edit) se agregan las
gravedades del petróleo, gas y agua de igual forma que los rangos de viscosidad y
temperatura; en este segmento se selecciona también la descripción de la fase, la cual
es hidrocarburo (Hydrocarbon), en las figuras 3.33, 3.34 y 3.35 se muestran los pasos
mencionados.
44
Figura 3.33 Ventana para la selección de opciones descriptivas y de cálculos en el simulador.
Figura 3.34 Ventana para la selección de sets.
45
Figura 3.35 Ventana para agregar los datos PVT.
Las bases y premisas sobre las cuales se fundamentó el diseño de la red de tuberías
son las siguientes:
 Simulación en estado estacionario.
 Las longitudes y cambios de elevaciones de las tuberías de Pipephase son los
mostrados en el perfil topográfico.
 Temperatura promedio del ambiente es de 26,7 ºC, según Design Basis
Specification, Doc. Nº CA04-04-00-B-DC-001 Rev. X2.

65% del volumen total del gas de cada pozo es separado y enviado por la
línea de producción de gas (Gas gathering) y el 35% del mismo es
transportado por las troncales de recolección de crudo diluido (DCO). Por
esta razón la relación Gas / Crudo total de la mezcla (GOR) es multiplicado
por un factor de 0,35.
 La rugosidad absoluta de la tubería es de 0,001 pulgadas.
 El valor considerado para evaluar la eficiencia de flujo de las tuberías
utilizadas fue de 100%.
 El máximo número de iteraciones para la resolución del problema fue 20.
46
Después de haber definido la simulación y establecido las premisas para el diseño del
sistema, se procedió a entrar en la hoja activa del simulador donde se armó tramo por
tramo la red de tuberías. El diagrama de flujo construido en Pipephase está
constituido por la fuente, el sumidero y el link, cada componente requiere el
suministro de datos. El simulador indicará los datos faltantes o inconsistentes. Los
nodos son conectados a través de los links, cada link comienza con un nodo y termina
con otro nodo. Estos nodos representan una fuente (source), o un sumidero (sink).La
dirección del flujo es indicada por unas flechas sobre el link, como se muestra en la
figura 3.36.
Figura 3.36 Representación física de la construcción del modelo de red.
La fuente es el punto que introduce el fluido al sistema de tuberías y por lo general
constituye el sitio de inicio del sistema a estudiar, en este caso estará representado por
las Macollas. Mientras que el sumidero es el punto donde el flujo sale del sistema de
tuberías (punto final de la red en estudio) caracterizado por la Estación Principal. Los
nodos (junction), representan un punto de unión o separación del fluido.
47
A cada fuente y sumidero se le designan los parámetros de fronteras requeridos, entre
ellos: las presiones y volumetría del gas en condiciones normales de operación. Si
estos valores son parte de las condiciones de operación pueden indicarse como fijos,
o para conocer los valores producidos, entonces pueden introducirse como estimados.
Si la presión es estimada, ese valor será utilizado por Pipephase como valor inicial del
proceso iterativo para hallar el valor real. En este caso para la fuente se fijó la presión
que es conocida que representa la presión de descarga y se estimó la tasa de diluente.
De igual manera se introdujeron los valores de temperatura de cada macolla. En la
figura 3.37 se muestra las condiciones normales de operación de la fuente VC.
Figura 3.37 Definición de las Condiciones de la Fuente.
El nodo sumidero requiere de dos datos para estar completamente acreditado: la
presión y el caudal (figura 3.38); los cuales al igual que en la fuente pueden definirse
como fijos o estimados dependiendo de las condiciones de operación.
48
Figura 3.38 Definición de las condiciones de sumidero (Estación Principal).
Cada link constituye las conexiones de tuberías de la red de superficie del sistema
en estudio. Una de las consideraciones que se debe tener en cuenta a la hora de introducir
datos correspondientes a tuberías son los cambios de elevación (Elevation change), se
debe anteponer el signo negativo al valor correspondiente cuando la orientación de la
tubería sea descendiente, en caso contrario colocar el signo positivo como se muestra en
la figura 3.39, es importante recalcar que los valores introducidos se encuentras
disponibles en la base de datos ya organizada.
Figura 3.39 Incorporación de distancias y elevaciones al programa.
49
En la figura 3.40 se muestra un ejemplo del perfil de tubería en el simulador.
Figura 3.40 Perfil de tubería una vez cargados los datos al simulador.
En todas estas líneas fueron definidos los componentes e instrumentos de flujo
que cada una posee: tubos, tuberías, accesorios (codos, válvulas, contracciones,
expansiones), longitudes, espesores (Schedule 40), diámetros, cambio de elevación,
rugosidad, entre otros, como muestra la figura 3.41 (agregar las señalizaciones de cada
cosa donde es para el perfil, accesorio, todo)
Figura 3.41 Datos ingresados en un enlace del modelo de red.
50
Una vez incorporado los datos en cada fuente, enlace y sumidero se verificaron los
ingresados en la red diseñada, para que el simulador procese la corrida con el menor
margen de error posible.
1.6.
Analizar las presiones de los modelos de red de la troncal 3 desarrollados
con ambos simuladores para la obtención del mejor ajuste
Se realizó un análisis comparativo de presión a través de unas tablas y graficas
obtenidos del modelo de red construido por PIPESIM y el modelo de red construido
en PIPEPHASE. Todo esto con el fin de establecer los valores de presión los
sumideros (macollas) de la troncal 3 mediante los resultados, calculados por ambas
simulaciones. En el menú se selecciona la opción “reportes” y luego “herramientas de
reportes” como se hizo en las figuras 3.27 y 3.28 en PIPESIM y en la figuras 3.42 y
3.43 como se hace en PIPEPHASE.
CAPITULO IV
ANALISIS DE LOS RESULTADOS
En este capítulo se presenta el análisis de los resultados obtenidos de las simulaciones
realizadas, comparando los mismos con los criterios definidos en el capítulo anterior
y según las normas de Petrocedeño. El análisis de estos resultados se realizó de
acuerdo a los objetivos específicos planteados, tal como se muestra a continuación.
1.7.
Definir los parámetros de fluido e inyección de diluente que es
transportado por las troncales 3 y 4.
Los resultados del modelo de fluido e inyección desarrollado para la construcción del
modelo de red se muestran a continuación:
51
1.7.1. Definición de los parámetros de fluido
1.7.2. Definición de los parámetros de inyección
Los datos de inyección definidos para esta simulación fueron obtenidos mediante la
mediana aritmética de los datos que suministro Petrocedeño, de los datos de la tabla
4.1 se hizo los cálculos que se pueden mostrar en la tabla 4.2. El resto de las macollas
se encuentran en el apéndice de tablas A
1.7.3. Condiciones de borde.
Luego de obtener los valores de interés mostrados en la tabla 4.3, de la base
de datos suministrada por Petrocedeño, se realizó unas tablas resúmenes que
contuvieran los datos precisos de ajuste de la inyección en cada macolla. Y
seguidamente en la tabla 4.4 se muestran la presión y la tasa de flujo para el 2017 de
inyección en la Estación Principal hacia las troncales 3 y 4. En el apéndice A
1.8.
Desarrollar el modelo físico de red y el modelo de fluido a través del
simulador PIPESIM
Luego de aplicar la metodología definida en el capítulo anterior para este
objetivo, se obtuvo el modelo físico de red, donde se representan las macollas de los
pozos del campo Petrocedeño juntamente con el tendido superficial de tuberías que
componen el sistema de recolección de crudo diluido, además se pudo examinar en
detalle, mediante el simulador, las conexiones y características físicas de cada tramo de
tuberías. La organización de las fuentes en el ambiente simulado, siguió la forma
proporcionada por la cartografía básica del campo Petrocedeño.
La Troncal 3 la conforman 8 macollas activas KA, LA, SA, SB, SD, SE, VB, VC esta
troncal tiene facilidades para expansión futuras de macollas. En la figura 4.1 se
aprecia la representación de la misma.
52
La troncal 4 la conforman 9 macollas activas SC, WA, WB, WC, XA, VD, YA, YB,
YC esta troncal tiene facilidades para expansión futuras de macollas. En la figura 4.2
se aprecia la representación de la misma.
Figura 4.2 Red de Tuberías de la producción independiente de la Troncal 4
1.9.
Establecer los parámetros hidráulicos para el diluente en el modelo de
red desarrollado en PIPESIM.
Las variables hidráulicas tales como velocidad promedio, velocidad máxima, velocidad
de erosión y caída de presión en las líneas de flujo se obtuvieron a través de la red
construida en PIPESIM, después de correr el simulador con las condiciones del fluido
adoptadas en 2017, arrojando los siguientes resultados:
53
4.3.1. Resultados de velocidad media, velocidad máxima y velocidad de erosión.
Como se puede observar tanto en la tabla 4.5 y 4.6 y la figura 4.3 y 4.4, los valores de
velocidad media esta muy por debajo de los valores de la velocidad máxima y la
velocidad de erosión, cumpliendo con los parámetros de la norma y de acuerdo a esto, no
se producirán problemas por agrietamiento, surcamiento o desgaste de tubería por efectos
de las altas velocidades del fluido.
4.3.2. Resultados de caída de presión a lo largo de las líneas de flujo de las
troncales 3 y 4 del campo Petrocedeño.
De acuerdo a los resultados obtenidos en la tabla 4.7 y 4.8 y figura 4.5 y 4.6, la caída de
presión por cada 100 pies de todos los tramos de tubería que corresponden a la troncal 3
y 4 del campo Petrocedeño están dentro de los valores (0.034474 bar/100pies)
establecido en la norma PDVSA L-TP-1.5
4.3.3. Resultados de presión en la entrada de las macollas de la simulación para
la red construida con modelo de fluido 2017 para troncales 3 y 4 campo
Petrocedeño
Al realizar la simulación construida en base a los parámetros físicos actualizados y
sustituyendo el modelo de fluido del año 2017 y las presiones de campo entregadas por la
Gerencia de Monitoreo de Yacimientos para la fecha, se obtuvieron los valores de
presión que se muestran en la tabla 4.9 y figura 4.3
En la figura 4.7 se puede observar que existe un buen ajuste entre el modelo de red
construido y los valores de Campo donde el máximo valor de desviación está en la
macolla YA con un 8.55% el resto se desvía por debajo de ese valor. Es de hacer notar
que esto ocurre ya que se tomaron en consideración los planos construido de las líneas
de tubería y los datos aportados respecto a nuevos cambios de tubería en distintos tramos
por la Gerencia de Ingeniería de Petrocedeño. Por lo que la red construida se considera
ajustada y calibrada respecto a la presión con que llega el diluente a las macollas.
54
1.10.
Diseñar el mejor arreglo de líneas de tuberías de interconexión de las
nuevas macollas P5, P6, P8 y sus efectos hidráulicos al ser incluido en la troncal
3 del modelo de red desarrollado por PIPESIM.
Posteriormente a la construcción del modelo de red del sistema de distribución de
diluente, se incorporaron las macollas P5, P6 y P8, en la troncal 3 del campo siguiendo
los mismos parámetros de construcción realizados en el segundo objetivo a excepción de
los diámetros de tuberías, como se expone en la figura
1.10.1. Análisis de sensibilidad de los diámetros de tubería en la inclusión
Al realizarse los diversos cambios en el diámetro de las tuberías incluidas, se
obtuvieron los resultados de presión, y la desviación de las macollas provistas del
sistema de recolección de crudo diluido con respecto a las condiciones reales de
operación, con la finalidad de observar el efecto de las macollas incluidas sobre la
presión de éstas. Tales resultados se presentaron como propuestas para la ejecución
de la inclusión en la tabla 4.10.
La propuesta N° 1 consistió en la introducción de diámetro de seis pulgadas en todas las
tuberías incorporadas. Para la propuesta Nº 2 se fijó el diámetro de 8 pulgadas en todas
las tuberías incorporadas. La propuesta N° 3 estuvo basada en el diámetro de doce
pulgadas para la línea principal de tuberías que conectan la inclusión con la troncal, y un
diámetro de seis pulgadas para las líneas de flujo provenientes de las macollas. La figura
4.9 ilustra la zona de variación de diámetro que se utilizó para dichas propuestas.
55
De la tabla 4.10 y figura 4.10 se puede apreciar que las tres propuestas son viables, ya
que ninguna produce cambios apreciables en la inyección del resto de las macollas de la
troncal 3 y 4. Las macollas incluidas en la red de recolección, por ser nuevas en el
sistema, no se compararon con respecto a las condiciones reales de operación, por lo
tanto, el criterio adoptado para su construcción y calibración en la simulación se
fundamenta en estar dentro del límite de presión establecida para la red (máximo de 32
bar).
1.11.
Crear un modelo de red de diluente para la troncal 3 y 4 en PIPEPHASE.
Luego de aplicar la metodología definida en el capítulo anterior para este objetivo, se
obtuvo el modelo físico de red, donde se representan las macollas de los pozos del campo
Petrocedeño juntamente con el tendido superficial de tuberías que componen el sistema
de recolección de crudo diluido, además se pudo examinar en detalle, mediante el
simulador, las conexiones y características físicas de cada tramo de tuberías. La
organización de las fuentes en el ambiente simulado, siguió la forma proporcionada por
la cartografía básica del campo Petrocedeño.
La Troncal 3 la conforman 8 macollas activas KA, LA, SA, SB, SD, SE, VB, VC esta
troncal tiene facilidades para expansión futuras de macollas. En la figura se aprecia la
representación de la misma.
La troncal 4 la conforman 9 macollas activas SC, WA, WB, WC, XA, VD, YA, YB,
YC esta troncal tiene facilidades para expansión futuras de macollas. En la figura
4.12 se aprecia la representación de la misma.
1.12.
Analizar las presiones de los modelos de red de la troncal 3 desarrollados
con ambos simuladores para la obtención del mejor ajuste.
Al realizar la simulación construida en base a los parámetros físicos y sustituyendo el
modelo de fluido del año 2017 en PIPESIM, junto con los resultados de la simulación
construida en base a los parámetros físicos y sustituyendo el modelo de fluido del año
56
2017 y las presiones de campo entregadas por la Gerencia de Monitoreo de Yacimientos
para la fecha, se obtuvieron los valores de presión que se muestran en la tabla 4.11, tabla
4.12, tabla 4.13 y figura 4.14.
En la figura 4.14 se puede observar que existe una disminución de la presión por macolla
en la red de inyección de diluente construida en PIPESIM en comparación con los
resultados de presión para la simulación de la red PIPEPHASE y a su vez comparados
con las presiones de campo, hace notorio que los resultados de la red PIPESIM se ajustan
más a la realidad, los que se confirma en las tablas 4.12 y tabla 4.13 con porcentajes de
desviación respecto al campo, que para la red PIPESIM en promedio es 4.56% y para la
red PIPEPHASE es 9.37%. Tales resultados infieren que el simulador PIPESIM se ajusta
más a los datos de operación, esto se debe a que el PIPESIM aparentemente es más
estricto al solicitar datos y tiene menos restricciones al momento de desarrollarlo
físicamente.
57
CONCLUSIONES
1.
Se puede observar con los datos de presión y velocidad suministrados por la
empresa petrocedeño que el mejor ajuste se hizo con el simulador pipesim ya que el
máximo valor de desviación esta en la macolla YA con un 8,55, el resto se desvía por
debajo de ese valor.
2.
La red construida se considera ajustada y calibrada tanto en la velocidad como
en la caída de presión en los tramos de tubería de acuerdo dentro de las normas
establecidas PDVSA LT-1.5
3.
Los diámetros propuestos con la inclusión de las nuevas macollas (P5,P6 y
P8) son viables ya que las condiciones hidráulicas están dentro de los parámetros de
la red.
4.
La red de superficie construida con el simulador Pipesim posee el mejor ajuste
a los valores reales de operación, respecto a las presiones actuales de Campo.
5.
Las condiciones de loa parámetros de fluidos se ajustaron a las condiciones de
la red de recolección de diluente.
RECOMENDACIONES
1.
Realizar la actualización del modelo de red de recolección de crudo diluido para
el resto de las troncales, ya que el utilizado por la empresa no representa la
realidad del proceso en el campo ni tampoco corresponde a los planos posteriores
a la construcción del sistema.
58
2.
Aplicar la metodología de inclusión en el sistema de red del campo Petrocedeño
para mayor aprovechamiento del diluente de los pozos.
3.
Evaluar el funcionamiento de las tuberías por donde es transportado el diluente.
4.
Hacer mantenimiento preventivo o correctivo a las macollas para así evitar fugas
de diluente o altas caídas de presiones.
5.
Actualizar el proceso de inyección de diluente que contribuye al buen
funcionamiento del proceso de producción de crudo.
BIBLIOGRAFIA
1)
Salazar, N y Velásquez, Y. "Construcción del modelo de red de superficie
con el simulador pipephase en las líneas de tuberías de las troncales 3 y 4 del
campo Petrocedeño de la faja petrolífera del Orinoco". Tesis de grado.
Universidad de Oriente, Núcleo de Anzoátegui. Departamento de Petróleo,
Barcelona, Venezuela. (2019).
2)
Guman,V y Romero, K. "Diseño de red hidráulica a través de una
herramienta computacional de las líneas de tubería troncales 1 y 2 del campo
petrocedeño de la faja petrolífera del Orinoco" Tesis de grado. Universidad de
Oriente, Núcleo de Anzoátegui. Departamento de Petróleo, Barcelona, Venezuela.
(2019).
3)
Rivero, M. “Evaluación hidráulica de la red de recolección de crudo
diluido de Petrocedeño”. Tesis de grado. Universidad de Oriente, Núcleo de
Anzoátegui. Departamento de Química, Barcelona, Venezuela. (2013).
59
4)
Manual de Ingeniería de diseño de PDVSA N° LTP 1.5. “Cálculo Hidráulico
de Tuberías”, volumen 13-III, Petróleos de Venezuela. (1994).
5)
Streeter, V. y Wylie, B. “Mecánica de los Fluidos”. Sexta Edición. Editorial
McGraw-Hill. México (2000).
6)
Simsci-Esscor. “Guía de Usuario – PIPEPHASE 9.0”. USA, Invensys Systems,
Inc (2005).
7)
Skogsberg J.W y Price J.E. “Corrosion Considerations in Upstream
Operations”. (CPM-4100). Chevron Corporation (1999).
8)
Manual 0302 - Cálculos Hidráulicos Usando PIPEPHASE. disponible en:
www.sunproject-ing.com (2015)
9)
Arias, F. “El proyecto de investigación. Introducción a la metodología
científica”. Editorial Epistame, Sexta edición, Caracas, Venezuela (2012)
10)
Crane. “Flujo de Fluidos en Válvulas, Accesorios y Tuberías”. Editorial
McGraw-Hill. Interamericana. México. (1992).
11)
Manual de Bases de Diseño de Petrocedeño. “Calculo Hidráulico de
Tuberías”. Petróleos de Venezuela (2007).
12)
Schlumberger. “PIPESIM”. (Publicación), La Comunidad Petrolera (2009).
13)
Craft. “Ingeniería de Yacimientos Petrolíferos y Gas”. Editorial Omega
(1978).
METADATOS
PARA
TRABAJOS
DE
GRADO,
TESIS
Y
ASCENSO:
TÍTULO
Evaluación hidráulica a través de un modelo de
red computacional de las líneas de tubería de
diluente de las troncales 3 y 4 del Campo
Petrocedeño de la Faja Petrolífera del Orinoco.
SUBTÍTULO
AUTOR (ES)
APELLIDOS Y
NOMBRES
OTERO M, MAIKELI
A
CVLAC: 20.010.017
E_MAIL: [email protected]
GUAREGUA B,
ALFREDO A
CVLAC: 20.438.866
E_MAIL: [email protected]
CÓDIGO CVLAC / E_MAIL
PALABRAS O FRASES CLAVES:
Modelo hidráulico, red de recolección, evaluación hidráulica, macolla,
Pipephase, Petrocedeño.
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y
ASCENSO:
ÁREA
SUBÁREA
ESCUELA DE INGENIERÍA Y
CIENCIAS APLICADAS
INGENIERÍA DE PETRÓLEO
RESUMEN (ABSTRACT):
Se construyó con el simulador PIPESIM un modelo de red de las líneas
de tubería de diluente de las troncales 3 y 4 perteneciente a la compañía
PDVSA Petrocedeño. Realizando una evaluación hidráulica en las líneas
de tubería de. En primer lugar, se definió el esquema de transporte e
inyección del diluente desde la estación principal de la planta hasta las
macollas, con información facilitada por la empresa a través de planos
cartográficos, perfiles topográficos, mapas isométricos y de alineamiento,
se estableció las características del diluente trasportado por las líneas de
tubería mediante los datos de producción que suministro la compañía.
Posteriormente, al modelo de red actualizado se le incorporaron las
macollas P5, P6 y P8 que actualmente no están incluidas en la red línea
de tubería, para observar su comportamiento y ajustarlas al modelo de la
red para de esta manera realizar propuestas para su futura inclusión, con
los resultados de las presiones arrojados por el simulador PIPEPHASE se
realizó una serie de
sensibilizaciones
usando
distintos modelos
empíricos de flujo para determinar así cuál de todos se ajustaba mejor a
la data de campo.
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y
ASCENSO:
CONTRIBUIDORES:
APELLIDOS Y
NOMBRES
Barrueta, Rafael
ROL / CÓDIGO CVLAC / E_MAIL
ROL
CA
AS
TU
X
CVLAC:
6.961.032
E_MAIL
[email protected]
JU
E_MAIL
Campos Blanca
ROL
CA
AS
TU
CVLAC:
21.612.310
E_MAIL
[email protected]
JU
x
E_MAIL
Lorenzo Arditi
ROL
CA
CVLAC:
5.187.964
E_MAIL
[email protected]
E_MAIL
FECHA DE DISCUSIÓN Y APROBACIÓN:
2021 07
22
AÑO
DÍA
MES
LENGUAJE: SPA
AS
TU
JU
x
METADATOS
PARA
TRABAJOS
DE
GRADO,
TESIS
ASCENSO:
ARCHIVO (S):
NOMBRE DEL ARCHIVO
TIPO MIME
TESIS. Evaluación hidráulica a través Aplicación/Microsoft
de un modelo de red computacional de Word
las líneas de tubería de diluente de las
troncales 3 y 4 del Campo Petrocedeño
de la Faja Petrolífera del Orinoco.doc
ALCANCE:
ESPACIAL: _______________ (OPCIONAL)
TEMPORAL: _______________ (OPCIONAL)
TÍTULO O GRADO ASOCIADO CON EL TRABAJO:
INGENIERO DE PETRÓLEO
NIVEL ASOCIADO CON EL TRABAJO:
PREGRADO
ÁREA DE ESTUDIO:
DEPARTAMENTO DE PETRÓLEO
INSTITUCIÓN:
UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO ANZOÁTEGUI
Y
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y
ASCENSO:
METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y
ASCENSO:
DERECHOS:
De acuerdo al Artículo 41 del reglamento de trabajo de grado (Vigente a partir del II
Semestre 2009, según comunicación CU-034-2009)
“Los trabajos especiales de grado son de la exclusiva propiedad de la Universidad de
Oriente y solo podrán ser utilizados para otros fines con el consentimiento del
Consejo de núcleo respectivo, quien lo participara al Consejo Universitario, para su
aprobación”.
MAIKELI A. OTERO M.
ALFREDO A. GUAREGUA B.
AUTOR
Barrueta, Rafael
TUTOR
AUTOR
Campos, Blanca
Arditi, Lorenzo
JURADO
JURADO
POR LA SUBCOMISIÓN DE TESIS