NDICE DE CONTENIDO1 CAPITULO I. GENERALIDADES11.1INTRODUCCIN11.2ANTECEDENTE21.3PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA31.1.3Identificacin del Problema31.1.3Formulacin del problema41.4OBJETIVOS41.1.3Objetivo general41.1.3Objetivos especficos41.4.2.1 Objetivos Especficos y Acciones del Proyecto.41.5JUSTIFICACION61.1.3Justificacin Tcnica61.1.3Justificacin econmica61.6ALCANCES71.1.3Alcance Temtico71.1.3Alcance Geogrfico72CAPITULO II. FUNDAMENTACIN TERICA8En este captulo se realizara una descripcin de los conceptos relativos a la temtica de la presente investigacin, los mismos son descritos de forma clara y concreta.82.1DEFINICION DE TOPOGRAFIA8La topografa (griego topos, lugar y graphein, describir) es una ciencia que trata de la obtencin de informacin fsica y su procesamiento numrico, para lograr la representacin geomtrica, ya sea en forma grfica o analtica, del espacio fsico que nos rodea. (Zamarripa., 2012)82.1.3Consideraciones bsicas en topografa8a)Los levantamientos topogrficos se realizan en reas relativamente especficos de la superficie de la tierra.8b)En topografa no se considera la verdadera forma de la superficie de la tierra, sino se supone como una superficie plana.8c)La direccin de la plomada, se considera que es la misma dentro de los lmites del levantamiento.8d)Todos los ngulos medidos en topografa se consideran plano. (Navarro., 2008)82.1.3Tipos de levantamiento general82.1.2.1 Topografa8Estos producen mapas y planos de las caractersticas naturales y hechos por el hombre. No existe una diferencia clara entre mapas y planos, pero aspectos generalmente que en los planos, los detalles se grafican y dibujan a escala exacta, mientras que en los mapas muchos de los rangos son representados por puntos o por contornos, los cuales dan menos detalles82.1.2.2 Geodsicos8Los levantamientos geodsicos se distinguen por las tcnicas y el uso que se le da. En los levantamientos geodsicos de grandes reas de la superficie terrestre se debe tomar en cuenta las curvaturas de la misma, es necesario para controlar todo el levantamiento y as8determinar el lugar de grandes reas debiendo tomar estas medidas con la calidad.92.1.2.3 Ingeniera92.1.2.4 Planimetra9Representacin horizontal de los datos del terreno que tiene por objeto determinar las dimensiones de este. Se estudian los procedimientos para fijar las posiciones de puntos proyectados en un plano horizontal, sin importar sus elevaciones. (Navarro., 2008)92.1.3Sistema de informacin geogrfico92.1.3.1Caractersticas del Sistema de informacin Geogrfico (S.I.G.)92.1.4Funcionamiento de un Sistema de Informacin Geogrfica (SIG)102.1.5Sistema de Informacin geogrfica ArcGIS112.2GAS NATURAL12Segn el autor Prez, se denomina Gas natural al formado por los miembros ms voltiles de la serie parafnica de hidrocarburos, principalmente metano, cantidades menores de etano, propano y butano y, finalmente, puede contener porcentajes muy pequeos de compuestos ms pesados. Adems, es posible conseguir en el Gas Natural cantidades variables de otros gases no hidrocarburos, como dixido de carbono, sulfuro de hidrgeno, nitrgeno, helio, vapor de agua, entre otros (Prez P., 1995).12El Gas natural puede obtenerse como tal en yacimientos de Gas libre o asociado en yacimientos de petrleo y condensado. Tradicionalmente el Gas natural se ha obtenido vinculado con la produccin de petrleo. (Prez P., 1995).122.2.3Clasificacin del Gas natural de acuerdo a su composicin12Gas Dulce: Segn Prez es aquel Gas que contiene cantidades de sulfuro de hidrgeno menores a 4 ppm.12Adems se define un Gas apto para ser transportado por tuberas como aquel Gas que contiene menos de 4 ppm de sulfuro de hidrgeno, menos del 2,0% molar de dixido de carbono y 6-7 libras de agua por milln de pies cbicos en condiciones normales.12Gas Agrio o cido: Es aquel Gas que contiene cantidades apreciables de sulfuro de hidrgeno, dixido de carbono y otros componentes cidos (mercaptanos, disulfuro de carbono, entre otros) razn por la cual se vuelve corrosivo en presencia de agua libre, por esta razn es necesario un tratamiento previo, antes de llevarlo a las tuberas o al comprador.12No tiene ninguna relacin con el contenido de vapor de agua que pueda contener el Gas (Prez P., 1995).13Gas Pobre o Seco: Comnmente es aquel Gas que posee un contenido muy bajo de componentes condensables (que no tiene hidrocarburos licuables), es un Gas que prcticamente est formado por Metano (C1) y Etano (C2).13A pesar de que es muy frecuente hablar del Gas Seco al referirse a aquel Gas que no tiene agua, el concepto verdadero lo describe como un fluido sin componentes pesados de hidrocarburos que se puedan licuar (Prez P., 1995).132.2.4Clasificacin del Gas Natural de acuerdo a su Ubicacin en el Subsuelo13Gas no Asociado: Segn el autor Pino es aquel Gas que en las condiciones del yacimiento, no est asociado con el petrleo.13Gas Asociado: Es aquel Gas que viene acompaado con la produccin de petrleo (Pino M., 2008).132.2.5Cromatografa del Gas Natural13Segn Martnez, la cromatografa de gases cada da tiene mayores aplicaciones en la industria a continuacin se muestran algunas:13Se emplea para analizar productos de la industria del petrleo y el Gas natural.13El anlisis del Gas natural es la base de la informacin requerida para hacer el diagrama de fases, un dibujo con el cual se puede predecir el comportamiento dela muestra a cada condicin de presin y temperatura.13El conocimiento exacto de las condiciones a las cuales llega y sale el fluido, o su conocimiento dentro de la instalacin, permite operar la planta con mayores probabilidades de xito.13Los contaminantes en cualquier producto se detectan mediante anlisis Cromatogrfico (Martnez, 2011).13Segn Pino, la tcnica de mayor utilidad para determinar la composicin del Gas Natural es el Anlisis Cromatogrfico. Eso permite que se vayan separando los diferentes componentes que componen la muestra (Pino M., 2008).132.2.6Propiedades del Gas natural14Segn Calle, para ejecutar los clculos de propiedades fsicas se requiere informacin del Gas mismo a tratar. Existen dos maneras de efectuar los clculos:14a)Clculos composicionales14En este tipo de clculos se requiere la composicin del Gas, es decir, el Anlisis Cromatogrfico, debidamente verificado.14b)Clculos no composicionales14Los clculos no composicionales no requieren necesariamente la composicin detallada, basta con valores de la gravedad especfica, densidad o grados API para estimar las caractersticas del Gas (Calle M., 2008).14Existe otra percepcin del mismo autor Calle y Snchez, donde afirman que la composicin del Gas natural es un dato usado para determinar algunas propiedades tales como la gravedad especfica, peso molecular, valor calorfico, viscosidad, factor de compresibilidad entre otros. Una representacin incorrecta de la composicin del gas resultara en valores incorrectos de sus propiedades (Calle M. & Snchez A.,2005).142.2.4.1 Peso Molecular14Segn Calle y Snchez, el peso molecular de un Gas es usualmente expresado como una funcin del peso molecular del aire y de la gravedad especifica del Gas.1414Dnde:14MWg= Peso Molecular del Gas (Lb/Lbmol).14MWaire= Peso Molecular del Aire (Lb/Lbmol).14SGg= Gravedad Especfica del Gas (adim.).14El peso molecular de una sustancia es definida como la masa de una mol de la sustancia. El peso molecular de un Gas natural es determinado de la suma del producto de la fraccin molar y el peso molecular de cada componente puro individual (Calle M. & Snchez A., 2005)142.2.4.2 Gravedad Especfico152.2.4.3 Propiedades crticas15Tabla 2: ECUACION DEL FACTOR Z18a)Dixido de Carbono (CO2)20Segn Calle, el dixido de carbono es un Gas relativamente inerte, pero en medio acuoso, tiene gran potencial corrosivo que se acenta con la presencia de agua y presin elevada. Se recomienda una concentracin mxima del 2% en CO2 para transporte y transmisin (Calle M., 2008).20TABLA 3: CONTAMINANTES DEL GAS NATURAL20b)Sulfuro de Hidrgeno (H2S)21Segn Calle, los efectos de este contaminante del Gas natural, son variados de acuerdo a la cantidad disuelta en el aire. A continuacin en la Tabla 4, se presentan los diferentes efectos de acuerdo a la concentracin del Sulfuro de Hidrgeno (Calle M., 2008).21Cantidad21Efecto2110 ppm,v21Cantidad de H2S a la cual se puede exponer una persona durante ocho horas sin que sea afectada.2170 150 ppm,v21Ligeros sntomas, despus de varias horas de exposicin.21170 300 ppm,v21Mxima concentracin que se puede inhalar sin que afecte el sistema respiratorio.21400 500 ppm,v21Peligroso: durante 30 minutos a una hora.21600 800 ppm,v21Fatal: en menos de 30 minutos.21TABLA 4: EFECTOS DE EXPOSICION DE H2S AL SER HUMANO21Fuente: (Calle, 2008)212.3Sistema de Recoleccin222.3.1Recoleccin de los hidrocarburos232.3.2Equipo superficial del pozo252.3.3Parmetros del Pozo262.3.4Lneas de flujo282.3.5Mltiple de produccin (manifold)292.3.4.1 Produccin porttil292.3.4.2 Produccin permanente302.3.7Factores que influyen en el diseo tcnico del poliducto.312.3.8Condiciones de trabajo322.3.9Efectos de la geografa332.3.10Ruta topogrfica y acceso.342.3.11Fases de construccin de una lnea de recoleccin.352.4TUBERAS DE RESINA REFORZADA382.4.1TUBERA DE POLMERO REFORZADO392.4.1.1Polmero392.4.2Fibra de Vidrio392.4.2.1Tubera de Polmero Reforzado392.4.3Plsticos402.4.3.1Termoplstico412.4.3.2Plstico de termo fraguado412.4.4Resina412.4.5Polietileno412.4.6Trminos de presin412.4.7Propiedades Mecnicas422.4.7.1Resistencia a la fluencia422.4.7.2Resistencia a la traccin422.4.7.3Elongacin mnima especificada.422.4.8Cargas sobre las tuberas durante su operacin432.4.8.1Cargas vivas.432.4.8.2Cargas muertas.432.4.8.3Cargas dinmicas.432.4.8.4Efecto de incremento de presin por expansin del fluido.432.4.8.5Cargas por expansin trmica y por contraccin.442.4.8.6Movimientos relativos de componentes conectados.442.4.8.7Socavacin, azolve y erosin de riberas.442.4.8.8Interaccin suelo-tubera.442.4.8.9Cargas en elementos que soportan tuberas.442.4.9Clasificacin de localizacin442.4.9.1Localizacin clase1442.4.9.2Localizacin clase2452.4.9.3Localizacin clase 3452.4.9.4Localizacin clase 4452.4.10Factores de diseo F y clases de localidades45TABLA 5: FACTOR DE DISENO F462.4.11Ecuaciones de Diseo462.4.11.1Clculo de la presin de diseo de la tubera de resina reforzada.462.4.11.2Espesor por presin de diseo462.4.11.3Calculo de la presin estndar472.3.9.4 Tubera de alta presin472.4.12Prdidas de Presin en Accesorios50TABLA6: VALOR DE KR SEGUN LOS ACCESORIOS522.5NORMAS PARA TUBERAS DE RESINA REFORZADA522.5.1Norma NRF-012-PEMEX-2009522.5.2Normas Para tubera de Acero53TABLA 7: GRADOS NORMALIZADORES PARA LAS TUBERIAS542.5.3Norma NFR-30-PEMEX542.6DIAGRAMA DE DISTRIBUCIN DE EQUIPOS E INSTALACIONES (LAY-OUT)542.6.1Redes de distribucin552.6.2Instrumentos y accesorios de distribucin de gas552.6.2.1Accesorios552.6.3layout de las tuberas de una estacin de compresin572.7DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIN Y PROCESO (P&ID)582.7.3Diagrama de tuberas e instrumentacin P&ID (Piping & Instrumentation Diagram)602.8SIMULACIN DEL PROCESO612.8.1Software de Simulacin HYSYS612.8.2Descripcin del simulador HYSYS612.9TEORA DE COSTO632.9.1Concepto de costos632.9.2Clasificacin de costos632.9.2.1 Segn su comportamiento632.9.3Estimacion de costos64TABLA 8: COSTOS TOTAL DE UNA LINEA DE RECOLECCION673 CAPITULO III. INGENIERIA DEL PROYECTO683.1DESCRIPCION DEL TRAZADO DE LA LINEA DE RECOLECCION DEL CAMPO CARRASCO ESTE HACIA LA PLANTA DE CARRASCO683.1.1Determinar las caractersticas geolgicas de la zona de carrasco683.1.2Identificar la localizacin del pozo CRE-X2 en la zona de Carrasco.693.1.2.1Identificacin del derecho de va de la lnea de recoleccin693.1.3Definir la planimetra de la lnea de recoleccin.71TABLA 9: ALTURAS Y DISTANCIAS723.1.3.1perfil topogrfico del trazado de la lnea de recoleccin743.2DIMENSIONAR LAS LNEAS DE RECOLECCIN753.2.1Analizar la cromatografa del gas de la planta de carrasca75TABLA 10: CROMATOGRAFIA DE GAS DEL POZO CRE-X2763.2.1.1Parmetros de operacin76TABLA 11: CONDICIONES DE OPERACION773.2.1.2Determinar las propiedades fisicoqumicas del G.N.77TABLA 12: CARACTERISTICAS DE LOS COMPONENTES DEL GAS773.2.1.3Factor de ajuste por contaminantes793.2.1.4Gravedad especifica813.2.1.5Presin y temperatura pseudoreducidas823.2.1.6Factor de compresibilidad833.2.2seleccionar las normas para el diseo de la lnea de recoleccin85TABLA 13: SELECCIONAR LAS NORMAS PARA EL DISENO853.2.3clculos de la tubera de resina reforzada883.2.3.1Presin promedio883.2.3.2Temperatura promedio88TABLA 14: PERFIL DE PRESION Y CAIDAS DE PRESION89
NDICE DE TABLAS
TABLA 1 ACCIONES DE LA INVESTIGACION5TABLA 2: ECUACION DEL FACTOR Z18TABLA 3: CONTAMINANTES DEL GAS NATURAL20TABLA 4: EFECTOS DE EXPOSICION DE H2S AL SER HUMANO21TABLA 5: FACTOR DE DISENO F46TABLA6: VALOR DE KR SEGUN LOS ACCESORIOS52TABLA 7: GRADOS NORMALIZADORES PARA LAS TUBERIAS54TABLA 8: COSTOS TOTAL DE UNA LINEA DE RECOLECCION67TABLA 9: ALTURAS Y DISTANCIAS72TABLA 10: CROMATOGRAFIA DE GAS DEL POZO CRE-X276TABLA 11: CONDICIONES DE OPERACION77TABLA 12: CARACTERISTICAS DE LOS COMPONENTES DEL GAS77TABLA 13: SELECCIONAR LAS NORMAS PARA EL DISENO85TABLA 14: PERFIL DE PRESION Y CAIDAS DE PRESION89
NDICE DE FIGURASFIGURA 1: UBICACION DE LOS POZOS DEL CAMPO CARRASCO2FIGURA 2: PROCESO DE RECOLECCION DE LOS CAMPOS PETROLEROS24FIGURA 3: ESTACION DE FLUJO25FIGURA 4: MANIFOLD DE CAMPO30FIGURA 5: MANIFOLD TRIPLE31FIGURA 6: MANIFOLD DOBLE31FIGURA 7: EXCAVACION DE ZANJA37FIGURA 8: TENDIDO DE TUBERIA38FIGURA 9: SOLDADURA DE JUNTAS38FIGURA 10: LAYOUT BASICA DE LA TUBERIAS OPERACION NORMAL58FIGURA 11: DIAGRAMA DE TUBERIAS E INSTRUMENTACION60FIGURA 12: CARACTERISTICAS GEOGRAFICAS DE LA ZONA DE CARRASCO68FIGURA 13: UBICACION DE LOS POZOS DEL CAMPO CARRASCO ESTE69FIGURA 14: DESCRIPCION DE LINEAS DE RECOLECCION DEL POZO CRE-X270FIGURA 15: DESCRIPCION DE LINEAS DE RECOLECCION DEL POZO CRE-X2 HACIA LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE CARRASCO70FIGURA 16: ELEVACIONES DEL TRAMO DEL POZO CRE-X2 HACIA LA PLANTA DE CARRASCO71FIGURA 17: PERFIL DE LA PLANIMETRIA DEL TRAZADO DE LA LINEA DE RECOLECCION75
1 de 90
1 CAPITULO I. GENERALIDADESINTRODUCCINLas lneas de flujo de gas conectan pozos individuales hacia las instalaciones de tratamiento y procesamiento o hacia ramas ms grandes del sistema de recoleccin. La mayora de los pozos de gas fluyen con presin suficiente para dar la energa necesaria al gas, para pasar a travs de la lnea de recoleccin hacia la planta de Carrasco, tanto que muchas veces es necesario reducir la presin en cabeza de pozo antes de dejar fluir el gas hacia la lnea, solo en algunos casos es necesarios el uso de compresores pequeos cerca del pozo cuando la energa es insuficiente.Para el diseo de las lneas recoleccin y transporte de gas del Campo Carrasco Este hay que tener en cuenta la distribucin de los pozos, la informacin de produccin, presin en los pozos, caudal de gas y temperatura en cabeza de pozo, que son importantes a la hora de definir el diseo de las tuberas y accesorios de lnea de recoleccin, pensando en tener las cadas de presin para optimizacin el proceso de produccin. Debido a las condiciones variantes dentro de un campo se hace una evaluacin del comportamiento de fluido en la lnea de recoleccin y transporte de hidrocarburos se emplean tuberas de acero de alta resistencia, los cuales son afectados debido al alto contenido de dixido de carbono (CO2), estas tuberas son utilizadas en funcin de parmetros operacionales del pozo y son fabricados con costura y sin soldadura, Tambin la seleccin de las tuberas es difcil porque las propiedades nicas del dixido de carbono pueden provocar efectos de fractura diferentes a los que se ven comnmente en lneas de gas.En la actualidad, la tubera de reina reforzada con fibra de vidrio est adecuada para un amplio rango de capacidad, requisitos de temperatura y clasificaciones de presin de 750,1500, 2500 psi, adems de estar diseado para un funcionamiento continuo en un rango de 29F, 180F.
ANTECEDENTE Con la vigencia del proceso de nacionalizacin de los hidrocarburos, YPFB Chaco S.A. reinvirti sus dividendos en exploracin y desarrollo de campos e incremento sus unidades en los primeros cinco aos del proceso de nacionalizacin a diferencia del periodo de la capitalizacin. El campo Carrasco Este se encuentra ubicado en la provincia Carrasco del Departamento de Cochabamba y forma parte del bloque de explotacin Carrasco, circunscrito en el rea Chimor, con una extensin igual a 6250 hectreas correspondientes a 2.5 parcelas. Esto puede ser apreciado en la grfica a continuacin.FIGURA 1: UBICACION DE LOS POZOS DEL CAMPO CARRASCOFuente: [YPFB Chaco S.A. 2014] Despus de cinco meses de perforacin del pozo Carrasco Este X2, YPFB Chaco, subsidiaria de YPFB Corporacin, reconfirm el descubrimiento de reservas de gas y petrleo del campo del mismo nombre. El Pozo CRE-X2, ubicado al noreste de la estructura Carrasco, zona de Entre Ros, Cochabamba, result productor del reservorio Robor-I. Con la finalidad de delimitar e identificar en forma cabal la estructura Carrasco Este y continuar con el desarrollo de la arenisca Robor-I, durante la gestin 2012 fue iniciada la perforacin del pozo CRE-X2 desde la misma planchada del pozo CRE-X1. Sus coordenadas objetivo son (338080 m, 8092950, 240 m) con profundidad final igual a 4650 m MD. Se estima que el volumen de reservas de gas estar en el orden de 8.7 BCF. Las corrientes individuales de los pozos productores de este campo, y otros aledaos, ingresan en la planta a travs de un colector con tres cabezales. Se cuenta con un sistema de recoleccin de alta presin (1150 psi), sistema de presin intermedia a (500 psi) y sistema de baja presin (200 psi). Las corrientes son combinadas y enviadas al separador de grupo para cada sistema. Existen cabezales de recoleccin que permiten el chequeo individual de cualquiera de los pozos mediante su flujo a travs de los separadores de prueba.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAIdentificacin del Problema En forma complementaria a la perforacin del pozo CRE-X2 se considera la construccin de la lnea de recoleccin de 6 con una longitud de 20 km (presin alta) con arreglo simple, considerando que el pozo estar ubicado en la misma planchada del CRE-X1. El gas de produccin del pozo CRE-X2 tiene un alto concentracin de dixido de carbono que es corrosivo. La disminucin del presupuesto se debe principalmente a que en el presupuesto inicial se tena previsto la adquisicin y montaje de un separador de prueba en planchada, luego de un anlisis ms exhaustivo se decidi retirar este equipo considerando que se podrn realizar las pruebas directamente en planta. Los costos y la instalacin de lnea de recoleccin de acero requiere de soldaduras y equipo pesado, con los consiguientes costos asociados.Formulacin del problemaCmo se podr disminuir al alto costo de la instalacin de tuberas de acero en la lnea de recoleccin del Campo Carrasco Este hacia la Planta de Carrasco?OBJETIVOSCon la formulacin del problema planteado se propone las soluciones y acciones a realizar.Objetivo generalDisear la ingeniera bsica de la lnea de recoleccin de gas del pozo CRE-X2 hacia la planta de tratamiento de carrasco para reducir los costos de instalacin de tubera empleando tubera de resina reforzadaObjetivos especficosLos objetivos especficos son los siguientes: Realizar el trazado de la lnea de recoleccin del campo Carrasco Este hacia planta de Carrasco. Dimensionar las lneas de recoleccin. Desarrollar el layout de la lnea de recoleccin Establecer el diagrama de tubera e instrumentacin (P&ID) bsica de la lnea de recoleccin1.4.2.1 Objetivos Especficos y Acciones del Proyecto.Para llegar a cumplir con el objetivo general se debe plantear objetivos especficos con sus respectivas acciones como se muestra en la Tabla 1.
TABLA 1.4:1 ACCIONES DE LA INVESTIGACIONOBJETIVOS ESPECFICOSACCIONES
Realizar el trazado de la lnea de recoleccin del campo Carrasco Este hacia planta de Carrasco.Determinar las caractersticas geolgicas de la zona de Carrasco.
Identificar la localizacin del pozo CRE-X2 en la zona de Carrasco.
Definir la planimetra de la lnea de recoleccin.
Dimensionar las lneas de recoleccin.
Analizar la cromatografa del gas de la planta de carrasco.
Seleccionar las normas para el diseo de la lnea de recoleccin.
Realizar los clculos de la tubera de resina reforzada.
Desarrollar el layout de la lnea de recoleccin Analizar una lista de los equipos y accesorios de la lnea de recoleccin.
1. Diagramar las reas de la tubera e instrumentacin.
2. Diagramar los costos de operacin y mantenimiento.
Establecer el diagrama de tubera e instrumentacin (P&ID) bsica de la lnea de recoleccin Realizar la instrumentacin de la lnea de recoleccin.
1. Determinar los equipos e instrumentacin de campo de la lnea de recoleccin.
2. Identificar la ubicacin de los equipos e instrumentos medicin y control.
3. Realizar la simulacin de la lnea de recoleccin.
Fuente: [Elaboracin propia, 2014.]a) b) c) d) e) a. JUSTIFICACIONLas justificaciones que se ajustan al proyecto que se va a desarrollar son tcnica y econmica, las mismas son detalladas a continuacin Justificacin TcnicaCon el proyecto se pretende detallar la caracterstica de los materiales o equipos de campo en la lnea de recoleccin desde el campo Carrasco Este hacia la planta de Carrasco.Debido a su bajo peso respecto a las tuberas de acero o convencionales pueden ser transportados fcil mente y pueden instalar de forma continua hasta 2 millas sin uniones ni conectores. Aportar en la implementacin de lneas de recoleccin para los transportes de hidrocarburos interconectando las unidades de produccin a las unidades de distribucin para satisfacer la demanda a nivel nacional, con estndares de calidad, seguridad, oportunidad y rentabilidad, respetando al individuo y al ambiente, teniendo la posibilidad de incursionar en la comercializacin en mercados internacionales.Las principales ventajas para realizar el diseo de lneas de recoleccin son: Permite el paso de la extraccin de lquidos del pozo CRE-X2 hacia la planta de Carrasco.Justificacin econmicaLas lneas de recoleccin del pozo CRE-X2 hacia la planta de tratamiento de Carrasco se emplean tuberas de resina reforzado con las mismas especificaciones de operacin al igual que una tubera de acero. Al ser una tubera de plstico se prescindir de soldadura, menor personal y maquinaria pesada.Con el diseo de la lnea de recoleccin se permite brindar un servicio continuo al tramo construido en las diferentes pocas del ao a costos menores a los que podra accederse mediante el transporte con tuberas de acero.
ALCANCESEl siguiente trabajo tendr los siguientes alcances.Alcance TemticoEl presente proyecto se enfoca en el diseo de la lnea de recoleccin de gas empleando la tubera de resina reforzada para el transportar el gas del pozo CRE-X2 hacia la planta de tratamiento de CarrascoAlcance GeogrficoEste proyecto se realizara para la lnea de recoleccin de gas del pozo CRE-X2 ubicado en el campo de Carrasco Este del departamento de Cochabamba-Chapare, Bolivia. 1.6.3 Alcance TemporalEste trabajo ser realizado durante la gestin 2014.
CAPITULO II. FUNDAMENTACIN TERICAEn este captulo se realizara una descripcin de los conceptos relativos a la temtica de la presente investigacin, los mismos son descritos de forma clara y concreta.DEFINICION DE TOPOGRAFIALa topografa (griego topos, lugar y graphein, describir) es una ciencia que trata de la obtencin de informacin fsica y su procesamiento numrico, para lograr la representacin geomtrica, ya sea en forma grfica o analtica, del espacio fsico que nos rodea. (Zamarripa., 2012)Consideraciones bsicas en topografaa) Los levantamientos topogrficos se realizan en reas relativamente especficos de la superficie de la tierra.b) En topografa no se considera la verdadera forma de la superficie de la tierra, sino se supone como una superficie plana.c) La direccin de la plomada, se considera que es la misma dentro de los lmites del levantamiento.d) Todos los ngulos medidos en topografa se consideran plano. (Navarro., 2008)Tipos de levantamiento general2.1.2.1 TopografaEstos producen mapas y planos de las caractersticas naturales y hechos por el hombre. No existe una diferencia clara entre mapas y planos, pero aspectos generalmente que en los planos, los detalles se grafican y dibujan a escala exacta, mientras que en los mapas muchos de los rangos son representados por puntos o por contornos, los cuales dan menos detalles2.1.2.2 Geodsicos Los levantamientos geodsicos se distinguen por las tcnicas y el uso que se le da. En los levantamientos geodsicos de grandes reas de la superficie terrestre se debe tomar en cuenta las curvaturas de la misma, es necesario para controlar todo el levantamiento y as determinar el lugar de grandes reas debiendo tomar estas medidas con la calidad.2.1.2.3 IngenieraEstos abarcan todos los trabajos topogrficos requeridos antes, durante y despus de cualquier trabajo de ingeniera. Antes de comenzar cualquier trabajo se requiere un mapa topogrfico a gran escala o plano que sirva como base al diseo. La posicin propuesta de cualquier nuevo tipo de construccin debe marcarse en el terreno, en planos y elevaciones, operacin conocida como replanteo y finalmente es por lo que se requiere hacer un levantamiento.2.1.2.4 PlanimetraRepresentacin horizontal de los datos del terreno que tiene por objeto determinar las dimensiones de este. Se estudian los procedimientos para fijar las posiciones de puntos proyectados en un plano horizontal, sin importar sus elevaciones. (Navarro., 2008)2.1.3 Sistema de informacin geogrficoEs el conjunto formado por Hardware, software y procedimientos para capturar, manejar, manipular, analizar y representar datos georreferenciados, con el objetivo de resolver problemas de gestin y planificacin. (Mendoza, 2010)2.1.3.1 Caractersticas del Sistema de informacin Geogrfico (S.I.G.)Un Sistema de Informacin Geogrfica (SIG) es una integracin organizada de hardware, software y datos geogrficos diseada para capturar, almacenar, manipular, analizar y desplegar en todas sus formas la informacin geogrficamente referenciada con el fin de resolver problemas complejos de planificacin y gestin geogrfica.Tambin puede definirse como un modelo de una parte de la realidad referido a un sistema de coordenadas terrestre y construido para satisfacer unas necesidades concretas de informacin.En el sentido ms estricto, es cualquier sistema de informacin capaz de integrar, almacenar, editar, analizar, compartir y mostrar la informacin geogrficamente referenciada. En un sentido ms genrico, los SIG son herramientas que permiten a los usuarios crear consultas interactivas, analizar la informacin espacial, editar datos, mapas y presentar los resultados de todas estas operaciones. (Baxendale, Buzai, 2011)2.1.4 Funcionamiento de un Sistema de Informacin Geogrfica (SIG)El SIG funciona como unabase de datosconinformacin geogrfica(datos alfanumricos) que se encuentra asociada por un identificadorcomn a los objetos grficos de unmapadigital. De esta forma, sealando un objeto se conocen sus atributos e, inversamente, preguntando por un registro de la base de datos se puede saber su localizacin en lacartografa.La razn fundamental para utilizar un SIG es la gestin de informacin espacial. El sistema permite separar la informacin en diferentes capas temticas y las almacena independientemente, permitiendo trabajar con ellas de manera rpida y sencilla, facilitando al profesional la posibilidad de relacionar la informacin existente a travs de latopologade los objetos, con el fin de generar otra nueva que no podramos obtener de otra forma.Las principales cuestiones que puede resolver un Sistema de Informacin Geogrfica, ordenadas de menor a mayor complejidad, son: Localizacin: preguntar por las caractersticas de un lugar concreto. Condicin: el cumplimiento o no de unas condiciones impuestas al sistema. Tendencia: comparacin entre situaciones temporales o espaciales distintas de alguna caracterstica. Rutas: clculo de rutas ptimas entre dos o ms puntos. Pautas: deteccin de pautas espaciales. Modelos: generacin de modelos a partir de fenmenos o actuaciones simuladas.
Por ser tan verstiles, el campo de aplicacin de los Sistemas de Informacin Geogrfica es muy amplio, pudiendo utilizarse en la mayora de las actividades con un componente espacial. La profunda revolucin que han provocado las nuevas tecnologas ha incidido de manera decisiva en su evolucin. (Baxendale, Buzai, 2011)
2.1.4.1 Trmino Relacionado con el Sistema de Informacin GeogrficoDefinicin de CartografaTcnicas de representar en forma convencional parte o toda la superficie terrestre sobre un plano, utilizando para este fin un sistema de proyeccin y una relacin de proporcionalidad (escala) entre terreno y mapa. (Caranto, 1993)2.1.5 Sistema de Informacin geogrfica ArcGISArcGIS es un completo sistema que permite recopilar, organizar, administrar, analizar, compartir y distribuir informacin geogrfica. Como la plataforma lder mundial para crear y utilizar sistemas de informacin geogrfica (SIG), ArcGIS es utilizada por personas de todo el mundo para poner el conocimiento geogrfico al servicio de los sectores del gobierno, la empresa, la ciencia, la educacin y los medios. ArcGIS permite publicar la informacin geogrfica para que est accesible para cualquier usuario. El sistema est disponible en cualquier lugar a travs de navegadores Web y equipos de escritorio. (Arcgis, 2013)2.1.5.1 Global Mapper Es una innovadora pero no menos til aplicacin que integra toda clase de funcionalidades establecidas para calcular distancias, areas, mezclas en trama, difuminados, realizar anlisis espectrales, modificar el contraste, calcular la lnea de visin, reducir el volumen de relleno y cualquier otro tipo de caracterstica avanzada como, reflexin de la imagen, visualizacin de las fuentes, triangulacin y grillado para nodos en 3D, entre otras.2.1.5.2 Google Earth El google Earth es un programa informtico similar a un sistema de informacin geogrfico (SIG), que permite visualizar imgenes en 3D del planeta, combinando imgenes de satlites, mapas y el motor de bsqueda de google que permite ver imgenes a escala de un lugar especfico del planeta.Google Earth permite introducir el nombre del lugar que se est buscando como: colegios o calles y obtener la direccin exacta, un plano o vista del lugar. Tambin se puede visualizar imgenes va satlite del planeta. Tambin ofrece caractersticas 3D como dar volmenes a valles y montaas y en algunas ciudades incluso se han modelado los edificios. Adems es posible compartir con otros usuarios enlaces, medir distancias geogrficas, ver la alturas de las montaas, ver fallas o volcanes y cambiar la tanto en horizontal como vertical.Donde google Earth tambin dispone de conexin con GPS (Sistema de Posicionamiento Global) alimentacin de datos desde el fichero y base de datos en sus versiones de paga.2.2 GAS NATURALSegn el autor Prez, se denomina Gas natural al formado por los miembros ms voltiles de la serie parafnica de hidrocarburos, principalmente metano, cantidades menores de etano, propano y butano y, finalmente, puede contener porcentajes muy pequeos de compuestos ms pesados. Adems, es posible conseguir en el Gas Natural cantidades variables de otros gases no hidrocarburos, como dixido de carbono, sulfuro de hidrgeno, nitrgeno, helio, vapor de agua, entre otros (Prez P., 1995).El Gas natural puede obtenerse como tal en yacimientos de Gas libre o asociado en yacimientos de petrleo y condensado. Tradicionalmente el Gas natural se ha obtenido vinculado con la produccin de petrleo. (Prez P., 1995).2.2.3 Clasificacin del Gas natural de acuerdo a su composicinGas Dulce: Segn Prez es aquel Gas que contiene cantidades de sulfuro de hidrgeno menores a 4 ppm.Adems se define un Gas apto para ser transportado por tuberas como aquel Gas que contiene menos de 4 ppm de sulfuro de hidrgeno, menos del 2,0% molar de dixido de carbono y 6-7 libras de agua por milln de pies cbicos en condiciones normales.Gas Agrio o cido: Es aquel Gas que contiene cantidades apreciables de sulfuro de hidrgeno, dixido de carbono y otros componentes cidos (mercaptanos, disulfuro de carbono, entre otros) razn por la cual se vuelve corrosivo en presencia de agua libre, por esta razn es necesario un tratamiento previo, antes de llevarlo a las tuberas o al comprador.Gas Rico o Hmedo: Es aquel Gas del cual se puede obtener cantidades apreciables de hidrocarburos lquidos, C3+ de, aproximadamente, 3,0 GPM (Galones por 1.000 pies cbicos en condiciones normales).No tiene ninguna relacin con el contenido de vapor de agua que pueda contener el Gas (Prez P., 1995).Gas Pobre o Seco: Comnmente es aquel Gas que posee un contenido muy bajo de componentes condensables (que no tiene hidrocarburos licuables), es un Gas que prcticamente est formado por Metano (C1) y Etano (C2). A pesar de que es muy frecuente hablar del Gas Seco al referirse a aquel Gas que no tiene agua, el concepto verdadero lo describe como un fluido sin componentes pesados de hidrocarburos que se puedan licuar (Prez P., 1995).2.2.4 Clasificacin del Gas Natural de acuerdo a su Ubicacin en el SubsueloGas no Asociado: Segn el autor Pino es aquel Gas que en las condiciones del yacimiento, no est asociado con el petrleo.Gas Asociado: Es aquel Gas que viene acompaado con la produccin de petrleo (Pino M., 2008).2.2.5 Cromatografa del Gas NaturalSegn Martnez, la cromatografa de gases cada da tiene mayores aplicaciones en la industria a continuacin se muestran algunas: Se emplea para analizar productos de la industria del petrleo y el Gas natural. El anlisis del Gas natural es la base de la informacin requerida para hacer el diagrama de fases, un dibujo con el cual se puede predecir el comportamiento dela muestra a cada condicin de presin y temperatura. El conocimiento exacto de las condiciones a las cuales llega y sale el fluido, o su conocimiento dentro de la instalacin, permite operar la planta con mayores probabilidades de xito. Los contaminantes en cualquier producto se detectan mediante anlisis Cromatogrfico (Martnez, 2011). Segn Pino, la tcnica de mayor utilidad para determinar la composicin del Gas Natural es el Anlisis Cromatogrfico. Eso permite que se vayan separando los diferentes componentes que componen la muestra (Pino M., 2008).
2.2.6 Propiedades del Gas naturalSegn Calle, para ejecutar los clculos de propiedades fsicas se requiere informacin del Gas mismo a tratar. Existen dos maneras de efectuar los clculos:a) Clculos composicionalesEn este tipo de clculos se requiere la composicin del Gas, es decir, el Anlisis Cromatogrfico, debidamente verificado.b) Clculos no composicionalesLos clculos no composicionales no requieren necesariamente la composicin detallada, basta con valores de la gravedad especfica, densidad o grados API para estimar las caractersticas del Gas (Calle M., 2008).Existe otra percepcin del mismo autor Calle y Snchez, donde afirman que la composicin del Gas natural es un dato usado para determinar algunas propiedades tales como la gravedad especfica, peso molecular, valor calorfico, viscosidad, factor de compresibilidad entre otros. Una representacin incorrecta de la composicin del gas resultara en valores incorrectos de sus propiedades (Calle M. & Snchez A.,2005).2.2.4.1 Peso MolecularSegn Calle y Snchez, el peso molecular de un Gas es usualmente expresado como una funcin del peso molecular del aire y de la gravedad especifica del Gas.
Dnde:MWg= Peso Molecular del Gas (Lb/Lbmol).MWaire= Peso Molecular del Aire (Lb/Lbmol).SGg= Gravedad Especfica del Gas (adim.).El peso molecular de una sustancia es definida como la masa de una mol de la sustancia. El peso molecular de un Gas natural es determinado de la suma del producto de la fraccin molar y el peso molecular de cada componente puro individual (Calle M. & Snchez A., 2005)
Dnde:MWg= Peso Molecular del Gas (Lb/Lb mol).MWi= Peso Molecular de un componente i (Lb/Lb mol).Yi= Fraccin molar de un componente i (Valor decimal).2.2.4.2 Gravedad EspecficoLa gravedad especfica se define como la relacin del peso molecular del gas respecto al peso molecular de una sustancia base. Para el caso de gases, se toma el aire como sustancia base.
Dnde:Yg= Gravedad especifica del gasPMag= Peso molecular aparente del gas. (Lb/lb mol)PMa= Peso molecular del aire. (Lb/lb mol)2.2.4.3 Propiedades crticasEs un conjunto de condiciones fsicas de presin, temperatura y volumen, a las cuales la densidad y otras propiedades del lquido y gas se vuelven idnticas, es decir, es un punto a una presin y temperatura dada donde fsicamente no puede diferenciarse si se trata de gas o lquido. Estas propiedades crticas son nicas (una sola presin, una sola temperatura) para una sustancia dada y se requiere para la determinacin de otras propiedades de la sustancia. La presin critica, Ppc, y la temperatura critica, Tpc, son medidas en el laboratorio y usualmente son desconocidas por lo que se requiere su determinacin por medio de correlaciones, para determinar las propiedades crticas en funcin de la gravedad especfica del Gas.Sin embargo con el fin de estudiar el comportamiento de las mesclas, se ha introducido el concepto de temperatura seudocritica y presin seudocritica o temperatura critica promedio molar y presin critica promedio molar (Garaicochea, 1991)a) Presin y temperatura pseudo-critica.
Dnde:Tpc= temperatura seudo-critica, RPpc= presin pseudo-critica, psiaT= temperatura de flujo, RP= presin de flujo, psia (Garaicochea, 1991)b) Presin y temperatura pseudo-reducidas
Dnde:Ppr = Presin pseudoreducida.P = presin en boca de pozo (psi).Ppc =presin pseudocritico (psi).Tpr = temperatura pseudoreducida.T = temperatura en boca de pozo (R).Tpc = temperatura pseudocritica (R). (Garaicochea, 1991)2.2.4.4 Factor de compresibilidad. El factor Z por definicin, es la razn del volumen que realmente ocupa un gas a determinada presin y temperatura, con respecto al volumen que ocupara ese mismo gasA continuacin se muestra tres maneras de calcular el factor de compresibilidad Za) Mtodo de Papay (R. Perex & J. Martnez, 1995)
Dnde:Z = Factor de compresibilidadPpr = presin pseudo-reducida.Tpr = temperatura pseudo-critico.b) Mtodo de Brill, B.P. y Beggs, H.D. (Banzer, 1996)
Dnde:Z = factor de compresibilidadPpr = presin pseudo-reducida.Tpr = Temperatura pseudo- Mtodo de Gopal (1977)Este mtodo ajusta ecuaciones rectilneas de diversas porciones del grfico del factor z. Se utiliza una ecuacin general de la siguiente forma: Ec. - 14Los valores de las constantes A, B, C y D para las diferentes combinaciones de y se demuestran en la Tabla 2 Ntese que sobre de 5.4, una ecuacin de una forma diferente se utiliza. (Garaicochea, 1991)Tabla 2: ECUACION DEL FACTOR ZPresin pseudo-reducida , Rango entreTemperatura pseudo-reducida , Rango entreEcuacionesNmero de ecuacin
0.2 y 1.21.05 y 1.2Ppr(1.6643Tpr2.2114)0.3647Tpr+1.43851
1.2+ y 1.4Ppr(0.5222Tpr0.8511)0.0364Tpr+1.04902
1.4+ y 2.0Ppr(0.1391Tpr0.2988)+0.0007Tpra+0.99693b
2.0+ y 3.0Ppr(0.0295Tpr0.0825)0.0009Tpra+0.99674b
1.2+y 2.81.05 y 1.2Ppr(-1.3570Tpr+1.4942)+4.6315Tpr4.70095
1.2+ y 1.4Ppr(0.1717Tpr0.3232)+0.5869Tpr+0.12296
1.4+ y 2.0Ppr(0.0984Tpr0.2053)+0.0621Tpr +0.85807
2.0+ y 3.0Ppr(0.0211Tpr0.0527)+0.0127Tpr+0.95498
2.8+y 5.41.05 y 1.2Ppr(-0.3278Tpr+0.4752)+1.8223Tpr1.90369b
1.2+ y 1.4Ppr(-0.2521Tpr+0.3871)+1.6087Tpr1.663510 b
1.4+ y 2.0Ppr(-0.0284Tpr+0.0625)+0.4714Tpr0.0011a11
2.0+ y 3.0Ppr(0.0041Tpr+0.0039)+0.0607Tpr+0.792712
5.4+y 151.05 y 3.0Ppr(0.711+3.66Tpr)1.47-1.637/(0.319Tpr+0.522)+2.07113
Fuente: [Garaicochea, 1991]0. Viscosidad del gasSe define a la viscosidad como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus molculas. (mott, 1991)Mtodo de Lee- Gonzales-Eakin (Garaicochea, 1991)
Dnde: = Viscosidad del gas. = Densidad del gas (lb/pie3).T =Temperatura en boca de pozo (R).2.2.4.6 Contaminantes en el gas naturalSegn Calle, se asumen a los gases cidos como el sulfuro de hidrogeno y/o dixido de carbono presentes en el Gas natural. Los gases cidos son compuestos ligeramente solubles en Agua; cuando estos gases se disuelven en agua forman una solucin medianamente acidificada, razn por la que estos compuestos son llamados Gases cidos.Las especificaciones mximas de CO2 y H2S a nivel internacional son 2% vol. y 4 ppm respectivamente; cuando un Gas natural excede las especificaciones por H2S y/o CO2 se denomina un Gas Agrio; por el contrario, cuando el contenido de estos compuestos en el Gas natural est por debajo de los lmites especificados para Gas de venta, se dice que es un Gas dulce. El Gas natural que tiene concentraciones de H2S y CO2 por encima de los lmites permisibles, tiene que ser tratado para removerle el Gas cido. (Calle M., 2008).a) Dixido de Carbono (CO2)Segn Calle, el dixido de carbono es un Gas relativamente inerte, pero en medio acuoso, tiene gran potencial corrosivo que se acenta con la presencia de agua y presin elevada. Se recomienda una concentracin mxima del 2% en CO2 para transporte y transmisin (Calle M., 2008).El dixido de carbono es soluble en agua y la solucin resultante puede ser acida como resultado de la formacin de cido carbonilo, he aqu la propiedad corrosiva que el CO2 presenta en presencia de agua. (Calle, 2008)Los principales contaminantes del gas natural son los que se presentan en la tabla 8 y se trata de especies qumicas derivadas que aportan a la acidez como el CO2, H2S y similares.TABLA 3: CONTAMINANTES DEL GAS NATURALCOMPONENTENOMENCLATURA
Sulfuro de hidrogenoH2S
Monoxido de carbonCO
Dioxiodo de carbonCO2
Sulfuro de carboniloCOS
Disulfuro de carbonCS2
MercaptanosRSH
NitrogenoN2
AguaH2O
OxigenoO2
Fuente: [Calle,2008]b) Sulfuro de Hidrgeno (H2S)Segn Calle, los efectos de este contaminante del Gas natural, son variados de acuerdo a la cantidad disuelta en el aire. A continuacin en la Tabla 4, se presentan los diferentes efectos de acuerdo a la concentracin del Sulfuro de Hidrgeno (Calle M., 2008).CantidadEfecto
10 ppm,vCantidad de H2S a la cual se puede exponer una persona durante ocho horas sin que sea afectada.
70 150 ppm,vLigeros sntomas, despus de varias horas de exposicin.
170 300 ppm,vMxima concentracin que se puede inhalar sin que afecte el sistema respiratorio.
400 500 ppm,vPeligroso: durante 30 minutos a una hora.
600 800 ppm,vFatal: en menos de 30 minutos.
TABLA 4: EFECTOS DE EXPOSICION DE H2S AL SER HUMANOFuente: (Calle, 2008)0. Factor de ajuste por contaminantesA) Factor de ajuste. Ec. (19)Dnde =Factor de ajuste de la presin y temperatura pseudo-crtica. YCO2 =Fraccin molar de dixido de carbono [%]. YH2S =Fraccin molar de hidrxido de sulfuro [%].B) Temperatura Pseudo-crtica. Ec. (20)Dnde: = Temperatura pseudo-crtica corregida [R].TSC = Temperatura pseudo-crtica [R]. = Factor de ajuste de la presin y temperatura pseudo-crtica.C) Presin Pseudo-crtica. Ec. (21)Dnde: = Presin pseudo-crtica corregida [Psi].PSC = Presin pseudo-crtica [Psi].TSC = Temperatura pseudo-crtica [R]. = Fraccin molar del anhdrido de azufre [%]. = Factor de ajuste de la presin y temperatura pseudo-crtica.2.3 Sistema de RecoleccinLa recoleccin de los hidrocarburos que fluyen de los pozos productores hasta las facilidades de produccin se efecta mediante lneas y un conjunto de vlvulas llamadas manifold mltiple de distribucin o cabezal, que esencialmente consiste de dos o ms lneas paralelas situadas en plano horizontal. Uno o ms de estos colectores se utilizan para la produccin general y el otro para la medicin individual de los pozos. Los dimetros de cada uno de estos son diferentes en cada caso, puesto que su funcin es directa con los volmenes de produccin a manejar. (Howard F. Rase)Las consideraciones que se deben tomar para el punto de ubicacin de la batera de separacin son las siguientes:La facilidad de produccin debe estar localizada tan cerca del rea de produccin de los pozos; tomando en cuenta la extensin y dimensin del campo, de acuerdo al estudio geolgico; el cual inclusive puede determinar las coordenadas de los futuros pozos a perforar.Otros factores que afectan en el punto de ubicacin de la Facilidad de Produccin son: Drenaje: La ubicacin debe tener un buen drenaje; si es posible en todas las direcciones, lejos de las corrientes del agua natural (ros, lagos, etc.) y en una posicin alta con relacin a la zona que sufren de inundaciones peridicas. Aereacin: Deben tomarse en cuenta la intensidad de los vientos en la zona; si la velocidades de los vientos son demasiado elevadas, la ubicacin topogrfica no debe ser alta; si es posible elegir una zona de valle; en todo caso debe haber una buena aereacin para facilitar los procesos de enfriamiento del equipo. Resistencia del terreno: La zona debe poseer buena resistencia a la compresin; para soportar las cargas en cuanto al peso y vibraciones de los diferentes equipos en especial. Se recomienda hacer un estudio de suelo previamente. Expansin: El terreno debe poseer una dimensin considerable, teniendo siempre en cuenta ampliaciones futuras. (Howard F. Rase)2.3.1 Recoleccin de los hidrocarburosLos fluidos producidos en los pozos, son transportados hacia los mltiples de produccin de estaciones de flujo a travs de las tuberas de produccin. Desde all son bombeados a diferentes destinos como son los patios de tanques, estaciones principales o plantas de procesamiento de gas, dependiendo de los tipos de segregacin.La figura 2, muestra el proceso de recoleccin de los campos petroleros la posicin de las tuberas de produccin hacia las plantas de procesamiento de gas
FIGURA 2: PROCESO DE RECOLECCION DE LOS CAMPOS PETROLEROSFuente: [Villavicencio., 2012] Las tuberas usadas en el transporte de los crudos producidos en los campos sometidos a explotacin, son especialmente diseadas y construidas para transportar mezclas de lquidos (petrleo-agua) y lquidos-gases (petrleo-gas). (Cruz., 2003) El material comnmente usado para este tipo de tuberas es el acero, pero tambin se fabrican de asbesto-cemento, fibra de vidrio y plstico. Actualmente la tendencia a estos otros tipos de tuberas se ha incrementado, sobretodo en casos de conduccin de crudos de base parafnica, para evitar la corrosin y disminuir el ndice de precipitacin de parafinas. (Cruz., 2003) El dimetro de cada tubera est entre 2 y 10 pulgadas y el mismo obedece al mximovolumen de produccin que se piensa manejar y a las caractersticas del crudo, especialmente la viscosidad. Adems pueden ser de alta o baja presin, considerndose como altas, las presiones de flujo por encima de 1000 lpc. El crudo junto con el agua, es bombeado a los tanques de almacenamiento situados en los patios de tanques a travs de tuberas secundarias que recolectan la produccin de un nmero determinado de estaciones de flujo del rea, que manejan crudos de caractersticas similares. (Cruz., 2003)La figura 3, muestra estaciones de flujo del rea, que manejan crudos de caractersticas similares.FIGURA 3: ESTACION DE FLUJO
Fuente: [Cruz., 2003]2.3.2 Equipo superficial del pozoEl pozo debe estar completado (equipos de produccin dentro del pozo en funcionamiento, pruebas de produccin realizadas, vlvulas de seguridad (impide reventones) debidamente aseguradas al cabezote del pozo y las vlvulas maestra, de brazo, manmetros y estranguladores (choques) instalados y probados.Los pozos que fluyen naturalmente estn en general equipados con un elemento que no se requiere en la produccin de extraccin por gas o para pozos de bombeo, y eso es un estrangulador. (Cruz., 2003)El estrangulador es parte del equipo de la cabeza del pozo y sirve para reducir el volumen de petrleo y el gas producido, del mximo posible, a otro volumen menor que el mximo. En otros casos el estrangulador se usa para mantener una contrapresin en la formacin productora como un medio de controlar la afluencia de cantidades excesivas de agua o de gas. En todo caso el estrangulador protege el cabezal del pozo, ya que si este no existiera, la produccin de arena podra daar parte de las instalaciones del rbol de Navidad. (Cruz., 2003)2.3.3 Parmetros del Pozo2.3.3.1 Cabezal de PozoEl cabezal de pozo es la base en la superficie sobre la cual se construye el pozo durante las operaciones de perforacin.Sus funciones son: Controlar y dirigir la entrada de fluido mediante el uso de vlvulas Colgar el peso Sellar el espacio anular a nivel de superficie Ofrece una base para el rbol de navidad(Schlumberger, 2002)
2.3.3.2 Componentes Bsicos del Cabezal
A) Cabeza primaria del revestimiento. (Casing heads)Sirve como conexin intermedia entre el revestimiento conductor o revestimiento superficial y el equipo de control de pozo o con la sarta siguiente y/o la subsecuente seccin (casing spool or Tubing spool). Las funciones bsicas del casing head son soportar la sarta de revestimiento, conectar o adaptar el equipo de control de pozo aislando el hueco de la atmsfera y permitir el acceso al hueco para controlar la presin o el retorno de fluidos durante las operaciones de perforacin. (Schlumberger, 2002)
B) Colgadores de revestimiento. (casing hangers)Son mecanismos retenedores con empaques que permiten soportar, centrar y usualmente sellar el anular entre el revestimiento y el tazn interno del casing head. Hay tres clases: cuas, colgador de cuas y tipo mandril. (Schlumberger, 2002)
C) Protector de prueba. (Test protector)Posee doble funcin de acuerdo con el diseo del colgador seleccionado: Como Packoff primario para sellar el anular entre el tazn de casing head y la sarta de revestimiento. Como protector de prueba cuando el colgador posee mecanismo de sello y su funcin es aislar el rea de carga de las cuas que soportan la sarta evitando una sobrepresin hidrulica. (Schlumberger, 2002)D) Sellos de aislamiento. (isolated seals)Bajo este trmino se incluye cualquier tipo de mecanismo que selle el dimetro externo del final de la sarta de revestimiento contra el tazn inferior que por diseo posee el Tubing head o el casing spool que se instala enseguida y constituye la siguiente seccin. (Schlumberger, 2002)
E) Sellos de conexin. (ring gasket)Tambin conocidos como anillos de compresin, suministran un sello hermtico entre dos secciones o elementos ensamblados. (Schlumberger, 2002)F) Bridas adaptadoras. (adapter flange or Tubing bonnets)Permiten conectar la ltima seccin del cabezal al ensamble de vlvulas que se conoce como rbol de navidad. (Schlumberger, 2002)2.3.3.3 rbol de Navidadrbol de Navidad es un ensamblaje de vlvulas que se instalan cuando un pozo est en etapa de produccin. Consta de una seria de vlvulas, bridas y conectadores que permiten la circulacin controlada de los fluidos producidos y suministrar acceso a la sarta de tubera de produccin, incluyendo a todo el equipo instalado sobre la brida, tope del cabezal de produccin. (Schlumberger, 2002)2.3.3.4 Tipos de rbol de NavidadA) Arbolito de Simple TerminacinArbolito con colgadores de tubera tipo (QD) con vlvulas tronqueras enroscadas y choques regulables de tipo (H2). Este es un ejemplo de arbolito para utilizar en pozos de baja presin de surgencia en las cuales se espera implementar algn tipo de bombeo.
B) Arbolito de Doble TerminacinLos arbolitos de doble terminacin usan dos colgadores (DC) para suspensin de las sartas paralelas de tuberas. Las vlvulas tronqueras son de tipo esclusa, la T divisora provee una salida individual hacia arriba para cada lnea.Ventajas Puede agregar las vlvulas de serguriada hidrulica (neumatica) de distintas medidas. Tiene un diseo para el rpido montaje y desmeontaje del colgador de doble oleoducto. Permite explorar en un solo pozo dos estratos diferentes al mismo tiempo, tambin puede controlar y operar por separado. Cuenta con una estructura compacta, funciones completas, facilidad en el manejo y fiabilidad del sellado. Es apta para todo tipo de tubos de revestimiento y programas de oleoducto. Presin de funcionamiento: 2000PSI 20000PSI Medio disponible: petrleo, gas natural, barro y gas que contiene H2S, CO2. Temperatura de funcionamiento: - 46C, -121C. (Schlumberger, 2002)2.3.4 Lneas de flujoLas lneas de flujo, son las tuberas de diferente dimetros (varan con la gravedad del petrleo) que conducen la produccin de cada pozo a los sistemas de recoleccin denominados mltiples de produccin, antes de ser enviados al resto de los equipos de produccin que conforman una estacin de flujo.Los mltiples de produccin son construidos de manera tal, que permitan desviar la corriente total de la produccin de un pozo cualquiera, hacia un separador de prueba con el objeto de poder cuantificar su produccin.Los separadores, como su nombre lo indica, sirven para separar los crudos y tratarlos en los patios de tanque antes de poder ser enviados a los terminales de embarque, ya que para ese momento los crudos debe tener las especificaciones requeridas por el cliente o a las refineras. (Cruz., 2003)Segn el autor Martnez, las tuberas o lneas de flujo tienen como funcin conducir el fluido desde el pozo hasta la estacin respectiva. Son fabricados en diferentes dimetros, series y rango de trabajo y se seleccionan segn el potencial de produccin y presiones de flujo del sistema. Pueden ser construidos o instalados: bridas, soldaduras, y de cuello y rosca.Los problemas ms comunes en las tuberas de recoleccin de petrleo son: corrosin, vibracin y dilatacin.(Martnez., 1992)2.3.5 Mltiple de produccin (manifold)Existen mltiples de produccin porttil y permanente.2.3.4.1 Produccin porttilEl manifold porttil consiste de un manifold al cual se han ligado lneas de flujo de cada pozo y dos separadores de 250 psi montados en largueros. Un separador es para produccin general y el otro para probar pozos individuales. El manifold tiene dos cabezales, de manera que la produccin de cada pozo puede encausarse por el separador de prueba o por el separador de produccin general abriendo o cerrando dos vlvulas en el manifold.El petrleo del separador de produccin general fluye del manifold hacia una estacin de descarga sin haberse medido su volumen. El petrleo que pasa a travs del separador se mide por un medidor de volumen de petrleo, antes de que entre a la tubera que conduce a la estacin de descarga. Todo el petrleo del manifold de campo es conducido a travs del separador de baja presin a la estacin de descarga y despus a los tanques de almacenamiento donde es fiscalizado. (Cruz., 2003)La figura 4, muestra manifold de campo al cual se han ligado lneas de flujo de cada pozo
FIGURA 4: MANIFOLD DE CAMPO
Fuente: [Cruz., 2003]
2.3.4.2 Produccin permanenteEn este tipo de manifold todos los pozos se prueban en el separador de 250psi. El petrleo es separado y conducido a travs de un medidor de volumen a fin de medirlo. Despus se encauza hacia un desplazador por gas que lo impulsa por las lneas de 600psi hacia la estacin de flujo. El desplazador es operado por gas del sistema de 600psi. Los pozos de alta presin (1500psi) antes de entrar a la tubera hacia la estacin de descarga, el petrleo pasa por una segunda etapa de separacin en los separadores de 600psi.Los pozos de baja presin (menor de 600psi) en este manifold, fluyen directamente del cabezal del manifold al desplazador por gas, donde puede inyectarse hasta la lnea de 600psi. Esto evita la necesidad de tender una segunda lnea desde el manifold para manejar la produccin de baja presin. (Cruz., 2003)La figura 5 y 6, muestra de acuerdo a la presin de trabajo, de acuerdo a su forma de produccin de cada pozo manifold triple y doble FIGURA 5: MANIFOLD TRIPLE
Fuente: [Martnez., 1992]FIGURA 6: MANIFOLD DOBLE
2.3.6 DISEO DE CONSTRUCCIN DE LINEAS DE RECOLECCCION El diseo de construccin de ductos cuenta con un aprovisionamiento seguro, que es econmicamente competitivo en lquidos y gases, actualmente es el ms utilizado en la industria de hidrocarburos debido a su baja probabilidad de prdidas.2.3.7 Factores que influyen en el diseo tcnico del poliducto.Los factores que influyen en el diseo tcnico del poliducto son los siguientes: Propiedades de los fluidos. Condiciones de diseo. Capacidades de aprovisionamiento y demanda, y localizacin de ambos. Cdigos y estndares de normalizacin. Ruta topografa y acceso. Impacto medio ambiental. Factores Econmicos. Impacto hidrolgico. Impacto ssmico y volcnico. Material seleccionado para el poliducto. Proteccin.
2.3.8 Condiciones de trabajo El diseo de las caractersticas tcnicas del ducto vara de acuerdo a las siguientes condiciones de trabajo: Velocidades de flujo. Presiones de trabajo. Grados de corrosin. Niveles de temperatura. Fluidos puros y mezclas.
2.3.8.2 Las propiedades de los fluidos y su influencia sobre el diseo tcnico.Las propiedades de los fluidos son: Densidad del fluido () y Gravedad Especfica (G) Viscosidad absoluta () Efecto de la Presin (P) y Temperatura (T) Calor especfico Conductividad trmica (k)Las propiedades de los fluidos tienen una importante influencia al momento de disear un poliducto y pueden definir lo siguiente: Definen el rgimen de flujo (laminar o turbulento). Definen la cada de presin. Definen el calentamiento o enfriamiento del producto. Definen la capacidad de transporte del ducto. Afectan en las longitudes de transporte. Definen el dimetro, espesor de material y material del tubo. Influyen en los niveles de corrosin por erosin. Definen el tipo de inhibidor de corrosin a utilizar.2.3.9 Efectos de la geografaLa geografa a lo largo del tramo seleccionado tiene influencia al momento de tomar decisiones respecto a la ubicacin de la lnea de recoleccin.Estos pueden dividirse en dos tipos que son los ductos enterrados y los ductos areos.2.3.9.2 Ductos enterradosAl momento de enterrar un ducto por las diferentes situaciones geogrficas se tiene que tomar en cuenta los siguientes factores: Temperatura del suelo. Conductividad del suelo. Densidad del suelo. Calor especfico del suelo. Profundidad de entierro de ducto.2.3.9.3 Ductos areosDebido a la adversa situacin geogrfica se debe disear ductos areos, para los cuales se debe tomar en cuenta los siguientes factores: Temperatura. Velocidad del aire externo. Estabilidad del suelo. Lluvia. Cargas externas de soporte.
2.3.10 Ruta topogrfica y acceso.Seleccionar una ruta topogrfica especfica para un poliducto es complicado por lo siguiente: El terreno. La presencia de vas fluviales. Patrones de desarrollo de tierras existentes y futuros. Localizacin de recursos culturales y arqueolgicos. La presencia de especies en peligro de extincin. Refugios de vida salvaje. reas forestadas.Los patrones de los desarrollos existentes y futuros son tambin evaluados debido a que ellos afectan directamente el costo de adquisicin de tierras. El equipo planificador tambin evala las opciones de ruta por su impacto en los recursos culturales y arqueolgicos, el hbitat natural, la vida silvestre y las reas protegidas.El equipo entonces selecciona aquella opcin de ruta que minimice el impacto ambiental y econmico en la construccin del poliducto. Fotografas areas, levantamientos topogrficos y anlisis de suelos son ejecutados para seleccionar la ruta que mejor minimice el impacto ambiental, la construccin, los costos operacionales y los aspectos de seguridad. Este proceso puede tomar meses y hasta aos dependiendo de la sensibilidad ambiental y cultural de la ruta propuesta.Las rutas de acceso son importantes en la movilizacin de personal, equipos y materiales para el equipo de construccin. Usualmente las rutas de acceso son vas existentes que intersectan la ruta de las lneas de recoleccin desde los campos hacia la plantas de tratamiento. Sin embargo, algunas veces, nuevas vas de acceso deben construirse en reas remotas para acceder al derecho de paso. Estas rutas de acceso pueden ser temporales o permanentes dependiendo de las necesidades del dueo de la tierra y de la compaa. El propietario tal vez desee que la tierra sea restaurada a su estado original. En algunas ocasiones, las tuberas en reas remotas deben ser llevadas al derecho de paso utilizando helicpteros, si no existen rutas de acceso.2.3.10.2 Caractersticas tcnicas dentro de la seleccin del tramo.Para poder seleccionar el tramo se debe considerar lo siguiente: Identificacin de los puntos de aprovisionamiento y de despacho en mapas. Identificacin de los puntos de control sobre el mapa.Una vez seleccionado el tramo se debe: Esquematizar la ruta ms corta considerando reas de mayor preocupacin (picos elevados, tipo de terreno, lagos, etc.) Dibujar la ruta seleccionada sobre fotografas areas y anlisis de la ruta seleccionada. Refinar el trazado de la ruta para acomodarlo en mejor terreno, de ms fcil acceso, etc. Construccin de oleoductos 2003.2.3.11 Fases de construccin de una lnea de recoleccin.Para el diseo de las lneas de recoleccin de hidrocarburos se debe considerar lo siguiente: Apertura de senda. Desfile de ductos. Excavacin de zanja. Soldadura de juntas. Radiografiado. Revestimiento de tubera. Entierro de ductos. Limpieza y calibrado. Prueba hidrulica.2.3.11.2 Apertura de senda.El primer paso en la construccin de un poliducto es la limpieza del derecho de paso, otorgado de forma tal que el personal y la maquinaria pesada puedan acceder al sitio.a) Limpieza Es el proceso de remocin de todos los obstculos que se encuentran sobre el terreno como rboles y malezas que podran interferir con la construccin del oleoducto. Los troncos y races de los rboles deben ser removidos de la lnea de la zanja de forma tal que la zanjadora pueda operar con mayor eficiencia. Los rboles y malezas que no puedan ser removidos por los bulldozers debido a su longitud, son cortados con sierras en longitudes comerciales. Los rboles ms pequeos y la maleza son removidos por los bulldozers y colocados a un lado, si es permitido se pueden quemar. Los troncos y races que queden en la zanja son halados por equipos especiales o removidos mediante el uso de explosivos.b) La remocin de suelo Tambin denominada capa vegetal incluye su colocacin en pilas al lado de la zanja. Esta remocin incluye que la capa vegetal no sea perturbada por la actividad de la construccin. Una vez que se ejecuta la construccin, se regresa la capa vegetal a su posicin original.c) Nivelacin Es el proceso de remover tierra de un sitio y adicionarlo en otro para lograr la nivelacin de la superficie. La nivelacin de la superficie permite la operacin eficiente de equipos y vehculos.Tambin permite la colocacin de la tubera a la altura deseada. La nivelacin puede ser un proceso extremadamente complicado y costoso en terrenos de rocas y pantanos.2.3.11.3 Excavacin de zanja.La tubera se debe enterrar en toda su longitud. El fondo de la zanja debe ser conformado en forma uniforme y quedar libre de rocas sueltas, gravas, races y materiales extraos que pudieran daar la tubera o su revestimiento.La profundidad de la excavacin debe ser como mnimo de 1.20 m medido hasta la cota superior del tubo y un ancho medio de dos veces y media el dimetro de la tubera, independiente de la clase o condicin del terreno.En las reas de cultivos industriales la profundidad debe ser como mnimo 2.5 metros, medida hasta la clave del tubo; donde se requiera mayor profundidad de excavacin, como en los cruces de carreteras, caminos, quebradas o caos, cruce con lneas existentes, exigencia de cualquier entidad o persona afectada, etc., o donde el perfil del terreno lo exija para evitar doblado excesivo en la tubera y sea necesario ejecutar una sobre-excavacin, de por s o por solicitud de ECOPETROL, el valor de sta no implica en ningn caso un costo adicional.El material producto de la excavacin se debe acordonar al lado de la zanja, evitando que se mezcle con la capa vegetal retirada durante la apertura del derecho de va y debe tener el manejo necesario para evitar el lavado por escorrenta.Se permite el uso de explosivos cuando las circunstancias lo exijan, previa autorizacin de de la empresa y de las autoridades competentes, presentando adems el procedimiento constructivo utilizando explosivos. La actividad de apertura de zanja est incluida dentro del tem "Instalacin de tubera enterrada" sin discriminar el tipo de terreno a excavar (rocoso, arenoso, suelto, pantanoso, etc (Ecopetrol, normas de ingeniera de oleoductos, febrero, 97)FIGURA 7: EXCAVACION DE ZANJAFuente: Construccin de oleoductos.
A)Tendido de tubera.Una vez excavada la zanja, las gndolas (normalmente contratadas) entregan los tubos en el sitio para las operaciones de tendido de tuberas. Como fue mencionado anteriormente el tendido de tuberas significa colocar las secciones de tubos a lo largo del derecho de paso preparndolos para doblarlos soldarlos de ser necesario, en caso de de no contar con se utiliza otras maquinarias improvisadamente.Utilizando gras pluma o normalmente gras convencionales se colocan los tubos en lnea a lo largo de la zanja. Los tubos se colocan cuidadosamente de tal forma que no se daen, ni haya luego necesidad de reposicionarlos para las operaciones de doblado y soldadura.FIGURA 8: TENDIDO DE TUBERIA
Fuente: Construccin de oleoductos 20032.3.11.4 Soldadura de juntas.La fase de soldadura es extremadamente importante. Si los tubos no son soldados apropiadamente, no soportarn la presin requerida para transportar los productos provenientes de la refinera como diesel ol y gasolinas, podran romperse durante las operaciones normales del poliducto. Una simple soldadura incorrecta y no detectada puede costar millones de dlares en prdidas de producto, disminucin del despacho, limpieza, reparaciones y litigaciones. Soldadores expertos son requeridos.FIGURA 9: SOLDADURA DE JUNTAS
Fuente: Construccin de oleoductos 2003.2.4 TUBERAS DE RESINA REFORZADALa ecuacin general que gobierna el flujo de fluidos a travs de una tubera, se obtiene a partir de un balance microscpico de la energa asociada a la unidad de masa de un fluido que pasa a travs de un elemento aislado de sistemaEs uno o ms segmentos de gasoductos, usualmente interconectados para conformar una red, que transporta gas desde una o ms instalaciones de produccin a la salida de una planta de procesamiento de gas. (ASME, 1999)2.4.1 TUBERA DE POLMERO REFORZADO
Antes de mencionar la definicin de la tubera de polmero reforzado se darn a conocer las siguientes definiciones que se encuentran relacionados con la tubera de polmero reforzado.2.4.1.1 Polmero Los polmeros son compuestos de monmeros, son agregados moleculares, que suelen reconocerse como plsticos, precisamente por su capacidad de deformarse. Los arreglos pueden ser lineales, ramificados o entrelazados, lo cual les da una gran versatilidad en su forma. Tambin tienen capacidad de aceptar aditivos que le incorporan diferentes posibilidades, como pigmentacin, resistencia a degradaciones y a la intemperie, mayor flexibilidad. En algunos casos, como el tefln, puede soportar una temperatura de 300 C.(Enfadaque, 2008)2.4.2 Fibra de VidrioLa fibra de vidrio es un material fibroso obtenido al hacer fluir vidrio fundido a travs de una pieza de agujeros muy finos (espinerette) que al solidificarse tiene suficiente flexibilidad como para ser usado como fibra.
Sus principales propiedades son: buen aislamiento trmico, inerte ante cidos y que soporta altas temperaturas. Estas propiedades y el bajo precio de sus materias primas, le has dado popularidad en muchas aplicaciones industriales. (Enfadaque, 2008)2.4.2.1 Tubera de Polmero ReforzadoLa tubera de polmero reforzado se ha desarrollado para lnea de recoleccin y flujo diseada para aplicacin de presin ms altas que las que soportan el polietileno y resistente a hidrocarburos, CO2, H2S, parafina y a la adherencia de escamas.
Para aumentar su resistencia de la tubera, se trenza con fibras de vidrio, y una funda de polipropileno o nailon protege el trenzado de la abrasin. El uso de polmeros permite fabricar una tubera con temperaturas nominales mximas de 150 F (65 C), 180 F (82 C) y 250 F (121 C). La tubera se puede mezclar en una lnea para ajustarse a los cambios del entorno operativo sus beneficios son los siguientes: Resistencia a la corrosin. Rpida instalacin de bajo costo. Sin adherencia de parafina o escamas. Elimina la necesidad de inhibidores de la corrosin y de proteccin catdica. Menor cada de presin en comparacin con dimetros equivalentes de acero.Se suministran en dimetros de 1" de dimetro exterior a 4.5" de dimetro exterior con presiones nominales de operacin que van de 250 PSI a 2,500 PSI.
Para aumentar su resistencia, se trenza con fibras de aramida, y una funda de polipropileno o nailon protege el trenzado de la abrasin. El uso de polmeros permite fabricar una tubera con temperaturas nominales mximas de 150 F (65 C), 180 F (82 C) y 250 F (121 C). La tubera se puede mezclar en una lnea para ajustarse a los cambios del entorno operativo.
El espesor de las paredes de la tubera no cambia necesariamente con los cambios en la presin nominal y dicho espesor no es un punto a considerar para la resistencia del diseo.
La tubera viene en tramos continuos y se suministra en bobinas. Es necesario utilizar acopladores terminales para unir los tramos y terminar la lnea. Estos son acopladores suajados hidrulicamente que "muerden" y retienen los bordes del trenzado. Los acopladores se pueden suministrar con extremos roscados o embridados. (Polyflowinc, 2013).
2.4.3 PlsticosEs un material que contiene como ingrediente esencial una sustancia orgnica peso molecular alta o ultra alta, es slido en su estado acabado, y en alguna etapa de su manufactura o procesamiento, puede ser modelado por flujo. Los dos tipos de plstico a los que se hace referencia en este cdigo son el termoplstico y el termofraguante. (ASME, 1999) 2.4.3.1 TermoplsticoEs un plstico que es capaz de podrselo ablandar repetidamente mediante el aumento de temperatura y endurecerlo mediante la disminucin de la temperatura. (ASME, 1999)2.4.3.2 Plstico de termo fraguadoEs un plstico capaz de cambiarse a un producto substancialmente infusible o insoluble cuando se lo cura mediante la aplicacin de calor o medios qumicos. (ASME, 1999)2.4.4 ResinaCompuesto orgnico termoestable, inicialmente lquido a temperatura ambiente, el cual por accin de un catalizador adquiere consistencia rgida, posee un peso molecular alto. (ASME, 1999)2.4.5 PolietilenoSon resinas termoplsticas producidas mediante procesos a alta y baja presin en los que se usan varios sistemas catalticos complejos2.4.6 Trminos de presinLa presin, a menos que se indique de otra manera, se expresa en libras por pulgada cuadrada, por encima de la presin atmosfrica (es decir, presin manomtrica) y se abrevia psig. Presin de diseo es la mxima presin permitida por este cdigo, segn se lo determina mediante los procedimientos aplicables a los materiales y las localidades de las que se trate. Mxima presin de operacin (MOP), algunas veces se hace referencia a ella como la mxima presin de operacin actual o real; es la presin ms a la cual se opera un sistema de tuberas durante un ciclo normal de operacin. Mxima presin admisible de operacin (MAOP) es la presin mxima a la cual un sistema de gas puede operarse. Mxima presin admisible de prueba es la mxima presin interna del fluido permitida por el presente cdigos para una prueba de presin, basada en el material y la localizacin de que se trate. Presin de servicio estndar, llamada a veces la presin normal de utilizacin, es la presin de gas que se mantiene en una instalacin para aplicarla a los medidores de sus clientes domsticos. La proteccin contra sobre-presin se provee mediante un dispositivo o equipo instalado para evitar la presin excesiva en un recipiente de presin, un gasoducto o un sistema de distribucin, excediendo un valor predeterminado. Puede obtenerse esta proteccin instalando una estacin de desahogo a alivio de presiones o una estacin limitadora de presin. La prueba de retencin de presin demuestra que los tubos o el sistema de tuberas no tiene fugas, segn se evidencia por la no cada de presin durante un periodo de tiempo especificado despus de que la fuente de presin ha sido aislado. 2.4.7 Propiedades Mecnicas2.4.7.1 Resistencia a la fluenciaEs la resistencia a la cual el material exhibe una deformacin especfica limitante permanente, o produce una elongacin total especificada bajo la carga. La deformacin especificada limitante o la elongacin, generalmente se expresan como un porcentaje de la longitud medida. Sus valores se especifican en las diferentes especificaciones de materiales aceptables bajo el presente cdigo. (ASME, 1999)2.4.7.2 Resistencia a la traccinEs la mayor tensin de traccin unitaria (referida a la seccin transversal original) que un material puede soportar antes de la falla. (ASME, 1999)2.4.7.3 Elongacin mnima especificada.Es la elongacin mnima (expresada en porcentajes de la longitud medida) en el espcimen de prueba de traccin, prescrita por la especificacin bajo la cual se adquiere el material del fabricante. (ASME, 1999)2.4.8 Cargas sobre las tuberas durante su operacinLas tuberas durante su tendido y a lo largo de su vida til presentan las siguientes cargas: Cargas vivas. Cargas muertas. Cargas dinmicas. Efecto de incremento de presin por expansin del fluido. Cargas por expansin trmica y por contraccin. Movimientos relativos de componentes conectados. Socavacin, azolve y erosin de riberas. Interaccin suelo-tubera. Cargas en elementos que soportan tuberas. (ASME, 1999)2.4.8.1 Cargas vivas.Incluyen el peso del fluido transportado y cualquier otro material externo tal como hielo o nieve que se encuentre adherido al gasoducto. 2.4.8.2 Cargas muertas.Incluyen el peso propio del gasoducto, componentes o accesorios, recubrimientos y relleno de la zanja.2.4.8.3 Cargas dinmicas.El diseo debe considerar las cargas dinmicas y los esfuerzos que estas producen en la tubera. Estas incluyen sismos, movimientos de suelo, impacto, vibracin debida a los vrtices generados por corriente, oleaje.2.4.8.4 Efecto de incremento de presin por expansin del fluido.En el diseo deben tomarse medidas para proveer la resistencia suficiente o aliviar el incremento de presin ocasionado por el calentamiento del fluido transportado.2.4.8.5 Cargas por expansin trmica y por contraccin.Se debe tomar las medidas necesarias para prevenir los efectos por expansin trmica y por contraccin en los sistemas de tuberas.2.4.8.6 Movimientos relativos de componentes conectados.El efecto del movimiento relativo de componentes conectados, deben tomarse en cuenta en el diseo del gasoducto y en aquellos tramos que, debido a su disposicin, se encuentren soportando ciertos elementos que ocasiones movimientos.2.4.8.7 Socavacin, azolve y erosin de riberas.Los efectos debidos a la socavacin y erosin de riberas as como el azolve deben considerarse en el diseo de cruzamientos subfluviales.2.4.8.8 Interaccin suelo-tubera.En el diseo de gasoductos enterrados debe considerarse la interaccin entre el suelo y la tubera, para determinar los desplazamientos longitudinales y las deformaciones de esta ultiman, principalmente en suelos no homogneos.2.4.8.9 Cargas en elementos que soportan tuberas.Se debe disear y evaluar mecnicamente los elementos estructurales que soporten al gasoducto cuando se requieran para obras especiales, considerando las cargas y momentos presentes. (ASME, 1999)2.4.9 Clasificacin de localizacinLa clasificacin se debe determinar de acuerdo con el nmero de construcciones localizaciones en esta rea unitaria. Para propsitos de esta norma, cada vivienda o seccin de una construccin destinada para fines de ocupacin humana o habitacional se considera como una construccin por separado. (ASME., 1999)2.4.9.1 Localizacin clase1Corresponde a cual seccin de una milla de longitud que tiene 10 o menos construcciones destinadas a ocupacin humano: a su vez se sub divide en: Clase 1, Divisin 1, donde el factor de diseo de la tubera es mayor a 0.72 y el ducto ha sido probado hidrostticamente a 1.25 veces la mxima presin de operacin. Clase 1 Divisin 2, donde el factor de diseo de la tubera es igual o menor a 0.72 y el ducto ha sido probado a 1.1 veces la mxima presin admisible de operacin.2.4.9.2 Localizacin clase2Corresponde a aquella tubera que en su rea unitaria se tienen ms de 10 pero menos de 46 construcciones destinadas a ocupacin humana, en una seccin de 1 milla.Los gasoductos que cumplan con las clases 1 o 2, pero que dentro de su rea unitaria se encuentren al menos un sitio de reunin o concentracin publica de ms de 20 personas, tales como iglesias, escuela, salas de espectculos, cuartelas, hospitales o reas de recreacin, se deben considerar dentro de los requerimientos de las clase de localizacin 3.2.4.9.3 Localizacin clase 3Una localizacin de clase 3 es cualquier seccin de 1 milla que tiene 46 o ms edificios destinados a la ocupacin, excepto cuando prevalece una localidad de clase 4.Se tiene la intencin de que una localidad clase 3 refleja reas tales como los desarrollos de vivienda suburbanos, centros de compras, reas residenciales, reas industriales y otras reas pobladas que no cumplen con los requerimientos de una localizacin de clase 4.2.4.9.4 Localizacin clase 4Localidad clase 4 incluye reas donde prevalecen los edificios de varios pisos, donde el trfico es pesado o denso, y donde pudiera haber numerosas otras construcciones o servicios subterrneos de varios pisos quiere decir cuatro o ms pisos por encima del suelo, incluye el primer piso o planta baja. La profundidad o nmero de los stanos o subsuelos no se toma en cuenta. (ASME., 1999)2.4.10 Factores de diseo F y clases de localidadesLos factores de diseo en la tabla 3 debern usarse para para la clase de localizacin designadas.TABLA 5: FACTOR DE DISENO FClase de LocalizacinFactor de Diseo, F
Localizacin Clase 1, Divisin 10.80
Localizacin Clase 1, Divisin 20.72
Localidad Clase 20.60
Localidad Clase 30.50
Localidad Clase 40.40
Fuente: [ASME., 1999]2.4.11 Ecuaciones de Diseo2.4.11.1 Clculo de la presin de diseo de la tubera de resina reforzada.
Dnde:D = Dimetro externo. (Pulg) S = Esfuerzo hidrosttico.T = Espesor.F = Factor de seguridad.2.4.11.2 Espesor por presin de diseo
Dnde: De = Dimetro externo de la tubera, (pulg).P = Presin de diseo (Psia).F = Factor de diseo.S = Presin de colapso. (Psia)2.4.11.3 Calculo de la presin estndar
Dnde:Pr = Clase de presin estndar API. (Psig)t = Espesor de pared mnimo reforzado. (Pulg)2.3.9.4 Tubera de alta presina) Espesor de pared mnimo
Dnde:Pr = Clase de presin estndar API. (Psig)Ss = Esfuerzo hidrosttico a largo plazo (EHLP), correspondiente al LIC @ aos por ASTM-2992 procedimiento B o equivalente, a temperatura de 65.6C (150 F)Sf = 0.67 factor de servicio. En caso de considerar un valor diferente, el fabricante debe especificar los valores los valores usados de acuerdo a las normas.Ro = Radio de la tubera al exterior del espesor de pared mnimo reforzado. (Pulg)Ri = Radio de la tubera al interior del espesor de pared mnimo reforzado. (Pulg). (PEMEX., 2009)b) Dimetros mnimos para fluidos corrosivos
Dnde:Di = Dimetro interno (Pulg)Q = Gasto (gal/min)SG = Gravedad especifica del fluido = Densidad del fluido. (Lb/pie3)a) Dimetro promedio
b) Velocidad mxima para fluidos corrosivos
Dnde: V = Velocidad. (Pie/s)= Densidad del fluido. (Lb/pie3)c) Velocidad promedio en gases
Dnde:Vg = Velocidad del gas. (Pie/s)Di = Dimetro interno de la tubera. (Pulg)Q = Gasto de gas (pie3/d) MPCSD (mil pies cbicos estndar/da) a 14.7 psia y 60FT = Temperatura de operacin. (R)P = Presin de operacin. (Psia)Z = Factor de compresibilidad del gas.d) Presin promedio
Dnde: = Presin promedio P = Presin de flujo. (Psia). (Garaicoechea., 1991)e) Temperatura promedio
Dnde: = Temperatura promedioT = Temperatura del fluido (R). (Garaicoechea., 1991)f) Cada de presin
Dnde:Qsc =Caudal del gas condiciones estndar. (Msc/D)T = Temperatura promedio. (R)P1= Presin aguas abajo. (Psia)P2= Presin aguas arriba. (Psia)Tsc = Temperatura condiciones estndar. (R)Psc = Presin condiciones estndar. (Psia)SGg = Gravedad especifica del gas. (Adimensional)Le = Longitud equivalente. (Ft)Fm = Factor de friccin.Z = Factor de compresibilidad del gas.S = Factor de correccin por elevacin.D = Dimetro nominal de la tubera. (Pulg). (Menon., 2005) g) Numero de Reynolds
Dnde:V = velocidad de la mezcla multifasico. (Pie seg)= densidad de la mezcla multifasico.( Lbm/pie3) = viscosidad del fluido Existen flujo laminar si el nmero de Reynolds es menor de 2100 en caso contrario es turbulento. (EPSOL., 2008)h) Factor de friccin en flujo laminar
Dnde:Fm = Factor de friccin a flujo laminar NRE = Nmero de Reynolds. (PEMEX., 2009) i) Factor de friccin en flujo turbulento
Dnde: Fm = Factor de friccin de MoodyE = Parmetro de rugosidad superficial. (PEMEX., 2009) 2.4.12 Prdidas de Presin en Accesorios
Debido al uso obligatorio de vlvulas y otros accesorios en las lneas de recoleccin con el fin de controlar las condiciones de operacin, se deben calcular las cadas de presin adicionales por estos aditamentos en el sistema de recoleccin. Para lograr esto se usan los coeficientes de resistencia y el mtodo de las longitudes equivalentes.
Existen varias ecuaciones para calcular las cadas de presin en vlvulas y accesorios. La principal ecuacin hace uso de los coeficientes de resistencia, Kr, que es un nmero adimensional y es funcin de Reynolds, la rugosidad de la pared del accesorio y la geometra del sistema:
Dnde: Pa = Cada de presin por vlvula o accesorio, psiKr = Coeficiente de resistencia al flujo, adimensionalP = Viscosidad del fluido, lb/ pies3V = Velocidad media de flujo, pies/ sgc = Constante gravitacional(Lopez, 2007)Adems el coeficiente de resistencia al flujo se relaciona con el Reynolds y la geometra as:)Dnde:f = Factor de friccin de Moody, adimensionalL = Longitud del accesorio en direccin de flujo, piesd = Dimetro del accesorio, pulgadas (Lopez, 2007)Las longitudes equivalentes se adicionan al tramo de la lnea usan el valor de factor de friccin calculado para flujo en tuberas, se calcula una longitud equivalente por cada accesorio asi:
Dnde:Le = Longitud equivalente, piesLos diferentes valores de Kr a usar dependen del tipo de accesorio que se analizan segn la siguiente tabla.
En la tabla 6 referencia para clculos de cada de presin en accesorios de lneas de flujo. (Arnold, 1986)TABLA6: VALOR DE KR SEGUN LOS ACCESORIOSACCESORIOKr (pies/in)
Valvula globo3,0 5,0
Valvula Cortina0,15
Valbula Chek6,0 8,0
Codos0,2 - 0,3
Fuente: [Arnold, 1986]2.5 NORMAS PARA TUBERAS DE RESINA REFORZADA2.5.1 Norma NRF-012-PEMEX-2009Dentro de las principales actividades que realizan en el rea Petrolera, se encuentra la recoleccin, transporte y distribucin de hidrocarburos y fluidos corrosivos, actividades que requieren mantener actualizada la normatividad tcnica aplicable para cumplir con los objetivos de la empresa en el anexo C se puede observar la norma NRF-012-PEMEX-2009. Con base en lo anterior es necesario definir los requerimientos mnimos, bajo los cuales se deben disear, construir y poner en operacin los ductos de transporte de hidrocarburos a base de resina reforzada con fibra de vidrio, para ello se emite la edicin 2008 de la presente norma.La presente norma cubre los requisitos tcnicos de diseo, fabricacin, instalacin y pruebas de los sistemas de tubera compuesta a base de resina reforzada con fibra de vidrio, en las siguientes condiciones: Transporte y distribucin de hidrocarburos lquidos y gaseosos que puedan contener agua salada, dixido de carbono, agua congnita o fluidos corrosivos. Temperatura de diseo y de operacin. La presin de diseo y de operacin mxima deben cumplir con lo indicado en ASME B31.8 O equivalente para el trasporte de gas. La presin de diseo y de operacin mxima para el transporte de lquido deben cumplir con lo indicado en API 15LR, API 15HR. Dimetro nominal tanto para alto como para baja presin, deben cumplir con lo indicado en API 15HR, API 15LR o equivalente. Esta norma aplica para ductos terrestres enterados, no se permite la utilizacin de tubera de resina reforzada con fibra de vidrio en tramos o secciones superficiales. La transicin de tubera de resina reforzada con fibra de vidrio a tubera de acero, se debe realizar en seccin enterada con bridas y registro de inspeccin. No aplica para ductos submarinos. No aplica para perforacin direccional. No aplica para cruzamientos de ros y ductos sumergidos.(PEMEX,2009)2.5.2 Normas Para tubera de Acero
Se describir las diferentes caractersticas segn las normas existentes para las tuberas.2.5.2.1 Especificacin de la tubera segn API 5L
Segn la especificacin tenemos que considerar:A) EsbeltezLa esbeltez de la tubera se define como la relacin entre el espesor y el dimetro nominal de la tubera. En el transporte de hidrocarburos se utilizan tuberas con esbeltez menor o igual a 0.1:B) Niveles de especificacin del fabricanteSegn el cdigo API 5L, existen dos niveles de tuberas (PSI, Producto Specificstion Level): PSL-1: Especificacin menos exigente, con menos pruebas mecnicas de control de calidad. PSL-2: Mayor cantidad de pruebas de control de calidad, generalmente utilizada para redes troncales
C) Grados de tuberaLos grados de la tubera, seguidos por los primeros dos dgitos del Specified Minimum Yield Strength (SMYS) en Psi, son los grados estandarizados segn los Niveles de especificacin del fabricante de la tubera. Dichos valores se muestran en la tabla 7. (American Petroleum Institute (API Specification 5 L), 2000)
TABLA 7: GRADOS NORMALIZADORES PARA LAS TUBERIASPSL-1A25ABX42X46X52X56X60X65X70
PSL-2BX42X46X52X56X60X65X70X80
Fuente: [American Petroleum Institute]2.5.3 Norma NFR-30-PEMEXPara el diseo, a los sistemas de transporte de hidrocarburos gaseosos, se les aplica el criterio de clasificacin del rea. En la construccin presenta las etapas constructivas de una manera secuencial, facilitando as su consulta. La seccin de soldadura se divide en los siguientes tres aspectos: clasificacin del procedimiento, clasificacin de soldadores y soldadura de juntas de campo. Anteriormente no se tenan criterios de inspeccin especficos que aseguran una inspeccin total del ducto; en esta norma, se incorporan criterios de inspeccin orientados a reflejar la situacin general del ducto de una manera completa, as como la frecuencia con lo que se debe realizar. (PEMEX., 2009)2.6 DIAGRAMA DE DISTRIBUCIN DE EQUIPOS E INSTALACIONES (LAY-OUT)Conocidos los equipos principales y las instalaciones de servicio necesarias (por ejemplo, si deben llegar camiones de despacho de productos, se deber considerar el rea necesaria para su entrada, salida y maniobras de carga o descarga), se desarrolla un diagrama que especifique donde est cada equipo y donde est cada instalacin (estacionamiento de ejecutivos, garaje, caldera, subestacin elctrica, casino, sala cuna, etc.) Este diagrama se suele conocer como el Lay-out del proyecto o de la Planta. Su precisin incide sobre la precisin de la estimacin de costos de terrenos y sobre las prdidas de carga asociadas a los equipos (las cotas pueden significar que se deban instalar bombas de impulsin que, de variar la localizacin de equipos, se podran ahorrar). En este curso se supondr que los alumnos conocen suficientemente los diagramas de distribucin de equipos e instalaciones de plantas o, en su defecto, que el concepto es suficientemente claro. (ISA S5.1 - S5.3, 2001)2.6.1 Redes de distribucinEs un sistema de tuberas que se disea y se instala para transportar el gas natural desde un centro de produccin (planta o pozo) hasta los diferentes nodos, clientes o centros de consumo. (Martnez, M.,2000)2.6.2 Instrumentos y accesorios de distribucin de gasEn una res de distribucin de gas est compuesta por varios elementos necesarios, tales como: Los conectores de ampliacin o reduccin: son aquellos que cambian la superficie de paso del fluido. Los accesorios de desvo, curvas, codos, entre otros; es decir, son los que cambian la direccin del flujo. Vlvulas: son accesorios que se utilizan para regular y controlar el fluido de una tubera. Este proceso puede ser desde cero (vlvulas totalmente cerradas) hasta de mximo flujo (vlvulas totalmente abiertas) y pasa por todas las posiciones intermedias entre estos dos extremos. Estos son uno de los instrumentos de control ms esenciales en la industria petrolera y del gas. Debido a sus diseos y materiales las vlvulas, pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de lquidos y gases, desde los ms simples hasta los ms corrosivos o txicos. Sus tamaos van desde una fraccin de pulgada hasta 30 pies. Pueden trabajar con presiones que van desde el vaco, hasta ms de 20.000 lb/pulg2 y temperatura desde las criognicas, hasta 1.500 F.(Graw Hill. 1991)2.6.2.1 Accesorios Las bridas, conexiones que tienen que ser soldadas, tuercas, empaques y dems accesorios utilizados en los sistemas de transportacin de hidrocarburos lquidos, deben satisfacer los requisitos de composicin qumica, capacidad mecnica, fabricacin, marcado, componentes y calidad, indicado por la norma API 5L.A) VlvulasUna vlvula se puede definir como un dispositivo mecnico con el cual se puede iniciar, detener o regu
