DISEO DE LAS FACILIDADES DE SUPERFICIE PARA LA CAPTACION

Y DISTRIBUCION DEL GAS PRODUCIDO EN UN CAMPO CASO

PRCTICO

MARTHA LILIANA PABON DULCEY

ELIZABETH QUIROGA JORDAN

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-QUMICAS

ESCUELA DE INGENIERA DE PETRLEOS

2008

DISEO DE LAS FACILIDADES DE SUPERFICIE PARA LA CAPTACION

Y DISTRIBUCION DEL GAS PRODUCIDO EN UN CAMPO CASO

PRCTICO

MARTHA LILIANA PABON DULCEY

ELIZABETH QUIROGA JORDAN

Trabajo de Grado presentado como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero de Petrleos.

Director:

Ing. JULIO CSAR PREZ NGULO

Codirector:

Ing. JAIRO DIAZ BRIGLIA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-QUMICAS

ESCUELA DE INGENIERA DE PETRLEOS

2008

Nota de aceptacin:

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Director

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Codirector

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Calificador

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Calificador

DEDICATORIA

A Dios por ser la fortaleza constante en mi vida, porque con la confianza que

deposite en l me ayudo a salir de mis problemas siempre, por escribir

derecho hasta en renglones torcidos.

A mi madre y mi familia por acompaarme y apoyarme, por formarme y

hacerme la persona que soy.

A mi segunda familia JOSECRIS, mi esperanza, mi cielo. Junto a ustedes

aprend lo que significa la amistad verdadera.

A Jhon, Edwin, Erwin, Sandrita, Richie, Giovanni y Dieguito por estar

siempre ah, dndome nimos y escuchndome siempre, por ser mis

AMIGOS.

...So I find a reason to go to the church on Sundays

A mis sacerdotes: Pbro. Lus y Pbro. Gerardo porque siempre confiaron en

m y me encomendaron grandes tareas.

A Liza porque no pude tener una mejor compaera de proyecto y seguirme

todas las payasadas.

MARTHA LILIANA PABON DULCEY

DEDICATORIA

A Dios porque a pesar de que en mi formacin acadmica nunca estuve

matriculada en su institucin, como asistente siempre me acompao, porque

me dio el acierto al empezar, la direccin al progresar, y la perfeccin al

acabar. Por darme la oportunidad de existir, por enviarme a una familia tan

especial, por hacerme nica y por la mejor mamita del mundo que me pudo

regalar.

A mi compaera de proyecto, porque desde siempre nos supimos entender,

porque es muy pila pero sobre todo porque sabe numerar y justificar el texto.

A todos aquellos que consideren que deben estar inscritos en esta

pgina.

LOS LOGROS NO VALEN NADA SI NO TENEMOS CON QUIEN

COMPARTIRLOS Gracias Dios por este logro, pero ms Gracias aun,

porque me das la oportunidad de compartirlo con alguien. (M.M).

ELIZABETH QUIROGA JORDAN

AGRADECIMIENTOS

Las autoras del presente trabajo quieren agradecer a las siguientes personas

e instituciones por el apoyo recibido para la conclusin del mismo.

A la UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER, por fomentar un

ambiente propicio para la investigacin y el desarrollo de aplicaciones

tiles a la sociedad.

A la ESCUELA DE INGENIERA DE PETRLEOS, por aquellos

conocimientos brindados a lo largo de nuestra formacin profesional.

Al Ingeniero JULIO CSAR PREZ ANGULO, director de nuestro

proyecto, por habernos brindado esta oportunidad, por su apoyo

incondicional y constante, no solo durante este proyecto sino en todo

el desarrollo del ciclo profesional. GRACIAS!!!!

A los Ingenieros JAIRO DIAZ BRIGLIA, JORGE FORERO y SILVIA

PALACIOS, codirector y equipo de trabajo de nuestro proyecto

respectivamente, por toda su colaboracin y asesora tcnica.

Al Ingeniero ISAAC LUQUE, por su asesora y desinteresado apoyo en

el desarrollo del proyecto.

A los Ingenieros FABIAN ANDRES TORRES, CARLOS AMAYA, MIGUEL

MEDINA, JERRY DIAZ, OVIDIO JAIMES, JOHN MARISCAL, ALVARO

TIRADO, LUIS GRANDAS, ERNESTO HERRERA, EDGAR VARGAS, al

Seor HERNANDO GOMEZ, MAURICIO MATALLANA y JORGE

HERRERA, personal de la Empresa MANSAROVAR DE COLOMBIA, por

su colaboracin en el desarrollo de este proyecto.

A los Ingenieros CARLOS GARZA, ARIEL PATIO y MAURICIO CALDERON y a los operadores RODRIGO SOTO, JUAN DIAZ, RUBEN

MEJIA y BRUCE WILLIAM por la asesora tcnica prestada.

A los Ingenieros JOHN ALEXANDER MANTILLA, ROBINSON MARTINEZ,

DAVID LASPRILLA, MAURICIO TOVAR, JULIAN VARGAS, WILBERG

MORA, ROBERTO VILLARREAL, WILSON TELLEZ, OSCAR VARGAS,

ERWIN ARCILA, JUAN MANUEL QUIROGA y LEONARDO QUIROGA, por

impulsarnos con sus clidas palabras da a da.

A CAMILO ANDRES GARCIA, OSCAR ORLANDO CASTAEDA,

STEPHANIE ORTEGA LEON, PAOLA DE SALES, STIVENS MORENO,

LEONARDO PATIO, JOSE CARLOS CARDENAS, LUIS EDUARDO

DELGADO GONZALEZ PITU, SILVESTRE ALVAREZ, LIZETH MEJIA,

SAYDA LENNY BLANCO, SERGIO ABRIL, JOSE LUIS FIGUEROA,

SERGIO MEJIA, ANY NIO, ROONAR MARTINEZ, LAURA DURAN,

RAFAEL VESGA, SERGIO CEDIEL, JAVIER SISSA, CARLOS AFANADOR

TUTO y a todos nuestros compaeros, amigos y profesores por

acompaarnos durante nuestra vida universitaria y ser una fuente de

apoyo.

Agradecimientos ESPECIALES a DIANA JAIMES (VANDALA) porque su casa fue durante mucho tiempo la guarida de estudio, sin ella no lo

hubiramos logrado, ese comedor supo mas de electro y de estequio

que nosotras. Vandalita: Acabas de recibir una gran bendicin,

esperamos que en esta nueva etapa que inicia tu vida sigas con ese

entusiasmo que te caracteriza y sobra decir que con nosotras pa las

que sea. FELICITACIONES!

A CHELELE por continuar con el proceso que la vndala inici, en esos 7 pisos, casi tanque del edificio fortalecimos piernas y mente. De igual

manera a NATALIA, JULIANCHO, TINA Y SARA.

A LA UVA, ese carro de placas EJB 588, nuestro transporte oficial, ese que nos llev a recorrer la ciudad y parte del pas. Gracias OSCAR!!!

Tu carrito ya pareca el carrito de los payasos.

Al Diseador Industrial LUIS ALBERTO LAGUADO por ser un profesor en quien pudimos confiar siempre.

Al mejor profesor del ciclo bsico: el Ingeniero Mecnico JUAN ARTEAGA, porque nos hizo estudiar y aprendimos que fue lo mejor.

Al mejor profesor que ha tenido nuestra escuela: el Ingeniero WILLIAM NAVARRO, despus de l, Yaci II no es nada.

A los Ingenieros FREDY NARIO y FERNANDO CALVETE, calificadores de este trabajo de grado, por la colaboracin y apoyo brindado desde

el momento que fueron asignados como calificadores.

Al Ingeniero NICOLAS SANTOS SANTOS y a todos los docentes de nuestra escuela por la formacin que nos brindaron y por habernos

tenido siempre en cuenta.

A SHAKIRA, porque con sus canciones nos acompa durante largas noches de insomnio por trabajos, parciales, e incluso despecho.

RESUMEN

TITULO: DISEO DE LAS FACILIDADES DE SUPERFICIE PARA LA CAPTACION Y DISTRIBUCION DEL GAS PRODUCIDO EN UN CAMPO CASO PRCTICO *. AUTORES: MARTHA LILIANA PABON DULCEY ELIZABETH QUIROGA JORDAN** PALABRAS CLAVE: Generacin de Energa, Presin en cabeza de pozo, Presin requerida por el sistema, Sistema de alivio, Alternativa tcnico-econmica. DESCRIPCION. Para la industria del petrleo el aprovechamiento del gas natural producido por los pozos ha pasado de ser un producto indeseable, a uno que por el contrario trae grandes beneficios por la generacin de energa que este puede ofrecer al tener una correcta recoleccin y almacenamiento. Para realizar un trabajo donde se buscar reacondicionar un sistema con las expectativas de ofrecer un servicio completo al campo, en donde la produccin de gas sea aprovechada para mejorar la produccin del crudo que es en ltimas el principal objetivo en la industria y que adems de esto se pueda garantizar que dicho campo es compatible con el ambiente, se requiere de un estudio minucioso de la informacin en donde se puedan encontrar los principales puntos dbiles y que pueden ser el motivo por el cual no tiene un correcto funcionamiento, adems de esto se debe realizar un estudio en donde se tenga en cuenta los posibles casos y de esta manera ofrecer una serie de alternativas donde se busca la mejor tcnico-econmicamente hablando. Este estudio es llamado Ingeniera Conceptual, Bsica y de Detalle y cada una de ellas comprende una fase que se debe cumplir para continuar con la siguiente. Finalmente y como producto obtenido se tienen las especificaciones de los equipos necesarios para llevar a cabo dicho reacondicionamiento.

* Trabajo de grado ** Facultad de Ingenieras Fisicoqumicas, Escuela de Ingeniera de Petrleos.

ABSTRACT

TITLE: DESIGNER SURFACE FACILITIES FOR THE CAPTURE AND DISTRIBUTION OF THE GAS PRODUCED IN A FIELD - CASE STUDIES AUTHORS: MARTHA LILIANA PABON DULCEY ELIZABETH QUIROGA JORDAN** KEYWORD: Energy Generation, Pressure in Head Well, Pressure required by the System, Relief System, Economic-Technical Alternatives. DESCRIPTION For the oil industry use of natural gas produced by the wells has gone from being an undesirable product, to something that on the contrary brings big benefits for energy generation if it has a proper and storage collection. To perform a job where looks for overhaul a system with the expectations of offering a complete service to the field, where gas production is used to improve the production of crude oil that is ultimately the main goal in the industry and that apart from this can be assured that this field is compatible with the environment, requires a thorough study of information where we can find the main weaknesses which maybe are the reason for a wrong functioning, besides this we have to make a study where find possible cases and thus offer a range of techno-economical alternatives. This study is called Conceptual Engineering, Basic and Detail and each one includes a stage that must be met to move to the next. Finally, we show the needed equipment specifications to carry out the refurbishment.

**Physical-Chemistry Engineering Faculty, Petroleum Engineering School..

1

TABLA DE CONTENIDO

Pg.

INTRODUCCIN ................................................................................8

1. GAS NATURAL ...........................................................................10

1.1 TIPOS DE GAS NATURAL .....................................................10

1.2 SUB-PRODUCTOS DEL GAS NATURAL .................................12

1.3 USOS Y VENTAJAS DEL GAS NATURAL................................16

1.3.1 Ventajas Generales...............................................................18

1.3.2 Ventajas Operacionales.........................................................19

1.3.3 Ventajas Medioambientales ...................................................19

1.4 GAS NATURAL Y MEDIO AMBIENTE ...................................20

1.4.1 Emisiones de CO2 .................................................................21

1.4.2 Emisiones de NOx .................................................................22

1.4.3 Emisiones de SO2 .................................................................23

1.4.4 Emisiones de CH4 .................................................................23

1.4.5 Partculas slidas..................................................................24

2. INDICE DE PRODUCTIVIDAD ....................................................25

3. DISEO Y OPERACIN DE LINEAS DE RECOLECCION DE GAS. 29

3.1 CRITERIOS DETERMINANTES .............................................31

3.2 TRANSFERENCIA DE CALOR EN LNEAS DE GAS NATURAL35

4. GENERACION DE ENERGIA .......................................................37

4.1 LA GENERACIN ELCTRICA A GAS NATURAL ...................39

4.2 LA COGENERACIN A GAS NATURAL..................................39

2

Pg.

5. INGENIERIA CONCEPTUAL........................................................42

5.1 ETAPAS DE UNA INGENIERIA CONCEPTUAL ......................42

5.1.1 Recopilacin de la informacin...............................................43

5.1.2 Seleccin de la informacin ...................................................43

5.1.3 Clasificacin y anlisis de la informacin.................................43

5.2 DESARROLLO DE LA INGENIERIA CONCEPTUAL................44

5.2.1 Recoleccin y anlisis de la informacin .................................44

5.2.2 Confirmacin en campo de la geometra de las redes de

transferencia Pozos-Batera...............................................................45

5.2.3 Anlisis del sistema actual de recoleccin y transporte.............45

5.2.4 Planteamiento de alternativas para el manejo de gas de anulares

y de bateras ...................................................................................45

5.2.5 Seleccin de la mejor alternativa para el manejo del gas .........45

5.3 GENERALIDADES DEL PROCESO DE OBTENCIN DE GAS Y

PRODUCCIN DE ENERGA EN EL CAMPO ESTUDIADO ................46

5.4 PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS .................................54

5.4.1 Alternativa 1 ........................................................................54

5.4.1.1 Sistema de Recoleccin de Gas de Anulares ..54

5.4.1.2 Sistema de Recoleccin de Gas en Solucin ..57

5.4.2 Alternativa 2 ........................................................................63

5.4.3 Resumen de Alternativas.......................................................66

5.4.4 Alternativa Seleccionada .......................................................66

6. INGENIERIA BASICA.................................................................67

6.1 COMPRESORES .................................................................71

3

Pg.

6.1.1 Clasificacin de los compresores ............................................72

6.1.2 Diseo del compresor ...........................................................73

6.2 VALVULAS DE SEGURIDAD................................................75

6.3 DISEO DEL SCRUBBER....................................................76

6.3.1 Comportamiento termodinmico del gas....................................77

6.3.2 Bases de diseo ...................................................................79

6.3.3 Procedimiento para dimensionar el scrubber...........................80

6.3.4 Clculo de las variables de diseo para el gas ........................80

6.3.5 Clculo de las variables de diseo para el lquido ...................81

6.4 TANQUE DE DESFOGUE O TAMBOR AMORIGUADOR.........83

6.5 QUEMADOR .......................................................................89

6.6 BALANCE DE MASA EN LAS FACILIDADES DE SUPERFICIE

DISEADAS. .................................................................................96

7. INGENIERIA DE DETALLE..........................................................99

7.1 INGENIERIA DE PROCESO ..............................................100

7.2 INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA ............................102

7.3 INGENIERIA ELECTRICA.................................................103

7.4 INGENIERIA DE INSTRUMENTACION .............................103

CONCLUSIONES.............................................................................105

RECOMENDACIONES .....................................................................107

BIBLIOGRAFIA ..............................................................................108

ANEXOS .........................................................................................110

ANEXO A. INFORMACION DEL ECHOMETER .............................110

ANEXO B .....................................................................................117

4

LISTADO DE FIGURAS

Pg.

Figura 1.1 Emisin de CO2 en la combustin para diferentes combustibles22

Figura 2.1 Diagrama de IP para un yacimiento con presin superior a la

presin de burbuja 26

Figura 2.2 Diagrama de IP para un yacimiento con variacin de presin28

Figura 4.1 Sistema de Generacin elctrica con gas natural 41

Figura 5.1 Red actual de recoleccin de gas en el campo estudiado 47

Figura 5.2 Diagrama del sistema proyectado de recoleccin de gas para la

alternativa 1.. 56

Figura 5.3 Sistema de gas con sitio de compresin en la Batera 3 60

Figura 5.4 Sistema de gas con sitio de compresin en la Batera 2A..61

Figura 5.5 Sistema de gas con sitio de compresin intermedio entre la Batera

2A y la Batera 362

Figura 5.6 Sistema de gas de la alternativa 2.64

Figura 6.1 Diagrama del Diseo Elaborado68

Figura 6.2 Diagrama cuando la produccin total de gas es necesaria . 69

Figura 6.3 Diagrama cuando la produccin de gas de la Batera 3 no es

necesaria. 70

Figura 6.4 Diagrama cuando la produccin de gas de las Bateras 2A y 3 no

es necesaria71

Figura 6.5 Clasificacin general de los compresores72

Figura 6.6 Clasificacin de los compresores recprocos.73

5

Pg.

Figura 6.7 Diagrama de fases del gas de carga en la Bateria 2A.77

Figura 6.8 Diagrama de fases del gas de carga en la Bateria 3.77

Figura 6.9 Diagrama de fases del gas de carga en la Bateria 2.78

Figura 6.10Diagrama de fases del gas de carga en la Bateria 1.78

Figura 6.11Diagrama de fases del gas de carga en MEL-26...78

Figura 6.12Viscosidad de los gases87

Figura 6.13Coeficiente de arrastre C...88

Figura 6.14Diseo del quemador92

Figura 6.15Esquema general de las facilidades de quema97

6

LISTADO DE TABLAS

Pg.

Tabla 1.1 Aplicaciones ms comunes del Gas Natural.17

Tabla 1.2 Emisin de distintos combustibles (en trminos del consumo

energtico).20

Tabla 5.1 Produccin actual y proyectada del gas por pozo en el campo 49

Tabla 5.2 Produccin global de gas en el campo estudiado.50

Tabla 5.3 Consumo de energa en el campo estudiado..50

Tabla 5.4 Resultados de simulacin hidrulica de la red actual. 53

Tabla 5.5 Resultados de simulacin hidrulica de la red actual sin el pozo M-

272. 53

Tabla 5.6 Caudales de gas utilizados para el sistema de gas de anulares de la

alternativa 1..55

Tabla 5.7 Clculos hidrulicos con el compresor ubicado en la Batera 3. 58

Tabla 5.8 Clculos hidrulicos con el compresor ubicado en la Batera 2A..58

Tabla 5.9 Clculos hidrulicos con el compresor ubicado en el punto

intermedio entre las Bateras 2A y 359

Tabla 5.10 Balance de gas para la alternativa 263

Tabla 5.11 Cuadro comparativo de alternativas66

Tabla 6.1 Bases de diseo para el compresor.74

Tabla 6.2 Parametros de las vlvulas de alivio.76

Tabla 6.3 Bases de diseo para el scrubber.79

Tabla 6.4 Bases de diseo para el tanque de desfogue84

7

Pg.

Tabla 6.5 Bases de diseo para el quemador.93

Tabla 6.6 Balance de masa en las facilidades diseadas98

Tabla 7.1 Listado de lneas.100

Tabla 7.2 Especificaciones del compresor 100

Tabla 7.3 Especificaciones de las vlvulas de alivio 101

Tabla 7.4 Especificaciones del Scrubber 101

Tabla 7.5 Especificaciones del tambor amortiguador.101

Tabla 7.6 Especificaciones de la Tea102

8

INTRODUCCIN

Contemplando los mbitos operacionales, ambientales, de produccin, entre

otros, el manejo del gas natural en un campo de petrleo, requiere un

completo trabajo multidisciplinario en el cual se abarquen todas las reas de

posibles aspectos e impactos que este puede llegar a generar.

Hasta hace algunos aos se consideraba el gas natural como un producto

adicional poco o prcticamente indeseado, puesto que no estaba siendo

implementado como una alternativa de combustible, adems de esto

representaba una amenaza para el medio ambiente debido a que se venteaba

a la atmsfera sin tratamiento alguno. Con la nueva ley de regulacin del

gas natural los campos se estn viendo en la necesidad de dar un adecuado

manejo a este hidrocarburo gaseoso y al mismo tiempo desarrollar diferentes

alternativas para darle uso y que genere un beneficio adicional.

En la actualidad, la produccin de crudo en campos marginales que producen

por bombeo mecnico es muy sensible al aumento de la presin en la cabeza

del revestimiento (CHP), puesto que los niveles de fluido en estos pozos

normalmente se encuentran muy cerca a las perforaciones. Este aumento en

la CHP se debe principalmente, a que el gas que se produce por el anular,

encuentra alguna restriccin de flujo, ya sea por el bloqueo de la vlvula del

revestimiento, o porque la red de recoleccin de este gas se encuentra mal

diseada. Sin duda, la correcta recuperacin de este gas ofrecer un

9

considerable aumento de produccin y a precios actuales del petrleo, desde

el punto de vista econmico es bastante favorable para la industria.

Es importante tener en cuenta igualmente, el gas que contiene el petrleo en

solucin. Este se puede recuperar cuando el crudo se lleva a separadores

para obtener la calidad deseada y enviarlo a refinera, esto ofrece la

posibilidad de tratar dicho gas y emplearlo ya sea para ser consumido en el

mismo campo productor o puesto en venta para sus diversos usos entre esos

el industrial, petroqumico, termoelctrico, de transporte y domestico en

general.

Existen dos motivos principales por los cuales es importante aprovechar todo

el gas que produce un campo; el primero es evitar el impacto ambiental

cuando se esta venteando a la atmsfera, y el segundo es el factor

econmico. Si el campo posee suficiente gas como para generar su propia

energa y ahorrar el dinero invertido en electricidad, o combustible diesel o en

el mejor de los casos tiene suficiente gas como para cubrir sus necesidades y

adems de ello puede venderlo, obtendr grandes beneficios econmicos por

parte de este, teniendo en cuenta el precio en el que se encuentra en estos

momentos (U$ 3.0/MMBTU).

Este documento contiene los criterios bsicos para el desarrollo de la

Ingeniera conceptual, bsica y de detalle de las facilidades de superficie para

el manejo del gas asociado producido en un Campo de Petrleo Colombiano y

su implementacin.

10

1. GAS NATURAL

El Gas Natural se define como un gas que se obtiene del subsuelo en forma

natural. Casi siempre contiene una gran cantidad de metano acompaado de

hidrocarburos ms pesados como etano, propano, isobutano (i-butano),

butano normal (n-butano), etc. En su estado natural a menudo contiene una

cantidad considerable de sustancias que no son hidrocarburos como el

nitrgeno, dixido de carbono y sulfuro de hidrgeno; en ocasiones tambin

puede contener trazas de compuestos como el helio, sulfuro de carbonilo y

varios mercaptanos. En su estado natural casi siempre est saturado con

agua.

1.1 TIPOS DE GAS NATURAL

El gas natural se puede presentar mediante diferentes medios dentro de un

yacimiento, entre estos tipos de gas natural, se tienen los siguientes:

Gas Libre. Cuando se habla de contenido de gas en un yacimiento de petrleo, por lo general cierta cantidad se encuentra en solucin en el aceite

y cierta cantidad como gas. El gas que existe como tal en el yacimiento, es

denominado gas libre. Esto ocurre, por consiguiente, cuando los yacimientos

se encuentran saturados, es decir, su presin permanece por debajo de la

presin del punto de burbuja y la saturacin de gas asciende de tal manera

que supera la saturacin critica y permite la formacin de la capa de gas.

11

Gas Asociado. Son aquellos hidrocarburos gaseosos que ocurren como gas libre en un yacimiento a condiciones iniciales, en contacto con

petrleo crudo comercialmente explotable. Al igual que el gas libre, esto

ocurre, cuando los yacimientos de aceite se encuentran saturados.

Gas Rico. Este tipo de gas, es el que contiene una cantidad de compuestos ms pesados que el etano, alrededor de 0,7 galones de C3+

(componentes por encima del C3) por 1000 pies cbicos estndar de alimento

a una torre absorbedora.

Gas Acido o Agrio. Es el tipo de gas que contiene ms de 1 gramo de H2S por 100 pies cbicos estndar de gas, casi siempre es mucho mayor.

Por tanto, la acidez de un gas se determina a partir de la cantidad de Acido

Sulfrico presente en el mismo.

Gas Dulce. Es el gas que contiene menos de 1 gramo de H2S por 100 pies cbicos estndar de gas o cantidades bajas de CO2.

Gas Natural Seco. Son hidrocarburos en estado gaseoso compuestos casi exclusivamente por metano (generalmente ms del 90%).

Puede provenir directamente de yacimientos de gas, caso en el cual se le

denomina tambin Gas no asociado, o hidrocarburos gaseosos que ocurren

como gas libre en el yacimiento, o tambin puede provenir de plantas de

gasolina natural, donde el gas hmedo ha sido despojado de sus productos

ms pesados en forma lquida (condensado de gas).

Gas Hmedo. Son hidrocarburos en estado gaseoso, en cuya composicin an predomina un alto porcentaje de metano (generalmente de

12

75 a 90 %), aunque las cantidades relativas de los componentes ms

pesados son mayores que en el caso de gas seco. El gas hmedo es

aproximadamente equivalente a condensado de gas, fluido existente en

yacimientos denominados yacimientos de condensado de gas. El fluido en el

yacimiento (condensado de gas) se encuentra en estado gaseoso en el

momento de su descubrimiento. Con posterioridad, generalmente exhiben el

fenmeno denominado condensacin retrgrada, sea la formacin de

condensado en el yacimiento debido a reduccin en presin y temperatura.

Si la temperatura es constante, se denomina condensacin retrgrada

isotrmica.

Gas saturado. Es el gas que contiene la mxima cantidad de vapor de agua a una presin y temperatura especfica. En la industria del gas

normalmente se expresa en libras de agua por milln de pie cbico de gas

despachado o transportado (lb H2O/MMPCS). El poder calorfico calculado

sobre base de gas saturado es menor que el correspondiente para gas seco o

parcialmente saturado, debido al desplazamiento en volumen de gas

combustible por vapor de agua en el sistema de medicin. Igualmente, el

poder calorfico a condiciones de saturacin y una misma temperatura, ser

mayor en la medida en que la presin aumente.

1.2 SUB-PRODUCTOS DEL GAS NATURAL

El gas natural contiene elementos orgnicos importantes como materias

primas para la industria petrolera y qumica. Antes de emplear el gas natural

como combustible se extraen los hidrocarburos livianos como el etano y el

etileno, y los pesados, como el butano y el propano. El gas que queda, el

13

llamado gas seco, compuesto principalmente por metano, se distribuye a

usuarios domsticos e industriales como combustible. A continuacin se

describe brevemente los principales sub-productos y su uso ms frecuente

respectivamente.

Metano. El metano es apreciado como combustible y para producir cloruro de hidrgeno, amonaco, etino y formaldehdo. Tambin para fabricar

plsticos, frmacos y tintes.

Etano. Fundamental para la industria petroqumica. El etano es un hidrocarburo aliftico alcano con dos tomos de carbono, de frmula C2H6. A

condiciones normales es gaseoso y un excelente combustible.

Eteno o Etileno. Se produce comercialmente mediante la destilacin fraccionada del gas natural. Es muy reactivo y forma fcilmente numerosos

productos como el bromoetano, el etilenglicol y el polietileno. En agricultura

se utiliza como colorante y agente madurador de muchas frutas.

Propano. Utilizado como combustible industrial y domstico, el propano se separa de sus compuestos afines: el butano, etano y propeno, ya

que rebaja la velocidad de evaporacin de la mezcla lquida. El propano

forma un hidrato slido a baja temperatura, lo que constituye un

inconveniente cuando se produce una obstruccin en las tuberas de gas

natural. Tambin se emplea en el llamado GLP, como combustible para

motores, como refrigerante, como disolvente a baja temperatura y como

fuente de obtencin del propeno y etileno.

14

Butano. A menudo se les aade propano en la elaboracin del GLP. No obstante, la mayora del n-butano se transforma en butadieno, que se

utiliza para fabricar caucho sinttico y pinturas de ltex.

Benceno. El benceno es un disolvente eficaz para ciertos elementos como el azufre, el fsforo y el yodo, tambin para gomas, ceras, grasas y

resinas, y para los productos orgnicos ms simples. Es uno de los

disolventes ms empleados en los laboratorios de qumica orgnica. Son

conocidos sus efectos cancergenos, y puede resultar venenoso si se inhala

en grandes cantidades. A partir del benceno se obtienen numerosos

compuestos, como el nitrobenceno. Tambin es empleado en la produccin

de medicinas y otros derivados importantes como la anilina y el fenol.

Ciclohexano. Se usa principalmente como disolvente para pinturas, resinas, barnices y aceites, as como intermedio en la fabricacin de otros

productos qumicos industriales y fibras de nylon.

Gases licuados del petrleo. Comnmente en ingls se denomina GLP. Son productos de hidrocarburos primordialmente de alta presin de

vapor (especialmente butano, propano, etano), obtenidos por equipos

especiales en plantas de gasolina, y mantenidos en estado lquido a altas

presiones.

GTL (Gas to liquid). Una de las alternativas que se presentan para la utilizacin y monetizacin de las reservas de gas natural es un sistema de

transformacin del gas en lquidos, es decir en diesel y gasolinas altamente

refinados y con un nivel de pureza superior a los derivados del petrleo.

15

La transformacin de gases en lquidos se remonta a principios del siglo 20

cuando los alemanes Franz Fischer y Hans Tropsch transformaron algunos

gases. Despus de muchos aos y con los cambios tecnolgicos, adems de

la proliferacin de las reservas de gas, el sistema se aplica a travs del

nombre de GTL, de gas a lquidos.

Actualmente hay algunos proyectos de prueba en el mundo pero no se

realizan an en gran escala porque en todos los pases donde se pretende

implementar, el costo del lquido final para el consumidor es muy elevado

debido a la inversin que se necesita para lograr el proceso. Si bien la idea

tecnolgica data de 20 aos atrs, hasta hoy son contados los proyectos que

estn en marcha y funcionando a escalas econmicamente rentables.

El costo de un proyecto se evala de acuerdo a la cantidad de barriles que se

procesen diariamente y de acuerdo al tamao de la planta.

Un proyecto GTL tiene tres etapas en el proceso de transformacin del gas en

lquidos combustibles, las cuales son:

Primera etapa: Gas natural (metano) es mezclado con oxgeno y da como

resultado gas sinttico.

Segunda etapa: Al gas sinttico se le hace una reaccin Fisher/Tropsch

(apellidos de los alemanes pioneros en transformar gas en lquidos, principios

del siglo XX), y se obtiene petrleo sinttico.

16

Tercera etapa: Al petrleo sinttico se lo somete a refinacin standard y se

obtiene, finalmente, diesel de alta calidad y ecolgico, gasolinas de alto nivel

de parafina, y otros lquidos menores.

Los principales objetivos del GTL es que es un combustible ms limpio, que

se utiliza el gas como materia prima para obtener lquidos, genera valor

agregado al gas natural, ayuda a cubrir la demanda insatisfecha de diesel,

representa un ahorro en divisas, el excedente puede ser destinado al

mercado internacional.

GNL (Gas natural licuado). Es gas natural que ha sido procesado para ser transportado en forma lquida. Es la mejor alternativa para

establecer reservas en sitios apartados, donde no es econmico llevar el gas

al mercado directamente ya sea por gasoducto o por generacin de

electricidad. El gas natural es transportado como lquido a presin

atmosfrica y a -161 C donde la licuefaccin reduce en 600 veces el

volumen de gas transportado.

1.3 USOS Y VENTAJAS DEL GAS NATURAL

El gas natural tiene diversas aplicaciones en la industria, el comercio, la

generacin elctrica, el sector residencial y el transporte de pasajeros.

Ofrece grandes ventajas en procesos industriales donde se requiere de

ambientes limpios, procesos controlados y combustibles de alta confiabilidad

y eficiencia.

17

En el siguiente cuadro se presentan algunas de las aplicaciones ms comunes

de gas natural:

Tabla 1.1. Aplicaciones ms comunes del gas natural

Sector Aplicaciones/Procesos

Generacin de vapor

Industria de alimentos

Secado

Coccin de productos cermicos

Fundicin de metales

Tratamientos trmicos

Temple y recocido de metales

Generacin elctrica

Produccin de petroqumicos

Sistema de calefaccin

Industrial

Hornos de fusin

Calefaccin central

Aire acondicionado

Coccin y/o preparacin de alimentos Comercio y Servicios

Agua caliente

Cogeneracin elctrica Energa

Centrales trmicas

Cocina

Calefaccin

Agua caliente Residencial

Aire acondicionado

Taxis Transporte de pasajeros

Buses

18

Adicionalmente, el gas natural es utilizado como materia prima en diversos

procesos qumicos e industriales. De manera relativamente fcil y econmica

puede ser convertido a hidrgeno, etileno, o metanol; los materiales bsicos

para diversos tipos de plsticos y fertilizantes.

Es evidente que el incremento del uso del gas natural en todo el mundo, est

directamente asociado a las ventajas que este combustible posee respecto a

los combustibles utilizados ms frecuentemente.

En general podemos decir que las ventajas de utilizar gas natural como

combustible se pueden agrupar en Ventajas Generales, Operacionales y

Medioambientales.

1.3.1 Ventajas Generales

Entre las ventajas generales que posee el gas natural se puede identificar

claramente las siguientes:

El gas natural cuenta con un precio competitivo. Tiene varias ventajas operacionales frente a otros combustibles. Su combustin es mucho ms limpia que la de otros combustibles, lo que facilita el cumplimiento de exigentes normas ambientales.

Dada la limpieza de su combustin, permite explorar mercados a los que anteriormente era difcil ingresar por restricciones medioambientales.

19

1.3.2 Ventajas Operacionales

Estas Ventajas Operacionales son importantes de considerar, ya que cada

una de ellas representa un ahorro para la empresa.

El gas natural est disponible inmediatamente, liberando a las industrias de la necesidad de contar con grandes estanques de reserva,

disminuyendo el riesgo que ello implica y el costo financiero.

No requiere preparacin previa a su utilizacin, como por ejemplo, calentarlo, pulverizarlo o bombearlo como ocurre con el petrleo o el carbn.

Los equipos y quemadores de gas natural son fciles de limpiar y conservar.

La combustin del gas puede cesar instantneamente tan pronto como cese la demanda de calor de los aparatos que lo utilizan, lo que lo hace muy

adecuado para cargas variables e intermitentes.

La regulacin automtica es sencilla y de gran precisin, manteniendo constante la temperatura o la presin al variar la carga.

Para mltiples aplicaciones, el rendimiento de combustin es superior al de otros combustibles por permitir una regulacin perfecta y constante del

exceso de aire de combustin, la cual puede reducirse al mnimo.

1.3.3 Ventajas Medioambientales

La combustin del gas natural est clasificada mundialmente como la ms

limpia entre los combustibles industriales tradicionales. De hecho, las

emisiones de material particulado cumplen con las normas chilenas e

internacionales ms exigentes, sin necesidad de invertir en equipos de

tratamiento de gases. Una de las grandes ventajas del gas natural respecto a

20

otros combustibles, son las bajas emisiones de su combustin, lo cual se

puede ver en el siguiente cuadro.

Tabla 1.2. Emisin de distintos Combustibles (en trminos del

consumo energtico)

Combustible

MP

Material

Particulado

SOX

Oxido de

Sulfuro

NOX

Oxido de

Nitrgeno

Gas Natural 1 1 1

Gas de Ciudad 3 61 0,5

Gas Licuado 1,4 23 2

Kerosene 3,4 269 1,5

Diesel 3,3 1.209 1,5

Fuel Oil N 5 15 4.470 4

Fuel Oil N 6 39,4 4.433, 4

Carbn 157 5.283 6

Lea 140 13 2

1.4 GAS NATURAL Y MEDIO AMBIENTE

El gas natural es el combustible fsil con menor impacto medioambiental de

todos los utilizados, tanto en la etapa de extraccin, elaboracin y transporte,

como en la fase de utilizacin.

Respecto a la fase de extraccin, la nica incidencia medioambiental est

ligada a los pozos en los que el gas natural se encuentra ligado a yacimientos

de petrleo que carecen de sistemas de re-inyeccin. En esos casos el gas se

21

considera como un subproducto y se quema en antorchas. Por otro lado, la

transformacin es mnima, limitndose a una fase de purificacin y en

algunos casos, eliminacin de componentes pesados, sin emisin de efluentes

ni produccin de escorias.

Las consecuencias atmosfricas del uso del gas natural son menores que las

de otros combustibles por las siguientes razones:

La menor cantidad de residuos producidos en la combustin permite su uso como fuente de energa directa en los procesos productivos o en el

sector terciario, evitando los procesos de transformacin como los que tienen

lugar en las refineras.

La misma pureza del combustible lo hace apropiado para su empleo con las tecnologas ms eficientes: Generacin de electricidad mediante ciclos

combinados, la produccin simultnea de calor y electricidad mediante

sistemas de cogeneracin, climatizacin mediante dispositivos de compresin

y absorcin.

Se puede emplear como combustible para vehculos, tanto privados como pblicos, mejorando la calidad medioambiental del aire de las grandes

ciudades.

Menores emisiones de gases contaminantes (SO2, CO2, NOx y CH4) por unidad de energa producida.

1.4.1 Emisiones de CO2

El gas natural como cualquier otro combustible produce CO2; sin embargo,

debido a esta alta proporcin de hidrgeno-carbono de sus molculas, sus

22

emisiones son un 40 o 50% menores de las del carbn y un 25 o 30%

menores de las del fuel-oil.

Figura 1.1. Emisin de CO2 en la combustin para diferentes

combustibles

1.4.2 Emisiones de NOx

Los xidos de nitrgeno se producen en la combustin al combinarse

radicales de nitrgeno, procedentes del combustible o del aire, con el oxigeno

de la combustin. Este fenmeno tiene lugar en reacciones de elevada

temperatura, especialmente procesos industriales y en motores alternativos,

alcanzndole proporciones del 95 al 98% de NO y del 2 al 5% de NO2.

Dichos xidos, por su carcter cido contribuyen, junto con el SO2 a la lluvia

cida y a la formacin del "smog" (trmino anglosajn que se refiere a la

mezcla de humedad y humo que se produce en invierno sobre las grandes

ciudades).

La naturaleza del gas, debido a que su combustin tiene lugar en fase

gaseosa permite alcanzar una mezcla ms perfecta con el aire de combustin

23

lo que conduce a combustiones completas y ms eficientes, con un menor

exceso de aire.

La propia composicin del gas natural genera dos veces menos emisiones de

NOx que el carbn y 2,5 veces menos que el fuel-oil. Las modernas

instalaciones tienden a reducir las emisiones actuando sobre la temperatura,

concentracin de nitrgeno y los tiempos de residencia o eliminndolo una

vez formado mediante dispositivos de reduccin cataltica.

1.4.3 Emisiones de SO2

Se trata del principal causante de la lluvia cida, que a su vez es el

responsable de la destruccin de los bosques y la acidificacin de los lagos.

El gas natural tiene un contenido en azufre inferior a las 10 ppm en forma de

odorizante, por lo que la emisin de SO2 en su combustin es 150 veces

menor a la del gas-oil, entre 70 y 1.500 veces menor que la del carbn y

2.500 veces menor que la que emite el fuel-oil.

1.4.4 Emisiones de CH4

El metano, que constituye el principal componente del gas natural, es un

causante del efecto invernadero, mucho ms potente que el CO2, aunque las

molculas de metano tienen un tiempo de vida en la atmsfera mas corto

que el del CO2. De acuerdo con estudios independientes, las perdidas

directas de gas natural durante la extraccin, trasporte y distribucin a nivel

mundial, se han estimado en 1% del total del gas transportado.

24

La mayor parte de las emisiones de metano a la atmsfera son causadas por

la actividad ganadera y los arrozales, que suponen alrededor del 50% de las

emisiones causadas por el hombre.

1.4.5 Partculas slidas

El gas natural se caracteriza por la ausencia de cualquier tipo de impurezas y

residuos, lo que descarta cualquier emisin de partculas slidas, hollines,

humos, etc. y adems permite, en muchos casos el uso de los gases de

combustin de forma directa (cogeneracin) o el empleo en motores de

combustin interna.

25

2. INDICE DE PRODUCTIVIDAD

La aproximacin ms simple para describir el comportamiento del flujo en los

pozos de hidrocarburos, es el empleo del concepto de ndice de Productividad

(PI). El PI, depende de parmetros de yacimiento tales como: permeabilidad,

espesor de produccin, viscosidad del fluido, factor volumtrico de formacin,

y los radios del pozo y de drenaje. Estos parmetros afectan la produccin

de hidrocarburos, mediante la siguiente ecuacin:

Ec. 1

Donde:

q = Tasa de produccin a una presin de fondo Pwf STB/d.

Pwf = Presin de fondo fluyendo.

SBHP = Presin esttica de fondo psi.

Esta expresin, fue desarrollada asumiendo las siguientes condiciones:

El flujo es radial alrededor del pozo. Los fluidos provenientes del yacimiento se encuentran en una sola fase.

La distribucin de la permeabilidad en la formacin es homognea.

La ecuacin sostiene que el flujo de lquido dentro del pozo es directamente

proporcional a una disminucin de la presin y solo puede ser usada en

( )wfPSBHPPIq = *

26

campos en los cuales la Pwf est por encima de la presin de burbuja; pero

en muchos pozos con levantamiento artificial se experimentan presiones por

debajo de la presin de burbuja, lo que genera la existencia de una fase de

gas presente en el yacimiento cerca del dimetro interno, lo que hace que las

condiciones que se usaron para desarrollar la ecuacin de PI no sean validas

totalmente.

El ndice de productividad se define como la cantidad adicional de fluido que

el pozo puede producir por cada libra (Psi) de cada de presin (draw-

down) obtenida en la formacin. En otras palabras, si un pozo tiene un PI

de uno (1), por cada libra (Psi) de presin que se alivie en la cara de la

formacin, el pozo producir un (1) barril adicional de fluido. Por lo tanto,

cuando se busca un incremento de produccin, se deben buscar pozos con

alto ndice de productividad (PI). Por ejemplo, un pozo con un PI de 0.5 y

una contrapresin en la cabeza de 50 psi, incrementar su produccin en 25

Bbls por da cuando la presin en la cabeza sea reducida a cero (0) psi.

Figura 2.1 Diagrama de PI para un Yacimiento con presin superior

a la presin de burbuja

Ps

Pwf

Q0 Qmax

Presin

Tasa

0

27

La mxima tasa de produccin (potencial) de un pozo, se obtiene cuando la

Pwf es baja comparada con la presin esttica de yacimiento SBHP. Un pozo

puede estar produciendo al 20%, 50% u 80% de la tasa mxima de flujo,

dependiendo de la relacin existente entre la Pwf y la SBHP. Si existe un

equipo diseado ptimamente en el pozo, la PBHP debera ser menor al 10 %

de la SBHP para asegurar mxima produccin.

A menudo, los pozos que trabajan con bombeo mecnico, tienen una

columna de lquido alta, con gas en solucin sobre la bomba. Los pozos

normalmente producen una cantidad apreciable de gas que fluye por el

anular, lo que permite que esta cantidad de lquido sea aireado, provocando

una disminucin en la densidad de la columna de lquido que se encuentra

sobre la bomba.

Esta columna liviana de lquido y gas que existe sobre la bomba y una

presin baja en la cabeza del revestimiento CHP, puede resultar o verse

reflejada en una baja Pwf, de manera que una mxima cantidad practica de

fluidos este siendo producida. Si la Pwf es baja comparada con la SBHP se

podra tener una produccin mxima desde el pozo, an cuando exista una

altura considerable de la columna de lquido y gas sobre la bomba durante

una operacin normal de produccin del pozo; adems, se acostumbra liberar

este gas, debido a que este puede bloquear las bombas.

Para yacimientos con flujo bifsico (liquido y gas), donde la presin de

yacimiento es menor a la presin en el punto de burbuja, Vogel (con base a

las ecuaciones de Weller) propuso la siguiente expresin para construir la

relacin Q vs. P.

28

Ec. 2

Para yacimientos con SBHP mayor a la PB, el comportamiento de afluencia

estara dado con la combinacin de la lnea recta y la ecuacin de Vogel.

Figura 2.2 Diagrama de PI para un Yacimiento con variacin de

presin

29

3. DISEO Y OPERACIN DE LINEAS DE RECOLECCION DE GAS.

El mtodo ms comn para transportar fluidos en general, de un punto a otro

consiste en impulsarlos a travs de un sistema de tuberas. Las tuberas de

seccin circular son las ms frecuentemente utilizadas, ya que ofrecen no

solo mayor resistencia estructural sino tambin mayor seccin transversal

para un mismo permetro exterior que cualquier otra forma de transporte.

Aquellos flujos donde las variaciones en densidad son insignificantes se

denominan incompresibles; cuando las variaciones en densidad dentro de un

flujo no se pueden despreciar, se llaman compresibles. Los flujos

compresibles se presentan con frecuencia en las aplicaciones de ingeniera;

precisamente, entre los ejemplos ms comunes se puede contar las tuberas

de alta presin para la recoleccin y el posterior transporte de gas.

Por lo general, ninguna tubera instalada se encuentra estrictamente en

forma horizontal. Cuando se considera una tubera horizontal, implica

simplemente que la longitud de la lnea es mucho mayor que cualquier

cambio de elevacin. Si en algn punto de la lnea se llega a condensar

fluido y la energa de esta fraccin de lquido es insuficiente para superar un

declive de la lnea (ascender), el lquido se quedar estancado en aquel

declive. A medida que parte de la fraccin de lquido asciende empujada por

el gas, se generan perdidas de presin extras que poco a poco van

30

disminuyendo la capacidad de flujo de gas por la lnea. Es por esta razn,

que siempre se busca sostener la presin y la tasa de flujo lo suficientemente

altas de manera tal que se pueda mantener estas fracciones de lquido en

constante movimiento a lo largo de la tubera.

Las tuberas que componen el sistema de manejo del gas natural, incluidas la

troncal principal y las lneas de distribucin, proporcionan un mtodo

econmico para el transporte del gas natural a lo largo de grandes distancias.

ste es un proceso que se puede subdividir en cuatro etapas: el sistema de

manejo en campo, la estacin de compresin, la troncal principal y las lneas

de distribucin.

Entre los factores que se deben considerar en el diseo de una lnea de

recoleccin de gas y durante la operacin del mismo se incluyen la naturaleza

y volumen del gas a ser transportado, la longitud de la lnea, el tipo de

terreno que va a atravesar, las mximas elevaciones de la ruta, la localizacin

de los pozos, y la ubicacin de la estacin de compresin.

Cuando se trata de un campo nuevo o de un campo en el que se est

llevando a cabo una campaa de perforacin para maximizar factor de

recobro, el diseo del manejo del gas debe ser lo suficientemente grande

para poder satisfacer la produccin adicional de otros pozos que puedan

descubrirse posteriormente en la zona.

El flujo del gas natural en las tuberas est sometido a prdidas de energa,

representadas principalmente en fricciones, prdidas internas debido a

efectos de viscosidad y a la rugosidad de la pared interna de la tubera. Con

excepcin del flujo laminar, stas prdidas de energa no se pueden deducir

31

tericamente, y deben ser determinadas de forma experimental y

correlacionadas en funcin de las variables de flujo.

El diseo de una lnea de distribucin debe incluir el anlisis de los siguientes

parmetros:

Parmetros de tubera: Dimetro, espesor de pared, grado, rugosidad efectiva.

Parmetros del gas: Composicin, gravedad especfica, factor de compresibilidad, peso molecular, poder calorfico.

Parmetros de transferencia de calor: Temperatura de tubera, temperatura de alrededores, profundidad de enterramiento, conductividad

trmica del suelo.

Parmetros del sistema: Oferta y demanda de gas, presin de operacin, presin de entrega, temperatura de operacin, cambios de

elevacin.

Parmetros de compresin: Unidades disponibles, temperatura ambiente, eficiencia adiabtica.

Parmetros econmicos: Costos de capital, costos de operacin y mantenimiento, costos del combustible, depreciacin, tasa de retorno e

impuestos.

3.1 CRITERIOS DETERMINANTES

Al realizar el diseo de la red de recoleccin de gas, es favorable determinar

una serie de criterios que ayudaran a establecer la manera ms adecuada de

plantear el nuevo sistema, estos criterios se presentan a continuacin.

32

Cada ptima de presin. Es la cada de presin ms eficiente desde el punto de vista econmico y operacional. Se usa como una gua para

disear una red de gas con los mnimos requerimientos en facilidades y

costos operacionales.

Una buena gua para cada de presin ptima es de 3 a 5 psi/km. Cadas de

presin mayores causarn que el compresor aguas abajo trabaje a una mayor

potencia para cumplir con una presin de descarga especfica, generando

mayores costos en combustible. Cadas de presin menores indican un

exceso de facilidades.

Velocidad optima. Altas velocidades de flujo pueden ocasionar vibracin y erosin en el gasoducto. La mxima velocidad de un fluido

compresible a travs de una tubera est limitada por la velocidad de

propagacin de una onda de presin que viaja a la velocidad del sonido en el

fluido. A medida que el fluido avanza aguas abajo en una tubera de

dimetro uniforme la presin cae y la velocidad se incrementa, como

resultado de esto, la mxima velocidad se encuentra en el extremo de la

tubera corriente abajo. Si la velocidad es lo suficientemente alta, la

velocidad de salida alcanzar la velocidad del sonido.

Un buen criterio para el diseo y operacin de gasoductos es que la velocidad

del gas sea inferior a 20 m/s.

La mxima velocidad permisible en una lnea de gas, est gobernada por el

ruido, las prdidas de presin y la turbulencia. El valor de aplicacin siempre

va a ser mucho menor que la mxima velocidad calculada. Estas velocidades

33

suelen encontrarse a la salida de una restriccin del rea de flujo, como es el

caso de estranguladores, vlvulas, etc.

Optima relacin de espaciamiento del sistema de compresin. La relacin de compresin para turbinas es de 1,2 a 1,5. Para un gradiente

de presin de 3 a 5 psi/Km, esto significa un espaciamiento entre

compresores de 80 a 250 Km. Para gasoductos largos lo ideal es una

relacin de compresin de 1,4 y espaciamiento de 100 Km.

Guas para seleccionar el dimetro de tubera. La tubera debe tener capacidad para manejar el perfil de produccin proyectado con respecto

al tiempo, incluyendo los picos mximos, con una aceptable cada de presin

dentro del rango sugerido.

El dimetro debe tener una tolerancia de cerca del 10% para futuros

incrementos de flujo con mnima adicin de compresores. La tubera debe

proveer un suficiente empaquetamiento para manejar fluctuaciones en carga

razonables.

Empaquetamiento de tubera. Empaquetamiento es el volumen total de gas contenido en la tubera a un momento o tiempo especfico. El

empaquetamiento es una medida de la presin promedio en el sistema y por

lo tanto es un parmetro clave que constantemente debe ser monitoreado.

Si el suministro de gas en el sistema es ms grande que la entrega o

demanda, la lnea se empaqueta y la presin promedio se incrementa. Bajo

estas circunstancias el sistema est siendo empaquetado.

34

Cuando ocurre una cada de presin en la red de gas, el gas se expande, lo

cual causar que se incremente la velocidad del mismo. Por lo tanto, una

disminucin en el empaquetamiento requiere ms compresin para mantener

una tasa de flujo dada.

Si el sistema es mantenido a un nivel alto de empaquetamiento, requerir

menor compresin, y eso es lo que se busca en la operacin de gasoductos,

logrando mayor eficiencia operacional y mxima capacidad de entrega. Sin

embargo, se debe tener en cuenta que al trabajar al mximo

empaquetamiento cualquier aumento de presin por disminucin de la

demanda, puede exceder la mxima presin de operacin.

Mxima presin de operacin. Es la mxima presin a la cual una tubera puede ser operada. Cuando se excede este valor se debe disminuir la

presin de la red de gas, por ejemplo mediante venteo del gas o por

consideraciones ambientales, mediante la quema del mismo. En la regulacin

colombiana, para gasoductos, este valor corresponde a 1200 psia.

Cuando se presenta una sobrepresin, se debe regular colocando vlvulas de

alivio, que por lo general son automticas. En el caso contrario, es decir,

cuando hay prdidas repentinas de presin ocasionadas por ejemplo, por un

escape en la red de gas, el flujo se interrumpe al accionarse

automticamente las vlvulas de corte, que operan con el mismo gas

(autorreguladas), y deben estar ubicadas cada 5 -10 Km.

Las vlvulas de cierre o de corte actan al presentarse un delta de presin

especfico, el cual debe predeterminarse como un valor que permita manejar

35

las tasas de flujo mximas y mnimas sin que se accionen continuamente

estas vlvulas.

Configuracin del sistema de compresin. Los compresores normalmente se colocan en paralelo o en serie. Los arreglos en paralelo se

utilizan para relaciones de compresin moderadas y altas tasas de flujo. Los

arreglos en serie normalmente se utilizan para altas relaciones de compresin

y tasas de flujo moderadas.

Mxima temperatura de descarga de compresores. Se debe limitar para proteger la integridad de la tubera y el recubrimiento. En el caso

de que se exceda la temperatura mxima se deben colocar enfriadores o

disminuir la relacin de compresin. La mxima temperatura es de 250F

para tuberas desnudas (sin recubrimiento). Para tuberas con recubrimiento

interno la mxima temperatura normalmente es de 100F, dependiendo del

material del recubrimiento.

3.2 TRANSFERENCIA DE CALOR EN LNEAS DE GAS NATURAL

El fenmeno de transferencia de calor tiene una marcada influencia respecto

a las evaluaciones tcnicas y econmicas incluidas en el diseo y operacin

de un sistema de transporte de gas natural. Por ejemplo, es medida de

reglamentacin y regulacin mantener una supervisin constante sobre la

temperatura de flujo durante la operacin de un gasoducto para cumplir con

un rango de temperatura de entrega.

36

Hay casos en los que se requiere informacin de la interaccin del ambiente

tubera tierra para poder modelar condiciones de flujo ms reales y obtener

una mejor perspectiva en el momento de considerar nuevas variables

operacionales, de acuerdo a las necesidades que se vayan presentando.

La mayora de las ecuaciones usadas para calcular los parmetros que

definen el flujo en una tubera requieren del uso de un solo valor de

temperatura, que por lo general es la temperatura promedio. Lo importante

es que este valor sea representativo de toda la lnea, puesto que tiene un

impacto directo en la propiedad que se est evaluando.

La prediccin de la distribucin de temperatura en un sistema fluyendo puede

ser tan importante como el perfil de presin, ya que afecta las

consideraciones del diseo. En vista de que los hidratos de gas, el

comportamiento de fase vapor lquido, el contenido de agua y la

condensacin de los componentes ms pesados, son casos considerados

como sensibles a la temperatura, es necesario contar con valores confiables

para que al realizar los clculos y anlisis correspondientes, se obtengan

resultados bastantes similares a lo que ser el comportamiento real.

As como la temperatura ambiente no es la misma a lo largo de la longitud

total de la lnea de gas, la temperatura del gas que fluye tampoco permanece

constante. Cuando se realizan estudios de simulacin para redes de

pequeas extensiones y en lugares donde los cambios de temperatura no son

muy altos, normalmente es suficiente usar una temperatura promedio para

calcular la cada de presin.

37

4. GENERACION DE ENERGIA

La calidad de un flujo energtico est asociada fundamentalmente a la

capacidad de conversin de dicho flujo en otros tipos de energa. As, la

energa elctrica es considerada una forma noble de energa, ya que puede

ser totalmente convertida en cualquier otra. El calor, y por ende los

combustibles, determinan su calidad en funcin de la temperatura a la cual se

verifica el flujo energtico correspondiente; a niveles ms altos de

temperatura corresponde mayor calidad energtica en el flujo de calor.

Este importante aspecto del anlisis de sistemas energticos

desafortunadamente muchas veces es olvidado, comparndose magnitudes

energticas con bases muy distintas y evalundose as las prdidas de modo

equvoco. Tales consideraciones son oportunas al presentarse la

cogeneracin, ya que se busca con este procedimiento de conversin

energtica mejorar la calidad de la energa producida por un combustible.

Al desarrollarse una nueva tecnologa en materiales, las turbinas a gas

natural entran a jugar un papel preponderante en los sistemas de generacin

y cogeneracin, en estos ltimos debido a que la mezcla estequiomtrica de

combustible para una turbina de gas es rica en aire, los productos de

combustin resultantes van a ser limpios, pudindose aprovechar en forma

directa en equipos de generacin de vapor o refrigeracin, sin ser una

amenaza crtica la corrosin, adems esta riqueza de oxgeno puede ser

aprovechada como comburente en la post-combustin.

38

La importancia de los sistemas de cogeneracin radica en que se aprovecha

al mximo la energa de los recursos no renovables, como son: combustibles

fsiles y el biogs (gas resultado de la descomposicin de la materia

orgnica), generando energa elctrica y trmica para un determinado

proceso. De hecho, se trata de un procedimiento muy empleado en los

pases desarrollados y nuevamente en expansin, ya que sus niveles ms

altos de eficiencia implican reducir el consumo de combustibles y todos los

costos asociados, inclusive el costo ambiental, reduciendo la entropa del

proceso.

Teniendo en cuenta estas posibilidades y frente a las nuevas estructuras

institucionales y legales del sector energtico, con mayor participacin del

sector privado en la oferta de electricidad, la generacin con gas natural

viene amplindose significativamente en pases europeos, Estados Unidos y

Japn. Tambin ha contribuido a esta expansin la mayor disponibilidad de

gas natural y la evolucin de las turbinas de gas. Por otra parte, los pases

latinoamericanos y caribeos han desarrollado muy poco esta tecnologa en

sus sistemas elctricos, a pesar de las potencialidades existentes en toda la

regin. En Colombia ya existen proyectos en marcha, pero se hace necesaria

su difusin en el sector industrial y de servicios, para de sta manera buscar

que sta tecnologa d una salida amplia al mercado del gas natural para

cumplir las proyecciones del Plan de Masificacin del Gas Natural.

Es un equvoco muy comn, asociar la cogeneracin necesariamente con

produccin de electricidad, ya que cogeneracin presupone produccin de

calor til y trabajo, sea como energa elctrica o mecnica, por ejemplo, en

un eje de un compresor. De hecho, para la produccin de electricidad en los

generadores, la energa mecnica es una forma intermedia.

39

4.1 LA GENERACIN ELCTRICA A GAS NATURAL

La generacin de energa elctrica por sistemas convencionales tiene

rendimientos del 35 al 40% con hasta un 65% de la energa primaria

consumida desperdiciada como calor residual.

El gas natural se ha constituido en un combustible atractivo para la

generacin de electricidad con alto rendimiento en toda una serie de

aplicaciones que adems ofrece las mejores oportunidades en trminos de

economa, aumento de rendimiento y reduccin del impacto ambiental,

siendo esto ltimo algo clave para las compaas petroleras operadoras en

cuyos campos se produce una cantidad considerable de gas.

Son razones para el renovado inters en el uso del gas natural para

generacin de electricidad:

El desarrollo de ciclos combinados a gas con turbina de gas (CCGT). El considerablemente menor impacto ambiental que aporta la generacin elctrica con gas que con otros combustibles slidos.

La disponibilidad a largo plazo de grandes y crecientes reservas de gas.

Las centrales CCGT pueden ser construidas con relativa rapidez y con costos de inversin relativamente bajos.

4.2 LA COGENERACIN A GAS NATURAL

Dos terceras partes de la energa consumida por las plantas de generacin

elctrica convencionales se arrojan al ambiente, los sistemas de cogeneracin

40

aprovechan mucha de esa energa trmica desperdiciada y la usa para varios

fines (por ejemplo, calefaccin y acondicionamiento de espacios,

refrigeracin, y otros procesos industrialmente necesarios). Los sistemas de

cogeneracin se basan en un diverso nmero de equipos y tecnologas

comercialmente disponibles, que ofrecen ventajas de eficiencia en relacin

con los sistemas de generacin convencionales, como:

Hay ahorro de energa primaria (combustibles) de un 30 a un 60%, debido a la eficiencia del sistema de cogeneracin.

Crecimiento econmico nacional por la disminucin de combustibles importados; por la generacin de riqueza en la intermediacin bancaria por

los crditos destinados a ste fin y en la compra de seguros; la generacin de

empleo, entre otras.

Reduccin de la contaminacin ambiental al reducir la entropa del proceso.

Diversificacin de la canasta energtica, uno de los objetivos del Plan de Masificacin del Gas.

Surgimiento de parques industriales en zonas alejadas de las redes de distribucin elctrica debido a la autosuficiencia energtica.

Economa para el generador debido a la reduccin de los costos. Independencia de suministro de energa elctrica. Incremento en las utilidades de las empresas cogeneradoras, pues los sobrantes de energa se pueden vender.

Mayores ganancias para productores, transportadores y comercializadores de Gas Natural, por el incremento en la demanda.

Se escoge el gas natural como combustible para los sistemas de

cogeneracin por las siguientes razones:

41

El gas natural es un combustible ambientalmente amigable por la reduccin de emisiones comparados con otros combustibles usados.

Adems el gas natural extiende el tiempo de vida til de los equipos de combustin debido a su elevado nmero octano y a la cantidad reducida de

contaminantes que posee. Los combustibles lquidos por la presencia de

metales afectan los labes de las turbinas, reduciendo su vida til.

El avanzado desarrollo de las turbinas de gas natural ha permitido alcanzar

ahorros de energa de entre el 15 y el 40%. La investigacin y desarrollo de

nuevas tecnologas est abriendo continuamente nuevas fronteras con

rendimientos todava mayores y por consiguiente menos contaminacin.

Figura 4.1. Sistema de Generacin Elctrica con Gas Natural

42

5. INGENIERIA CONCEPTUAL

Debido a la cantidad tan alta de informacin de produccin que se puede

obtener en un campo petrolero, se hace necesaria una recopilacin, seleccin

y clasificacin de esta de la manera ms adecuada para lo que vaya a ser

utilizada, a continuacin analizarla y posteriormente llevar a cabo un

determinado estudio.

Por la misma razn de tener una gran cantidad de informacin, esta a su vez

se convierte de difcil acceso o carece en ocasiones de credibilidad (debido al

tiempo, metodologa de las medidas, etc.). Es por esto que durante este

primer proceso, es necesario realizar una toma de datos confiable puesto que

la ingeniera conceptual es la etapa ms importante para la realizacin de un

proyecto en un campo donde la informacin no se encuentra disponible de

forma tal que se pueda proceder a analizar, observar y empezar a plantear o

elegir la mejor alternativa.

5.1 ETAPAS DE UNA INGENIERIA CONCEPTUAL

La ingeniera conceptual puede distribuirse en tres etapas principales

organizadas de la siguiente manera:

43

5.1.1 Recopilacin de la informacin

Esta fase debe realizarse a las condiciones actuales del sistema, la toma de

presiones en cabeza, la temperatura del sistema y los flujos de cada pozo deben

ser datos recientes y confiables, esto implica que durante las mediciones los

equipos y herramientas se encuentren muy bien calibrados, puesto que de ellos

depende la veracidad de esta informacin.

5.1.2 Seleccin de la informacin

La informacin seleccionada ser solamente la necesaria para el estudio, en un

campo petrolero es comn observar informacin que se toma para realizar

pruebas, pero esta depende al mismo tiempo de las condiciones del sistema. Es

por esto que principalmente es tenida en cuenta aquella con la que se puede

analizar cual es la falencia del sistema.

5.1.3 Clasificacin y anlisis de la informacin

La clasificacin se debe realizar segn la ubicacin de los pozos y las bateras del

campo, puesto que cada uno de ellos tiene un comportamiento diferente. A pesar

de que el anlisis del sistema debe ser global, las condiciones a las cuales se

encuentra cada pozo afecta el sistema de manera tal que en la simulacin deben

ser tenidas en cuenta. Seguidamente se realiza el anlisis respectivo de la

informacin que se ha recopilado y organizado, este anlisis consta del

planteamiento y revisin de alternativas en las cuales se debe tener en cuenta

tanto la parte tcnica como econmica del proyecto y la eleccin finalmente de la

ms favorable teniendo en cuenta estos dos aspectos.

44

5.2 DESARROLLO DE LA INGENIERIA CONCEPTUAL.

Para el desarrollo de la ingeniera conceptual se tomaron los datos de informacin

existente de los caudales, las presiones en cabeza de pozo, la topografa de la red

de distribucin actual, entre otras, con el fin de realizar las respectivas

simulaciones, obtener alternativas y elegir la ms favorable desde el punto de vista

tcnico-econmico.

De esta manera fue posible proponer una alternativa para el sistema de gas, as

mismo el estimativo de la inversin para las lneas y los equipos requeridos de la

alternativa a seleccionar.

El trabajo realizado en la ingeniera conceptual requerido para este proyecto, de

una manera ms detallada, se muestra a continuacin donde se describe el

proceso llevado a cabo.

5.2.1 Recoleccin y anlisis de la informacin

En esta etapa se revis y analiz la informacin suministrada por la empresa

operadora, tal como condiciones de operacin de cada uno de los pozos

involucrados en el proyecto y de las bateras, caudales de los fluidos, planos del

campo incluida la localizacin de los pozos y la red de recoleccin y transporte con

cotas de nivel, entre otros.

45

5.2.2 Confirmacin en campo de la geometra de las redes de

transferencia Pozos-Batera

En las visitas tcnicas se verific la geometra de las redes de transferencia con el

objeto de contar con informacin detallada de las facilidades para el manejo del

gas.

5.2.3 Anlisis del sistema actual de recoleccin y transporte

Se realiz una simulacin hidrulica del sistema de recoleccin y transporte del gas

producido por los pozos, con el fin de precisar el desempeo actual del sistema.

5.2.4 Planteamiento de alternativas para el manejo de gas de anulares y

de bateras

Esta actividad comprendi el anlisis de las diferentes alternativas para el manejo

del gas proveniente de los anulares de los pozos y de las bateras de produccin

del campo.

5.2.5 Seleccin de la mejor alternativa para el manejo del gas

En esta etapa se realiz un estudio tcnico, que permiti proponer cul de las

alternativas encontradas y propuestas en las etapas anteriores, era la ms

adecuada para llevar a cabo la recuperacin del gas de los anulares y del

manejado por las bateras de produccin. En esta etapa se defini junto con los

funcionarios de la empresa operadora el sistema ms conveniente para el manejo

del gas del campo.

46

5.3 GENERALIDADES DEL PROCESO DE OBTENCIN DE GAS Y

PRODUCCIN DE ENERGA EN EL CAMPO ESTUDIADO

El Campo que se estudio se encuentra ubicado en la regin del magdalena medio

en el departamento de Boyac. Este campo cuenta con una extensin de 60 km2,

un aproximado de 80 pozos productores, una campaa de perforacin que estuvo

dada en el ao 2007 por 14 pozos nuevos y en el ao 2008 por 18 pozos a

perforar.

El campo recibe su produccin en 4 bateras denominas Batera 1, Batera 2,

Batera 3 y Batera 2A. Esta a su vez, es transferida a una estacin de recoleccin

principal que denominaremos MEL-26, esta recibe el crudo de otros campos

aledaos que es bombeado desde este punto al oleoducto.

En la figura 5.1 se muestra un diagrama de la red actual de recoleccin de gas del

campo, la cual est conformada por 4439 metros de tubera de 2 pulgadas y 7677

metros de tubera de 2-7/8 pulgadas.

El gas de anulares de 11 pozos y el gas en solucin que se separa, proveniente de

los pozos que llegan a las Bateras 1 y 2 ingresa a la red actual, llegando a la

estacin MEL-26 con una presin de 30 psig.

En este campo, actualmente se producen aproximadamente 107 MSCFD de gas

proveniente de los anulares de los 11 pozos que van hacia la estacin principal

MEL-26. A su vez tambin se producen aproximadamente 523 MSCFD de gas en

solucin proveniente de los separadores de cada una de las bateras (1, 2, 2A y 3).

47

Figu

ra 5

.1 R

ed a

ctua

l de

reco

lecc

in

de

gas

del c

ampo

est

udi

ado

48

Se quiere utilizar el gas que viene de los pozos productores conectados y de los no

conectados a la red de gas, para llevarlo hasta MEL-26, asegurando una entrega

mnima de 630 650 MSCFD para ser utilizado en generacin elctrica.

Para determinar el flujo aproximado de gas producido actualmente por los anulares

de los pozos del campo que estn conectados a la red de gas y por algunos que no

se encuentran conectados a la red de gas pero que presentan flujos de gas

significativos, se utiliz el equipo The Well Analyzer de Echometer1.

En cada batera se encuentran instalados medidores de gas (platinas de orificio) a

la salida de cada separador general y separador de prueba. La medicin de estos

flujos se hizo en base a los datos reportados y las correlaciones que se tienen para

cada una de las bateras. La toma de datos se realiz solamente para el separador

general a mediados del mes de noviembre de 2007, y se calcula un promedio

diario (de los flujos de gas para los das en que se realiz la medicin).

Actualmente en el Campo estudiado, se consume energa en las Bateras 1 y 2A del

mismo, en la estacin de generacin MEL-26, 14 pozos que poseen unidades de

bombeo con motores a gas, la zona industrial, oficinas, casino, etc. De la tabla

5.3, se puede ver que el consumo aproximado actual de gas en el campo es de

550 MSCFD.

1 Equipo de medicin de caudales y presiones en cabeza de pozo. Ver Anexo A

49

Tabla 5.1. Produccin actual y proyectada de gas por pozo en el Campo

Nombre Punto de llegada

del gas en solucin

Estado del pozo

1 M-284 Existente 35 352 M-285 Existente 16 163 M-277 Existente 13,8 13,84 M-276 Existente 5 55 M-291 Existente 31 316 M-250 Existente 6 67 M-272 Existente 65 657 M-274 Existente 5 58 M-275 Existente 10 109 M-296 Existente 19 1910 M-288 Existente 13 1311 M-269 Existente 9 912 M-289 Existente 11 1113 M-282 Existente 4 414 M-293 Existente 15 1515 M-294 Existente 3 316 M-295 Existente 4 417 M-286 Existente 22 2218 M-169 Existente 16 1619 M-280 B-3 Nuevo-2007 14,7 42 56,720 M-316 B-3 Nuevo-2007 7,125 21 28,12521 M-292 B-2 Nuevo-2007 10,5 31,5 4222 M-317 B-3 Nuevo-2007 7,125 21 28,12523 M-283 B-3 Nuevo-2008 7,125 21 28,12524 M-297 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12525 M-298 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12526 M-299 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12527 M-300 B-3 Nuevo-2008 7,125 21 28,12528 M-302 B-3 Nuevo-2008 7,125 21 28,12529 M-303 B-3 Nuevo-2008 7,125 21 28,12530 M-304 B-3 Nuevo-2008 7,125 21 28,12531 M-305 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12532 M-307 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12533 M-308 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12534 M-309 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12535 M-310 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12536 M-311 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12537 M-312 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12538 M-313 B-2A Nuevo-2008 7,125 21 28,12539 M-314 B-3 Nuevo-2008 7,125 21 28,12540 M-315 B-3 Nuevo-2008 7,125 21 28,125

470,5 31,5 231 231 964TOTALES

Gas de anulares hacia la troncal de gas (MSCFD)

Gas en solucin

hacia Batera 2A (MSCFD)

Gas en solucin

hacia batera 3 (MSCFD)

GAS TOTAL (MSCFD)ITEM

Gas en solucin

hacia Batera 2 (MSCFD)

POZOS

50

BATERIA 2A 202 231 433

BATERIA 3 212 231 443

BATERIA 2 59 31,5 90,5

BATERIA 1 50 0 50

POZOS 470,5 470,5

TOTAL GAS 470,5 523 493,5 1487,0

FUENTE DE GAS

TOTAL GAS (MSCFD)

GAS EN SOLUCIN DE

POZOS NUEVOS 2007-2008 (MSCFD)

GAS EN SOLUCIN

ACTUAL (MSCFD)

GAS DE ANULARES

(MSCFD)

Tabla 5.1. Produccin global de gas en el campo estudiado.

Tabla 5.3. Consumo de energa en el Campo estudiado

Batera Equipo Caractersticas

Batera 1 Motor. 50 HP, 50 MPCD.

Batera 2 Planta de Diesel

alternativa.

Genera 120 KW/H y consume 90 KW/H (90

galones de ACPM por da).

Batera

2

Planta generadora de

energa. Caterpillar

G342.

100 MPCD, tiene la capacidad para generar

175 KVA pero esta generando 140 KVA.

Batera 3 Bomba de

transferencia (motor

elctrico).

100 HP. Consume 23 amperes.

Planta Cummins. 240 MPCD, 920 KW/H y genera entre 280 y

360 KW/H.

MEL-26

Motor bomba del

oleoducto.

580 HP, 140 MPCD.

MEL-26 Motor alternativo

Diesel.

850 HP (Consume 850 galones de ACPM

por da).

51

Tabla 5.3 Continuacin

14 pozos Motor de combustin. 25 HP. 5MPCD por cada uno. En total 70

MPCD.

Oficinas,

casino y

etc.

130 KW/H.

Zona

Industrial

Planta alternativa. 300 KW/H, consume 140 KW/H (200

galones de ACPM por da).

Se planea reemplazar los motores a gas de las unidades de bombeo que funcionan

por este mecanismo por motores elctricos y adems se plantea la inyeccin de

aguas residuales (SIAR) mediante bombas con motores a gas.

Para efectos de establecer el estado de la red actual, se llevo a cabo la simulacin

hidrulica del sistema en un software de procesos tomando el gas de anulares de

11 pozos (182.8 MSCFD) que actualmente se encuentran conectados a la red y el

gas en solucin de las bateras 1 y 2 (109 MSCFD).

La presin de descarga en MEL-26 se estableci en 30 psig. A partir de la tabla

5.4 se puede apreciar que la presin calculada en el anular de los pozos se

encuentra por encima de la presin de operacin establecida, lo cual puede afectar

el nivel de fluido, disminuyendo de esta forma, como se comento en el captulo 2,

la produccin de crudo en los pozos. Este aumento en la presin puede ser debido

a la presencia del pozo M-272. La tabla 5.5 presenta un resumen de los resultados

de la simulacin hidrulica de la red actual sin el pozo M-272.

El diseo de la red de gas actual con la que cuenta el campo estudiado, se realiz

a medida que iban surgiendo necesidades para el transporte del gas de un punto a

52

otro, por lo tanto uno de los criterios desconocidos es el valor de la capacidad de

transporte de la red actual.

Esta red de recoleccin posee problemas operacionales para transportar el gas

proveniente de los anulares, como lo son:

La no conexin de las Batera 2A y 3 al cabezal principal de recoleccin de gas, ya que por el alto flujo de gas producido en las mismas, podra presurizar los

separadores y afectar la integridad y seguridad en el motor de la planta

presentando atascamiento de crudo cuando el mismo falla.

La proyeccin del cierre del pozo M-272 el cual es el de mayor potencial de gas en el campo y que por esta razn podra estar robando energa del yacimiento

aunque el empuje principal del mismo es por acufero activo.

La no inclusin de pozos no conectados al sistema, ricos en produccin de gas aprovechable para la produccin de energa.

La formacin y acumulacin de condensados en las partes de menor elevacin de la red de gas, presentando la necesidad de evaluar la misma o

redisearla para la recoleccin adecuada de estos condensados.

Para la realizacin de la simulacin de la red actual de gas, fue necesario contar

con informacin bsica: los perfiles de elevacin, accesorios, longitudes y dimetro

de tubera, presin, composicin y flujo de gas en cada pozo. De acuerdo a los

planos y cartas topogrficas suministrados por la empresa operadora la actual red

de gas se encuentra distribuida en 6 perfiles, los cuales fueron facilitados con sus

respectivas coordenadas y cotas para la ubicacin en campo al igual que el

dimetro y las longitudes de tuberas entre perfiles.

53

Tabla 2.4 Resultados de simulacin hidrulica de la red actual.

ITEM POZOS DISTINTIVOGAS HACIA

ANULAR (MSCFD)

GAS EN SOLUCION (MSCFD)

PRESIN MEDIDA

(Psig)

PRESIN CALCULAD

A (Psig)

1 M-284 Existente 35 40 50,472 M-285 Existente 16 40 50,463 M-277 Existente 13,8 42 50,464 M-276 Existente 5 40 50,465 M-250 Existente 6 20 49,836 M-272 Existente 65 50-60 50,667 M-282 Existente 4 40 43,98 M-293 Existente 15 40 43,99 M-294 Existente 3 40 43,9

10 M-295 Existente 4 40 43,911 M-169 Existente 16 30 36,83

BATERIA 2 59 36 36,02BATERIA 1 50 38 36,8

109TOTALES 182,8

Tabla 5.5 Resultados de la simulacin hidrulica de la red actual sin el

pozo M-272

ITEM POZOS DISTINTIVO BATERIAGAS HACIA

ANULAR (MSCFD)

GAS EN SOLUCION (MSCFD)

PRESION MEDIDA (Psig)

PRESION CALCULADA

(Psig)1 M-284 Existente 35 40 39,752 M-285 Existente 16 40 39,753 M-277 Existente 13,8 42 39,744 M-276 Existente 5 40 39,745 M-250 Existente 6 20 39,446 M-282 Existente 4 40 37,257 M-293 Existente 15 40 37,268 M-294 Existente 3 40 37,259 M-295 Existente 4 40 37,25

10 M-169 Existente 16 30 34,7BATERIA 2 59 36 33,81BATERIA 1 50 38 34,63

117,8 109TOTALES

54

5.4 PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS

A continuacin se presentan las alternativas que se plantearon para el nuevo

sistema de captacin y distribucin del gas producido en el campo estudiado.

5.4.1 Alternativa 1

Esta opcin contempla dos sistemas de transporte de gas independientes con

punto de llegada a MEL-26 a una presin de llegada de 30 psig que manejen un

total de 1487 MSCFD de gas. Uno de los sistemas recoge el gas de anulares y gas

en solucin de las Bateras 1 y 2 y el otro sistema incluye un compresor para

enviar el gas en solucin de las Bateras 2A y 3 hacia MEL-26.

5.4.1.1 Sistema de Recoleccin de Gas Anulares.

En la figura 5.2 se presenta el esquema de esta red de recoleccin de gas, la cual

presenta las siguientes caractersticas:

Se incluyen 11 pozos (incluyendo el pozo M-272) que actualmente tienen lnea de gas de anulares conectada a la red de gas.

Adicionalmente se consideran 8 pozos existentes que cumplen con un flujo de gas mayor a 5 MSCFD, pero que no cuentan con lnea de gas de anulares

conectada a la red.

Como proyeccin se consideran 4 pozos nuevos del ao 2007 y 16 pozos proyectados para el 2008.

Se incluye el gas en solucin proyectado de las Bateras 1 y 2.

En la tabla 5.6 se reportan los caudales de gas actual y proyectado que se usaron

en las simulaciones. De acuerdo con esta tabla el flujo de gas de anulares

55

BATERIA 2 59 31,5 90,5

BATERIA 1 50 0 50

POZOS 470,5 470,5

TOTAL GAS 470,5 109 31,5 611,0

FUENTE DE GAS

TOTAL GAS (MSCFD)

GAS EN SOLUCIN DE

POZOS NUEVOS 2007-2008 (MSCFD)

GAS EN SOLUCIN

ACTUAL (MSCFD)

GAS DE ANULARES

(MSCFD)

corresponde a 470.5 MSCFD y el flujo de gas en solucin de las Bateras 1 y 2

corresponde a 140.5 MSCFD para un total de 611 MSCFD. Dadas las limitaciones

de capacidad de la red actual para manejar un flujo de 611 MSCFD fue necesario

realizar cambios de dimetros en algunos trayectos del sistema tal y como se

muestran en la figura 5.2. Empleando este esquema, las presiones obtenidas en

los pozos oscilan entre 30,4 y 39,5 psig.

Los dimetros ptimos se escogieron teniendo en cuenta los siguientes criterios:

Que la presin de los anulares estuvieran por debajo de 40 psig. Que la velocidad de flujo en tramo 1-2-3-4 se mantuviera entre 10 y 80 pies/seg. (Se recomienda una velocidad mnima de 10 a 15 pies/seg. para

minimizar la condensacin de lquido en las partes bajas de la tubera y una

velocidad mxima de 60 a 80 pies/seg. para minimizar el efecto de ruido y

corrosin por erosin).

Que el gradiente de presin estuviera entre 0.0006 y 0.0011 psig/pie.

Los clculos tambin se realizaron excluyendo el pozo M-272. Bajo este escenario

las presiones en los pozos oscilan entre 30,3 y 36,2 psig.

Tabla 5.6 Caudales de gas utilizados para el sistema de gas de anulares

de la alternativa 1.

Los costos de este sistema involucran la adquisicin e instalacin de tubera

estimados en $ 2.397.195.024 pesos.

56

Figura 5.1. Diagrama del sistema proyectado de recoleccin de gas para

la alternativa 1.

M-316 M-316

M-289

M-314

M-292

M-169

Batera 1

Batera 2

Batera 3

Batera 2A

M-280

M-283

M-300

MEL-26

M-269 M-288

M-296

M-307

M-274

M-308

M-275

M-286

M-304

M-302

M-303

M-295

M-293

M-294

M-282

M-291M-250

M-311M-312

M-310

M-272

M-276M-277

M-285

M-284

M-297

M-313 M-309

M-305 M-299M-298

Linea de 2" proyectada (4222 m)

Linea de 2" existente (2437 m)

Linea de 2-1/2" proyectada (144 m)

Linea de 2-7/8" existentes (3246 m)

Linea de 3" proyectada (2776 m)

Linea de 4" proyectada (3763 m)

Linea de 6" proyectada (1184 m)

1

2

3

4

57

5.4.1.2 Sistema de Recoleccin de Gas en Solucin con Estacin de

Compresin.

La funcin de esta red es enviar el gas en solucin proyectado de las bateras 2A y

3 (876 MSCFD) hacia MEL-26. Este sistema se ha conceb