tesis crudo marapacon
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TESISTRANSCRIPT
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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE SISTEMAS
DEPARTAMENTO DE SISTEMAS DE CONTROL
DISEO DE UN SISTEMA DE MEDICION AUTOMATICO EN LINEA DE
PRODUCCION EN LAS PRINCIPALES ESTACIONES DE FLUJO DE LA
UNIDAD DE EXPLOTACION TIERRA OESTE (PDVSA)
Por: Karol Corrales Ruiz
Proyecto Presentado Ante La Ilustre Universidad de Los Andes Como Requisito Final Para Optar Al Titulo De Ingeniero En Sistemas
Tutores:
Tutor Industrial: Tutor Acadmico:
Ing. Jesus Segura Prof. Addison Rios
Julio de 2006
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DEDICATORIA
A Dios, que siempre nos escucha, nos gua y sobre todas las cosas, perdona
nuestros errores, por darnos siempre una segunda oportunidad para ser mejores
con los dems y con nosotros mismos y por ayudarme a superar todos los
obstculos para un final exitoso.
A mis padres, por haberme guiado y ayudado con infinita paciencia a alcanzar esta
gran meta.. Por estar siempre a mi lado durante las cosas ms difciles para m. Por
ser ms que mis padres, mis amigos. Por que siempre creyeron en m y no me
abandonaron nunca. Y, por sobretodo, ser los mejores padres que alguien puede
tener.
A mis hermanas, por creer en m y apoyarme en todo momento.
A mis amigos por demostrarme cada da que su amistad es incondicional y porque
en ellos siempre encuentro el nimo y la fuerza que me acompaa da a da, por
escucharme, orientarme y regalarme los mejores momentos.
A mis profesores de la Universidad, responsables de mi formacin profesional,
especialmente a aquellos que siempre creyeron en m y me ayudaron ms all de
las exigencias formales, por ser excelentes docentes y cultivar en todos y cada uno
de sus alumnos el xito y la superacin.
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AGRADECIMIENTOS
A Dios, que me ha dado la oportunidad de conocer lo que es la vida y por
permitirme culminar exitosamente mi tesis y proveerme de paciencia y sabidura
para enfrentar todas y cada una de las situaciones difciles que pusieron a prueba mis
capacidades dentro del mundo profesional.
A la Ilustre Universidad de los Andes por recibirme en sus aulas y formarme,
no slo como profesional exitosa, sino tambin como ciudadana til a la patria.
A mis padres y hermanas, por ser lo que ms quiero en el mundo, por
brindarme su apoyo incondicional y por orientarme a seguir luchando por alcanzar
mis metas.
A mi tutor acadmico y mis tutores industriales, Prof. Addison Ros, Ing.
Jess Segura, Ing. Edgardo Nava e Ing. Ada Lpez y a todo el equipo que labora en
la Unidad de Explotacin Tierra Oeste de la empresa Petrleos de Venezuela, S.A.,
por que da a da me auxiliaron y prestaron la ms valiosa colaboracin en el
desarrollo de mi tesis, por siempre estar dispuestos a aclarar mis dudas y ensearme
todo lo necesario para realizar un trabajo excelente desde todo punto de vista.
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RESUMEN
El Sistema de Medicin Automtico objeto de esta investigacin esta compuesto por un conjunto de instrumentos y equipos de medicin, las cuales capturan el estado de las variables que intervienen en el proceso de flujo del crudo desde el sitio de extraccin (pozos) hasta los sitios de recoleccin (estaciones de flujo), y por un sistema de supervisin que interpreta las seales provenientes de estos dispositivos. En la Industria Petrolera, los sistemas de medicin automtica son muy usados para el control de la cantidad y calidad del crudo producido en los campos de produccin. Un ejemplo tpico de estos sistemas lo representan las Unidades Automticas de Medicin para Transferencia de Custodia (LACT, por sus siglas en ingls) las cuales son empleadas por algunas de las empresas mixtas para conocer los volmenes que sern tomados como medida oficial para la transferencia y custodia de hidrocarburos lquidos producidos. Actualmente en la Unidad de Explotacin Tierra Oeste de la empresa Petrleos de Venezuela, S.A. (PDVSA) no existen sistemas de medicin automtica que permitan conocer la cantidad y calidad del crudo recolectado en las principales estaciones de flujo A de campo Mara y B de campo La Paz, que pertenecen a esta Unidad de Explotacin. Por ello se hace necesario disear un sistema que se ajuste tanto a las condiciones del proceso existente como a los requerimientos y exigencias de las Normas Tcnicas de Fiscalizacin de Hidrocarburos Lquidos del Ministerio de Energa y Petrleo, el cual permita obtener valores reales de los volmenes diarios producidos ya que estos representan el pago de regalas a la nacin. El diseo que se propone est compuesto por a) un tomamuestras automtico a travs del cual se podr determinar el porcentaje de agua de la mezcla b) un medidor de flujo con tecnologa que aplica el principio de Coriolis, para determinar el volumen producido c) transmisores de presin y temperatura d) un desvo que permite continuar con el proceso durante la calibracin del cero del medidor de flujo e) juego de vlvulas de doble bloqueo y purga para garantizar la limpieza del crudo e impedir el desvo del mismo.
Palabras Claves: Automatizacin, Medidores Automticos, Estaciones de Flujo,
Normas Tcnicas para la Fiscalizacin de Hidrocarburos, Medicin.
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NDICE GENERAL
DEDICATORIA.....
AGRADECIMIENTO....
RESUMEN.....
NDICE GENERAL...
INDICE DE FIGURAS......
INDICE DE GRFICOS
INDICE DE TABLAS....
CAPITULO I.
EL PROBLEMA .....
1.1. Introduccin...
1.2. Definicin del problema...
1.3. - Objetivo de la Investigacin..
1.3.1. - Objetivo General..
1.3.2. - Objetivos Especficos...
1.4. Justificacin de la Investigacin .
1.5. Alcance ....
1.6. Limitaciones .....
CAPITULO II.
MARCO TERICO.....
2.1- Antecedentes de la Investigacin ...
2.2- Fundamentacin Terica ...
2.2.1. Filosofa para la Automatizacin de Estaciones de Flujo en
la Unidad de Explotacin Tierra Oeste ...
2.2.2. Normas Tcnicas para la Fiscalizacin de Hidrocarburos..
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CAPITULO III.
METODOLOGIA.
3.1. - Tipo de investigacin
3.2. Poblacin y Muestra ....
3.3. - Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de la Informacin.
3.4. - Metodologa Aplicada para el Diseo del Sistema de Medicin
Automtica .....
3.5. Procedimiento de la Investigacin....
CAPITULO IV.
ANLISIS DE RESULTADOS...
4.1. - Estudio y Anlisis de la Situacin Actual
4.2. - Identificacin de Puntos Estratgicos (Puntos de Medicin)....
4.3. - Estudio de la Distribucin Operacional de cada una de las
Estaciones de Flujo .
4.4. - Anlisis de las Caractersticas del Crudo de cada una de las
Estaciones .
4.5.- Estudio de las Normas para la medicin Automtica de
Hidrocarburos ...
4.6.- Estudio de los Medidores Automticos de flujo en lnea utilizados
actualmente en la Industria Petrolera que presente mayor precisin
y permitan la transferencia de custodia
4.7.- Diseo del Sistema de Medicin: Medidores de Flujo Msico y
Dispositivos Tomamuestras Automtico en los puntos de medicin
ya elegidos en cada una de la Estaciones de Flujo bajo estudio ...
4.8.- Estudio de la Factibilidad del Proyecto
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES..
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GLOSARIO...
ANEXOS
BIBLIOGRAFA
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NDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ubicacin Geogrfica de la Unidad de Explotacin Tierra Oeste
PDVSA ...
Figura 2. Esquema general del diseo de una Unidad LACT. .
Figura 3. Tomamuestras Automtico en Linea, Petroleum Liquids- Automatic
Pipeline Sampling. Norma ISO 3171:1998.
Figura 4. Diagrama de Flujo de la Medicin Automtica para la Fiscalizacin de
Hidrocarburos Lquidos .
Figura 5. Manejo de la Produccin de Crudo en la Unidad de Explotacin Tierra
Oeste de PDVSA.
Figura 6. Distribucin Operacional de la Estacin de Flujo Maraven 1.
Figura 7. Distribucin Operacional de la Estacin de Flujo Maraven 2......
Figura 8. Distribucin Operacional de la Estacin de Flujo Maraven 3....
Figura 9. Distribucin Operacional de la Estacin de Flujo B de La Paz ......
Figura 10. Micro-Motion instalado a la salida de la E.F. B de La Paz ....
Figura 11. Oleoducto de 10 de dimetro en la E.F. B de La Paz, seleccin punto
de medicin......
Figura 12. Diseo del Sistema de Medicin Automtico de la Propuesta ...
Figura 13. Transmisor de Presin ....
Figura 14. Vlvulas de doble bloqueo y Purga ....
Figura 15. Medidor Elite CMF400...
Figura 16. Arquitectura Estacin de Flujo La Paz y A de Mara .....
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NDICE DE GRFICOS
Grfico 1. Relacin entre Barriles y Altura (mm) para el tanque N E-2.....
Grfico 2. Relacin entre Perdidas de dinero a causa de error en la Medicin Vs
Inversin en equipos de Medicin Automtica...
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NDICE DE TABLAS Tabla 1. Composicin actual de la Estacin de Flujo Maraven 1.....
Tabla 2. Composicin actual de la Estacin de Flujo Maraven 2.....
Tabla 3. Composicin actual de la Estacin de Flujo Maraven 3.
Tabla 4. Composicin actual de la Estacin de Flujo B de La Paz .....
Tabla 5. Caractersticas del Crudo de la E.F. B de La Paz ......
Tabla 6.Calculo de la Viscosidad Y API Ponderada de los Yacimientos de la Estacin de
Flujo Maraven 1....
Tabla 7.Calculo de la Viscosidad Y API Ponderada de los Yacimientos de la Estacin
de Flujo Maraven 2...
Tabla 8.Calculo de la Viscosidad Y API Ponderada de los Yacimientos de la Estacin de
Flujo Maraven 3....
Tabla 9.Calculo de la Viscosidad Y API Ponderada de los yacimientos de la Estaciones
de Flujo Maraven 1, Maraven 2, Maraven 3.
Tabla 10.Caractersticas del Crudo de la A de Mara lnea de 10 de Dimetro...
Tabla 11.Requerimientos de las Normas Tcnicas del Ministerio de Energa y Petrleo
para la Medicin ...
Tabla 12.Caractersticas Principales de los Medidores de Flujo Empleados en la Industria
Petrolera ...
Tabla 13.Caractersticas del Transmisor de Temperatura ....
Tabla 14.Caractersticas Transmisor de Presin ..
Tabla 15.Caractersticas del Sensor de Flujo CMF300 y Transmisor 2700.....
Tabla 16.Caractersticas Generales C Series (True Cut)..
Tabla 17.Caractersticas Generales C Series (True Cut)..
Tabla 18.Caractersticas Generales CMC500...
Tabla 19.Elementos que Conforman el Sistema de Medicin..
Tabla 20.Relacin Barriles, Longitudes y Costos producidos por errores en la
medicin
Tabla 21.Cotizacin de los equipos que conforman el sistema de medicin
diseado
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CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
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CAPTULO I
En este capitulo se da una breve introduccin a los sistemas de medicin
automticos, se consideran las bases para realizar esta investigacin especificando los
objetivos generales, especficos, los alcances y delimitaciones fijados
1.1 INTRODUCCIN
La Industria Petrolera representa el 80 % de la economa venezolana. Esto
quiere decir que las mediciones fiscales que se realizan para generar los aportes al
tesoro nacional, deben poseer la menor incertidumbre posible, todo en concordancia
con el contenido del capitulo VI de la Ley Orgnica de Hidrocarburos
correspondiente al Rgimen de Regalas e Impuestos [2]. Por esta razn, cada da
aumenta la necesidad de controlar esta medicin de volmenes de hidrocarburos y
aun ms, cuando se trata de transferencias de custodia, para lo cual, la exactitud de la
medicin llega a ser un elemento de suma importancia, debido a que pequeos
errores pueden significar millones de bolvares en prdidas para cualquiera de las
partes que componen el binomio custodio o Nacin y empresa mixta operadora.
Dentro de la Industria Petrolera en la medida que se vende, compra o transfiere
hidrocarburos, existen dos elementos claves que deben ser determinados; estos son la
Cantidad y la Calidad. As mismo, el mtodo para determinar la cantidad de
hidrocarburos se subdivide en esttica y dinmica. Estamos en presencia de una
medicin esttica cuando el volumen de hidrocarburo a medir est depositado y en
reposo, es decir, cuando est contenido en un tanque, camin, barco, entre otros. Lo
contrario sucede con la determinacin de la cantidad dinmica donde el hidrocarburo
es medido cuando se encuentra en movimiento. Esto es posible llevarlo a cabo
mediante la Automatizacin de Sistemas de Medicin en lnea (dinmico) o a travs
de aforos a tanques (esttico). Para el proyecto que nos compete trataremos la
medicin de crudo en lnea.
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En la Unidad de Explotacin Tierra Oeste de PDVSA ocurre la transferencia
de custodia con dos empresas mixtas, a saber, Petrowayu y la antigua OLEOLUZ.
Existe una entrega de 18.000 barriles diarios y 2000 barriles diarios de produccin
bruta respectivamente, ambas empresas mixtas poseen Sistemas de Medicin
Automtico para la Transferencia de Custodia (LACT UNIT). Una vez entregada la
produccin de estas empresas mixtas, se mezcla con la produccin de PDVSA la cual
es entregada sin contabilizar en el Patio de Tanques de Palmarejo de Mara. Por
esta razn el Ministerio de Energa y Petrleo requiere de un proyecto para la
medicin en lnea de la produccin recolectada en cada una de las Estaciones de Flujo
pertenecientes a la Unidad de Explotacin Tierra Oeste de PDVSA en las cuales no se
fiscaliza la produccin, para as conocer los valores reales de los volmenes
recolectados en el campo.
Con este trabajo se quiere tratar los aspectos descriptivos generales y
fundamentales de la Implementacin del Sistema de Medicin Automtico en lnea,
que operar en cada una de las Principales Estaciones de Flujo de la Unidad de
Explotacin Tierra Oeste de PDVSA, antes de que se mezcle con la produccin ya
fiscalizada proveniente de las Empresas Mixtas y para ello es necesario conocer las
condiciones de operacin de cada una de las estaciones de flujo bajo estudio, las
caractersticas fsicas del crudo recolectado y la estructura de la medicin, para
escoger los equipos automticos ms idneos que el caso requiere. Esto conlleva a
realizar un estudio riguroso a las Normas Tcnicas de Fiscalizacin de Hidrocarburos
Lquidos del Ministerio de Energa y Petrleo, determinantes de las condiciones
legales y de la aplicacin del diseo del sistema de medicin a implementar.
La investigacin ha sido estructurada en cuatro (IV) captulos, los cuales se
sealan a continuacin:
CAPITULO I: Se consideran las bases para realizar esta investigacin,
especificando los objetivos generales y especficos, los alcances y la delimitacin
fijada para el cumplimiento de todas las actividades.
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CAPITULO II: Se especifican los fundamentos tericos que sustentan y dan base
al estudio realizado, contiene la recopilacin de las bases tericas de la investigacin,
definicin de trminos bsicos y antecedentes.
CAPITULO III: Se especifica la metodologa utilizada en el desarrollo del trabajo,
tanto para la recopilacin, organizacin y procesamiento de la informacin, como
para el anlisis y presentacin de los resultados.
CAPTULO IV: Presenta los resultados obtenidos de la investigacin, as como
tambin el anlisis de los mismos a partir del estudio de todas las variables
analizadas, permitiendo as establecer las conclusiones y recomendaciones,
presentadas al final de este trabajo, por medio de las cuales podrn fijarse pautas que
permitan disminuir la recurrencia de las intervenciones y la incidencia de las fallas
maximizando los beneficios, con un mayor valor agregado a la corporacin.
CONCLUSIONES: En las mismas se da un anlisis de las respuestas obtenidas por
la realizacin del diseo as como las experiencias proporcionadas por la
investigacin.
RECOMENDACIONES: En esta parte se proponen ideas y algunas experiencias
para profundizar la investigacin efectuada dando cabida a otras nuevas.
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1.2 DEFINICIN DEL PROBLEMA
La Unidad de Explotacin (U.E.) Tierra Oeste esta ubicado geogrficamente
en el Municipio Jess Enrique Lossada, Campo La Concepcin (Perteneciente a la
Costa Oeste del Distrito Maracaibo) de PDVSA Occidente. El rea esta conformada
por los Campos La Paz, Mara Este, Mara Oeste y Sibucara, cuya produccin se
encuentra bajo la responsabilidad de Petrleos de Venezuela S.A. (PDVSA) y la
Empresa Mixta Petrowayu que opera el campo la concepcin.
Figura 1: Ubicacin Geogrfica de la Unidad de Explotacin Tierra Oeste PDVSA
Actualmente en estos Campos solamente se puede conocer los valores
cuantitativos y cualitativos parciales de los crudos producidos y fiscalizados en las
dos (2) Empresas Mixtas; existentes en el rea de Tierra Oeste (antigua OLEOLUZ y
Petrowayu), que corresponde al Campo Mara y Campo La Concepcin
respectivamente, de manera automtica a travs de una Unidad LACT. Los otros
valores del campo que pertenecen a PDVSA son deducidos por diferencias desde en
el Patio de Tanques de Palmarejo de Mara, donde se recibe la totalidad de la
produccin del rea antes mencionada con alto corte de agua de aproximadamente de
14%, y cuya medicin se determina de manera manual mediante aforos a tanques
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como medicin oficial1; trayendo como consecuencia que se tenga medidas
automticas y manuales haciendo que los valores de produccin se alejen
considerablemente del valor real.
La planta Compresora de gas y Estacin de Flujo B, del Campo La Paz se
encuentra a 38 kilmetros del Patio de Tanques de Palmarejo de Mara; dicha planta
actualmente esta operada por PDVSA, la produccin del campo es recolectada en el
tanque de lavado N 2 , en el cual se separa el agua del crudo mediante un proceso de
Deshidratacin enviando el crudo con un porcentaje (%) de agua menor al uno por
ciento hacia el Tanque N 1, desde aqu es enviado a travs del Oleoducto de 12 de
dimetro hacia el Patio de Tanques de Palmarejo de Mara. La produccin proveniente
de la Empresa Mixta Petrowayu es contabilizada a travs de una unidad LACT antes
de llegar al tanque de lavado N 2. Dicha unidad se encuentra ubicada en la Estacin
de Flujo Bde la Paz y permite obtener de manera cualitativa y cuantitativa los
barriles netos y brutos del crudo diario producido por dicha empresa. La produccin
proveniente de PDVSA llega directamente al tanque de lavado sin ser contabilizada
(ver figura 9, Pg. 46 capitulo IV).
De forma similar funciona la Estacin de Flujo (E.F.) y Planta de Compresin
de Gas A de Campo Mara, que se encuentra a 48 kilometros de Patio de Tanques
de Palmarejo de Mara. La produccin de este campo esta operada por PDVSA y la
antigua Empresa Mixta OLEOLUZ, la cual, al igual que la Empresa Mixta Petrowayu
emplea una Unidad LACT que permite llevar el control de la produccin diaria; una
vez contabilizada la produccin es enviada hacia el Patio de Tanques de Palmarejo de
Mara mediante la conexin al oleoducto Paz Concepcin (PACON). La produccin
de PDVSA en el Campo Mara es operada a travs de las Estaciones de Flujo Maraven
1, Maraven 2, Maraven 3, crudo denominado (Mara pesado), la produccin de esta
tres Estaciones de Flujo. se unen en el Oleoducto de 10 de dimetro antes de llegar
1 El aforo es la medicin oficial utilizada en los principales patios de tanques del pas para la fiscalizacin del petrleo.
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a la estacin A de Mara donde se almacena en el tanque de lavado N 3, para
despus ser enviados a Palmarejo de Mara a travs del Oleoducto Paz Concepcin
donde se mezclan con la produccin proveniente del crudo denominado (Mara
liviano).
La Estacin de Flujo Sibucara se encuentra bajo la total responsabilidad de
PDVSA, su produccin proviene del Pozo SIB5, el cual se encuentra ubicado a 6
kilmetros del Patio de Tanques de Palmarejo de Mara, su produccin es medida a
travs de prueba de pozos, para luego ser enviada a directamente al oleoducto Paz
Concepcin. Dado que la produccin que se maneja en este pozo es slo de PDVSA,
no reviste gran importancia la implementacin de un sistema de medicin tan
complejo como el propuesto para las otras estaciones, sin embargo, no por ello se
debe dejar de emplear estos sistemas.
Toda la produccin de crudo proveniente de las estaciones anteriormente
descritas convergen en un oleoducto de 12 de dimetro para finalmente llegar al
Patio de Tanques Palmarejo de Mara, el cual se encarga de recibir el total de la
produccin diaria proveniente de la Unidad de Explotacin Tierra Oeste a travs del
Oleoducto de Paz Concepcin, dicha produccin es depositada en tanques de
almacenamiento de 160.000 barriles para luego ser fiscalizada a travs de aforos,
cuando el crudo se encuentra en las condiciones requeridas. Todas las medidas aqu
realizadas son manuales por lo que se introducen muchos errores Operacionales
1.2.1 Formulacin del Problema
Ante la problemtica antes mencionada y el inters demostrado por el
Ministerio de Energa y Petrleo (MENPET) en desarrollar de manera eficiente las
actividades de fiscalizacin realizadas en las reas de produccin petrolera, sobre
todo en la Unidad de Explotacin Tierra Oeste, se propone con este proyecto dar
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respuesta a la interrogante surgida en cuanto a si, el diseo de un Sistema de
Medicin Automtica en lnea de produccin en cada una de las Principales
Estaciones de Flujo que son recolectores de crudo en la Unidad de Explotacin Tierra
Oeste de PDVSA, permitir llevar un control real de la produccin diaria.
1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN 1.3.1 Objetivo General
Disear un Sistema de Medicin Automtico de los volmenes de crudo
producidos y recolectados en las principales Estaciones de Flujo que se encuentran
ubicadas en los campos de Mara y La Paz, que conforman la Unidad de Explotacin
Tierra Oeste de la Empresa Operadora Petrleos de Venezuela.
1.3.2 Objetivos Especficos - Realizar un diagnstico de las Estaciones de Flujo que conforman el esquema
operacional del manejo del crudo producido en los campos que opera la Unidad
de Explotacin Tierra Oeste.
- Determinar los diferentes puntos de medicin en las diferentes estaciones de flujo
bajo estudio.
- Evaluar el Sistema de medicin Automtica de flujo en lnea a la entrada de la
estacin de Flujo A- en Planta Mara, donde se une la produccin proveniente
de las Estaciones de Flujo: Los Caballos Maraven 1, Maraven 2 y Maraven 3
(Mara Pesado)2, y as determinar la produccin total proveniente de este campo.
- Evaluar un Sistema de medicin Automtica en lnea en la Estacin de Flujo
B- La Paz antes de mezclarse con la produccin del campo la concepcin, con
el cual se medir la produccin neta y bruta del campo la Paz.
2 Se denominada Mara pesado debido a que el valor de la gravedad API del crudo proveniente de las estaciones Maraven 1, Maraven 2 y Maraven 3, esta entre 10 y 16 API denominado crudo pesado
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- Evaluar la factibilidad econmica de la propuesta para la implementacin de un
Sistema de Medicin Automtico de flujo en lnea en la Unidad de Explotacin
Tierra Oeste.
1.4 JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN
En consideracin de las nuevas exigencias del Ministerio de Energa y Petrleo
con respecto a las mediciones de la cantidad de crudo producidas en los campos
se justifica la presente investigacin de acuerdo a:
- El tipo de medicin en lnea es necesario para lograr la mayor precisin en la
totalizacin de la produccin de crudo que slo se puede lograr con esta tcnica.
- La implementacin del Sistema de Medicin permitir lograr un clculo del
Volumen Neto transferido de Crudo diariamente por PDVSA con exactitud y
precisin, eliminando la incertidumbre actual en las mediciones de volmenes
transferidos (Aforo de tanques de almacenamiento de crudo).
- Tambin se lograr contar con una muestra representativa del crudo transferido
que permitir verificar que se cumplan las condiciones de entrega (% H20, API,
Temperatura) por medio de instrumentacin de ltima tecnologa (Toma Muestra
Automtico, Transmisores, Sensor de Flujo, termmetros digitales).
- Se podr transmitir al Ministerio de Energa y Petrleo los cierres de produccin
diaria por estacin de flujo.
- La medicin ser directa y automtica en su totalidad.
- Eliminacin de los volmenes de petrleo no fiscalizados que se pierden en los
derrames.
- PDVSA conocera con certeza la produccin total de sus campos.
- Se medirn los volmenes de petrleo en los campos de produccin, cumpliendo
as con lo dispuesto en el artculo 44 (regalas) y 48 (impuestos) de la Ley de
Orgnica de Hidrocarburos Lquidos [2].
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1.5 ALCANCE
La investigacin se realiz dentro de la Empresa petrolera, Petrleos de
Venezuela S.A. bajo la responsabilidad del Ministerio de energa y petrleo, en el
rea de La Concepcin, Estado Zulia; para el desarrollo de la misma se trabajo en
conjunto con el departamento de Automatizacin de la Unidad de Explotacin Tierra
Oeste, ya que se estableci como objeto de estudio medidores automticos de flujo en
lnea de produccin, para ser implementados en estaciones de flujo.
De las diferentes estaciones recolectoras de crudo ubicadas en los campos La
Paz y Mara de la Unidad de Explotacin Tierra Oeste, se consideran como objeto de
esta investigacin slo las dos principales estaciones de flujo de estos campos, dado
que en ellas se recolecta la totalidad de produccin de PDVSA antes de ser enviada a
Patio de Tanque de Palmarejo de Mara.
El tiempo que dur el desarrollo del proyecto fue de seis meses, comprendidos
entre Noviembre del ao 2005 y mayo del ao 2006.
1.6 LIMITACIONES Tcnicamente no existieron limitaciones que impidieran el cumplimiento de los
objetivos planteados para el desarrollo de la investigacin.
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CAPITULO II MARCO TERICO
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CAPTULO II
En este capitulo se desarrollo parte del marco metodolgico, todo lo
concerniente al conocimiento a las Normas Tcnicas de Hidrocarburos Lquidos y la
filosofa para la automatizacin en estaciones de flujo, puntos clave para sustentar la
metodologa a utilizar en la investigacin.
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIN
Lpez A. (2003), ingeniero adscrita al Ministerio de Energa y Petrleo, en
solicitud de este ente ministerial realiz en agosto de 2003, una investigacin
denominada Propuesta Proyecto Piloto Medicin Automtica rea Unidad de
Explotacin Tierra Oeste y Terminal de Embarque Puerto Miranda. Dicho proyecto
tuvo como objetivo principal, informar ante las autoridades Regionales del Ministerio
de Energa y Minas de la poca, el alcance de los trabajos que deben realizarse en el
rea Tierra Oeste y en el Terminal de Embarques de Puerto Miranda, para lograr una
medida fiscal ms real, y consecuente con lo estipulado en la Ley Orgnica de
Hidrocarburos Lquidos (2001) vigente donde se involucre la medicin del crudo y
gas producido en el rea Tierra Oeste y su destino final en el Terminal de embarques
de Puerto Miranda.
Este informe tcnico sirvi de impulsor para el desarrollo de proyectos
automticos en pro a la problemtica planteada para ese entonces por la Ing. Ada
Lpez.
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2.2 FUNDAMENTACIN TERICA 2.2.1 Filosofa para la Automatizacin de Estaciones de Flujo en la Unidad de
Explotacin Tierra Oeste
Las estaciones de flujo son instalaciones donde se recolecta, mide y distribuye
la produccin multifsica proveniente de los pozos asociados a esta instalacin. Se
realiza la separacin gas - lquido de dicha produccin y se inicia el tratamiento
qumico del crudo. Luego se enrutan los componentes separados hacia los patios de
tanques (lquidos) y plantas compresoras (gas). Estas instalaciones estn constituidas
bsicamente por equipos mayores con diseo y apariencia similar, el nmero de estos
equipos vara dependiendo de la produccin a manejar por esa instalacin, nmero de
pozos, nmero de etapas y presiones de separacin, la ubicacin geogrfica donde se
encuentra y la necesidad de inyectar aditivos qumicos. A continuacin se describe
brevemente el proceso, por rea o equipos principales dentro de la Estacin de Flujo
que conforman los Campos La Paz y Mara. [1]
Mltiples de Recoleccin o Produccin Para la recoleccin de la produccin proveniente de los pozos, se cuenta con
mltiples de recepcin, donde las lneas provenientes de los pozos o los mltiples de
produccin son conectadas independientemente, a un cabezal comn a todos los
pozos denominado cabezal de produccin, o a otro cabezal exclusivo para la
ejecucin de pruebas de un pozo a la vez denominado cabezal de prueba, de all, el
fluido se enruta hacia el sistema de separacin o a los separadores de medida para la
prueba de pozos.
En las estaciones de flujo del Campo B de La Paz, Estacin de Flujo Maraven
1, Maraven 2 y Maraven 3,el mltiple est formado generalmente por dos (2) lneas
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paralelas que reciben el nombre de: Mltiple Produccin, Mltiple de Prueba (Vease
Fig. 6, 7, 8, Capitulo IV).
Cada lnea de flujo proveniente de los pozos posee un juego de dos (02)
vlvulas que permiten alinear los pozos a cualquiera de los dos mltiples descritos a
continuacin.
Mltiple de Produccin: Aqu convergen todos los pozos que fluyen hacia la estacin, con temperaturas
cercanas a los 90 95 F; con la finalidad de recolectarlos y alinearlos hacia los
separadores de produccin.
Mltiple de Medida o Prueba: Usado para aislar la produccin individual de un pozo en particular con objeto
de evaluar medir su produccin.
Separadores de Produccin o Generales
En sta seccin se lleva a cabo una de las funciones principales de la estacin
de flujo, la cual consiste en separar del crudo la fase gaseosa (gas) de la fase lquida
(petrleo, agua y sedimentos), utilizando para ello, recipientes cilndricos que reciben
el nombre de "Separadores de Produccin o Generales".
Separadores de Prueba o de Medida El separador de medida o prueba, funciona en una forma similar a los
separadores de produccin, solo que este es usado por el pozo que est siendo
sometido a prueba, con el objetivo de cuantificar los volmenes de lquido y gas
asociado a cada pozo.
14
-
Tanques de Compensacin o de Almacenamiento de Crudo
Los tanques de compensacin son los recipientes destinados al almacenamiento
temporal del crudo proveniente de los separadores. El crudo almacenado en los
tanques alimenta la succin de las bombas de transferencia, que lo bombean hacia
tierra.
Bombas de Transferencia de Crudo
Las bombas de transferencia de crudo son las encargadas de succionar e
impulsar el crudo a travs de la lnea de bombeo, hacia la red de recoleccin de crudo
para finalmente desembocar en los patios de tanques.
Para mover la bomba normalmente se usan motores elctricos; sin embargo,
tambin se utilizan equipos de expansin de gas o combustin interna. Las bombas
existente en la Estacin de Flujo B de la Paz es de tipo pistn y en las Estaciones
Maraven-1, Maraven-2, Maraven-3, son del tipo reciprocante (desplazamiento
positivo) con una capacidad mxima de descarga es de 10000 barriles.
Sistema de Inyeccin de Qumica
Para minimizar la formacin de emulsiones en las lneas de bombeo, y facilitar
la separacin de crudo y agua en los patios de tanques, se inyectan productos
deshidratantes o demulsificantes en las Estaciones de Flujo principales (B de La Paz y
A de Mara) situadas en sitios estratgicos de la red de recoleccin de crudo. Estos son
inyectados a la salida de las bombas de las Estaciones de Flujo Principales.
El sistema de inyeccin de qumica esta constituido, generalmente, por un
tanque de almacenamiento y una bomba elctrica, en cada una de las estaciones existe
un tanque de lavado.
15
-
2.2.2 Normas Tcnicas para la Fiscalizacin de Hidrocarburos
Los Hidrocarburos lquidos se fiscalizarn en los sitios ms cercanos a las reas
operacionales, los cuales debern ser aprobados debidamente por el Ministerio de
Energa y Petrleo, tomando como base la normativa legal existente sobre la materia,
y una relacin favorable entre la calidad mnima requerida en las mediciones y la
operacin de los puntos de medicin.[1]
Requerimientos Funcionales
Los puntos de medicin debern cumplir con unos requerimientos mnimos
para garantizar la calidad de las mediciones. Para la determinacin de cada punto de
fiscalizacin se debern tomar en cuenta que los mismos se encuentren lo mas
cercano posible a los pozos de produccin, cuando se trate del petrleo producido [1].
Tecnologa de Medicin
Las tecnologas de medicin a usar debern estar acordes con las caractersticas
del proceso que permitan obtener los niveles de incertidumbre adecuados para la
medicin fiscal.
Un sistema de medicin fiscal eficiente deber contar por lo menos con los
siguientes elementos:
1. Elemento primario.[3]
2. Parte instrumental.
3. Un sistema de clculo de volmenes netos confiables y con facilidades de generar
informes que pueden ser auditables por el Ministerio de Energa y Petrleo.
Procesos de Medicin
Las caractersticas del proceso utilizado debern ser de manera tal que permitan
una medicin de volumen de hidrocarburos con la incertidumbre mnima deseada.
16
-
Incertidumbre en la Medicin
El valor de incertidumbre para el sistema de transferencia de custodia de
hidrocarburos lquidos no deber ser mayor de uno por ciento (1%) en los puntos de
Fiscalizacin de la produccin petrolera, condicionado a la obligacin que tienen las
operadoras, de instalar sistemas referenciales de mediciones en lnea en sitios
ubicados aguas arriba de dichos sitios de fiscalizacin. Todas estas incertidumbres
son totales, que se obtienen derivadas de una combinacin estadstica apropiada de
incertidumbres parciales de diversos componentes en el sistema de medicin, es
decir, es la suma de las incertidumbres parciales [1].
Integridad de los Sistemas y Equipos de Medicin y Procesamiento
Los sistemas de medicin y los equipos que lo conforman, as como los
sistemas automticos de medicin fiscal debern tener caractersticas constructivas y
operacionales que garanticen:
La medicin de todo fluido o volumen sin posibilidad de desvi ni de contaminacin de fluido; en caso de requerir desvi de flujo este deber estar
debidamente justiciada y deber estar provista de una vlvula de bloqueo con alta
integridad de hermeticidad de tipo doble bloqueo y purga, provisto de candado y
sello que garantice el mantenimiento de las vlvulas en posicin cerrada.
Alta disponibilidad operacional aun en situaciones de mantenimiento de un medidor. Tambin es necesario considerar el respaldo de energa elctrica para
mantener los equipos de procesamiento y clculos funcionando.
Todos los equipos del sistema debern poseer proteccin contra alta tensin
elctrica y descarga atmosfrica.
En caso de fallas de alimentacin elctrica, el sistema deber ser capaz de
efectuar un paro ordenado y reiniciar automticamente la energa elctrica.
17
-
Fidelidad e integridad de las mediciones, la informacin obtenida de la base de
datos y los clculos que los equipos y sistemas procesan.
El volumen se obtendr como resultado de una serie de clculos con datos obtenidos de los sensores, medidores, factores y constantes de clculos.
Para garantizar la integridad de los valores de las mediciones, es necesario mantener los ajustes de calibracin y configuracin en los elementos de
medicin, as como el uso de los valores adecuados de los factores, constantes y
ecuaciones de clculos.
Si el sistema de medicin se conecta a una red, se deber garantizar el acceso al sistema de medicin. La red que comunica deber usar protocolo donde la
proteccin y la seguridad sean parte del mismo.
El acceso a los algoritmos y parmetros de clculos debern estar restringido y protegidos mediante cdigos de acceso, al igual que el modo de seleccin de
operacin automtico/manual del sistema [1].
Validacin del Sistema de Medicin
El personal de operaciones y mantenimiento de la empresa operadora deber
tener presente que la funcin de la medicin fiscal es proveer la informacin de la
cual se determinara el valor monetario de los hidrocarburos producidos y el calculo
de los impuestos respectivos.
La instrumentacin a utilizarse para la transferencia de custodia deber
seleccionarse por su exactitud y estabilidad. Los instrumentos y equipos que
demanden constante ajustes frecuentes no se consideran para aplicaciones de
medicin fiscal [1].
18
-
Estaciones de Medicin en Lnea
En los puntos de fiscalizacin y transferencia de custodia donde se propone
realizar la medicin en lnea de produccin se debern utilizar estaciones de
medicin, las cuales contendrn la instrumentacin necesaria para medir flujo
volumtrico o msico, transmisores de presin y temperatura, densidad corte de agua
y tomamuestra automtico en lnea y las facilidades mecnicas para la conexin de un
probador (Fig. 2).
As mismo, deber contener todos los accesorios necesarios para la correcta
adecuacin del lquido (vlvulas de bloqueo, vlvulas de control de presin y
retropresin, filtros y/o separadores de gas o vapor).[1]
El nmero de medidores en paralelo que se coloquen en cada punto de
transferencia de custodia, debern garantizar que a la mxima rata nominal de flujo
prevista, siempre existir.
Los sistemas de medicin de flujo que se instalen, debern incluir las
facilidades necesarias para probar el comportamiento de los equipos y determinar los
correspondientes factores del medidor.
No se permitir la construccin de vas alternas bypass que puedan permitir que
el lquido sea transferido sin medicin.
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-
TT PT DT
MEDIDOR DECAUDAL
TEMPERATURA DENSIDADPRESION
MEDICION DEL CORTE DE AGUA Y TOMAMUESTRA AUTOMATICO
WT CONEXIONES PARA
PROBADOR
Figura 2: Esquema general del diseo de una Unidad LACT Figura 2: Esquema general del diseo de una Unidad LACT
Parmetros a Medir Parmetros a Medir
Medicin de Calidades Medicin de Calidades
Los instrumentos aceptados para la medicin de cantidad del lquido son los
siguientes:
Los instrumentos aceptados para la medicin de cantidad del lquido son los
siguientes:
Medidor de Densidad Medidor de Densidad
Para la medicin de densidad se utilizar equipos con principio de medicin por
vibracin de ltima tecnologa con precisin de ms o menos una dcima por ciento
( 0,1 %). Se debern usar productos de marcas reconocidas.
Para la medicin de densidad se utilizar equipos con principio de medicin por
vibracin de ltima tecnologa con precisin de ms o menos una dcima por ciento
( 0,1 %). Se debern usar productos de marcas reconocidas.
20
-
Medidor de Contenido de Agua en Crudo
Se utilizarn medidores de absorcin de energa de ltima tecnologa con
precisin de ms o menos dos dcimas por ciento ( 0,2 %). Se debern colocar
letras, utilizar productos de marcas reconocidas y de comn utilizacin en la industria
petrolera.
Sistema de Tomamuestra Automtico
Se utilizarn tomamuestras tipo lnea o lazo con una repetibilidad de ms o
menos cinco dcimas por ciento ( 0,5 %.) Se debern utilizar productos de marcas
reconocidas y de comn utilizacin en la industria (Pg. 65 seccin 14.2.5, Normas
Tcnicas para la Fiscalizacin de Hidrocarburos Lquidos).
Tomamuestra Automtico en Sistemas de Medicin
El sistema deber recolectar y almacenar una muestra representativa de lquido
a la condicin operacional del oleoducto, y permitir su transporte al laboratorio para
su anlisis. El sistema de tomamuestras se deber instalar lo ms cercano posible al
oleoducto y cumplir con los requerimientos del ISO 10715.
Se deber mantener una distancia mnima de 20 dimetros de tubera de
cualquier punto ubicado aguas arriba del punto de muestreo, que pudiera causar
perturbacin en el flujo.
Si se utiliza un sistema de tomamuestras automtico, ste deber estar
controlado por el flujo en el oleoducto. Adicionalmente, al tomamuestras automtico
se deber instalar un punto para la toma manual de muestras representativas.
Opcionalmente se puede obtener la muestra manual desde el mismo punto de la
recoleccin de la muestra automtica.
21
-
El punto de tomamuestras manual deber estar provisto con vlvulas y
facilidades para permitir el lavado de los recipientes recolectores de muestras. Las
muestras se debern colectar en botellas recolectoras de tipo transportable con
capacidad de cinco mil mililitros (5000 ml). En aquellas aplicaciones en que el
volumen de muestra sea demasiado grande, se podrn usar recipientes estacionarios,
los cuales debern construidos siguiendo las recomendaciones del API MPMS 8.2.
(Seccin 2, Pg.7, 15.1, Normas API MPMS 8.2)
En todo caso, una vez determinada la capacidad requerida del recipiente, se
deber tratar de maximizar la cantidad de muestras recolectadas, aprovechando el
volumen disponible pero evitando sobrellenar el recipiente (normalmente se llenan
hasta un ochenta por ciento (80%) de su capacidad total). En aquellas aplicaciones
con hidrocarburos sumamente livianos en los que las posibilidades de evaporacin
pueden afectar la representatividad de la muestra, se deber asegurar que el valor de
disparo de la vlvula de alivio del recipiente recolector est por encima de la RVP del
hidrocarburo, a la mxima temperatura que el recipiente vaya a experimentar. Se
requiere por lo menos de dos (2) recipientes receptores de muestras, uno de los cuales
estar recibiendo la muestra proveniente del extractor y el otro se mantendr en
condicin de respaldo para comenzar a recibir la muestra cuando se reciba la orden
respectiva del controlador o cuando el operador haga el intercambio en forma manual
(Fig. 3).
Los recipientes debern ser colocados dentro de un gabinete apto para operar
bajo las condiciones ambientales y de clasificacin de reas propias de la aplicacin y
ubicado lo ms cerca posible del punto de extraccin (Pg. 68, seccin 15, [1]).
Una vez tomada la muestra, la representatividad de la misma deber ser
garantizada hasta que los respectivos anlisis sean realizados en el laboratorio; por lo
tanto es necesario disponer de los equipos adecuados para mezclar la muestra
recolectada y uniformar la dispersin de agua que ha podido ser alterada durante el
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-
almacenamiento y transporte hasta el laboratorio. El recipiente recolector de muestras
deber incluir la toma adecuada para ser conectado al mezclador de laboratorio. La
mezcla y el manejo de la muestra en el laboratorio debern estar en estricta
concordancia con lo indicado en el API MPMS 8.3.
Figura 3. Tomamuestras Automtico en Linea, Norma ISO 3171:1998
Medicin de Cantidades
Los instrumentos aceptados para la medicin de la cantidad y calidad del
lquido son lo siguientes:
Medidor de Flujo
Para la medicin de lquidos se utilizarn equipos con tecnologa de punta con
precisin de ms o menos veinticinco centsimas por ciento ( 0,25 %) y de
rendimiento comprobado en las aplicaciones especficas de la industria.
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-
Las gravedades API sern compensadas por el contenido de agua y sedimentos
del lquido medido, es decir, con base seca. Para lo cual se utilizarn las correlaciones
existentes para efectuar dichas correcciones, las cuales sern debidamente autorizadas
por el Ministerio de Energa y Petrleo.
Probadores de Medicin en Lnea
Para la calibracin/certificacin del medidor de flujo se utilizarn probadores
convencionales (uni-direccional bi-direccional) y compactos de ltima tecnologa
con repetibilidad de ms o menos dos centsimas por ciento (0,02%). Se debern
usar productos de marcas reconocidas y comn uso dentro de la industria.
Medidor de Temperatura
Se utilizarn medidores de temperatura RTDs con precisin de ms o menos
una dcima por ciento de grado centgrado ( 0,1 C.) Se debern usar productos de
marcas reconocidas y de uso comn dentro de la industria petrolera.
Medidor de Presin
Se utilizarn medidores de presin tipo diafragma con una precisin de ms o
menos dos centsimas por ciento ( 0,02) Se debern usar productos de marcas
reconocidas y de uso comn dentro de la industria.
Medidor de Porcentaje de Agua
Se utilizarn medidores de tecnologa de punta con precisin de ms o menos
una dcima por ciento ( 0,1%).
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-
Computador de Flujo
Para el clculo del flujo se emplearn equipos de ltima tecnologa, con las
siguientes caractersticas:
a. Matemtica de Punto Flotante.
b. Frecuencia de muestreo seleccionable entre uno (1) y diez (10) segundos.
c. Algoritmo de integracin con error menor a T*Q/2, donde T es el perodo de
muestreo y Q el caudal instantneo medido.
d. Capacidad de reset solo mediante uso del password.
e. Despliegue grfico de la cantidad acumulada y de la hora de inicio de la
integracin, o de la duracin de la acumulacin.
f. Comunicacin directa y digital con la electrnica del editor, a fin de aprovechar
la mxima resolucin y precisin del medidor.
g. Suministro elctrico por bateras que puedan ser respaldadas a fin de asegurar un
suministro continuo.
h. Inmunidad contra interferencias electromagnticas.
i. Capacidad instalada para comunicacin con sistemas SCADAS, DCS, PLC, etc.
Sistemas
El clculo y el procesamiento de la informacin se deber realizar en un
procesador diseado y dedicado especialmente para las aplicaciones de clculo de
flujo y de volumen neto; as como de contabilidad del lquido. No se permitir el uso
de un procesador compartido para otras aplicaciones.
Clculo del Volumen Fiscal Automatizado
La secuencia de clculos se deber realizar para obtener el volumen neto
referido a condiciones base o estndares de referencia, en operaciones de
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-
transferencia de custodia de lquidos, mediante medicin en tuberas sin
compensacin automtica por temperatura y presin, mediante los siguientes pasos:
1. El software deber registrar el valor indicado por el medidor de flujo (volumen
acumulado), inmediatamente antes de iniciar el movimiento. Esta lectura ser
denominada MRo.
2. Con el valor de densidad obtenido del medidor de densidad en lnea (densidad
observada) y la temperatura sealada por el medidor de temperatura en lnea
(temperatura observada), el software de clculo deber obtener la densidad a la
temperatura de referencia de la tabla API 5A.
3. Durante toda la operacin (recibo o entrega de lquidos), el software de calculo
deber obtener el promedio ponderado de la temperatura (TWA, ecuacin 1), el
cual ser calculado sumando los valores de temperatura obtenidos durante un
intervalo de tiempo, multiplicados por el volumen determinado para ese mismo
intervalo de tiempo, y dividindolo entre el volumen total medico durante la
operacin. Esto se puede resumir en la siguiente expresin:
t
Ii
VVT
TWA = * (1) Ti es el valor de temperatura medido en cada intervalo i
Vi es el volumen medido desde la ultima lectura de temperatura
Vt es el volumen total medido durante la operacin.
4. Durante toda la operacin (recibo o entrega de crudo), el software de calculo
debe obtener el promedio ponderado de la presin (PWA, ecuacin 2), el cual
ser calculado sumando los valores de presin obtenidos durante un intervalo de
tiempo, y dividindolo entre el volumen total medido durante la operacin. Esto
se puede resumir en la siguiente ecuacin:
t
ii
VVP
PWA = * (2) Pi es el valor de presin medido en cada intervalo i.
Vi es el volumen medido desde la ultima lectura de presin.
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Vt es el volumen total medido durante la operacin.
5. Con el TWA y la Densidad de referencia, el software de clculo debe obtener el
factor de correccin por efecto de la temperatura en el lquido (CTL), de la tabla
API 6A. Con estos mismos datos base, debe obtener el factor de compresibilidad
del lquido (F).
6. El software de clculo debe obtener el factor de correccin por efecto de la
presin en lquido (CPL, ecuacin 3), mediante la siguiente ecuacin:
)*)}({1(1
FPPPWACPL
Be = (3)
Donde:
Pe es la presin de vapor del crudo
Pb es la presin base o de referencia.
7. Para efectuar el ajuste del volumen medido, a condiciones base o estndares de
referencia, el software debe calcular el factor de correccin compuesto (CCF,
ecuacin 4), el cual viene dado por:
MFCPLCTLCCF **= (4) Donde:
MF es el Factor del Medidor vlido para la operacin
8. Para calcular el Factor del Medidor (MF, ecuacin 5), se efecta el siguiente
clculo:
NVDNPVMF = (5)
Donde, NPV = Volumen Neto en el Probador
NMV = Volumen Neto en el Medidor
9. Para el clculo del Volumen Neto del Probador (NPV, ecuacin 6), se utiliza el
Volumen Base del Probador (BPV, ecuacin 6), el cual es determinado a
condiciones estndar de referencia utilizando mtodos de laboratorio tales como
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-
water draw o medidores maestros que deben estar certificados por el NIST
(National Institute of Standars and Technology) o por un organismo similar.
10. El volumen del probador en condiciones de operacin puede ser mayor o menor
que el BVP debido al efecto de la temperatura y la presin en el metal del
probador y en liquido, por lo tanto se deben usar factores de correccin para
ajustar el Volumen Base del Probador (BPV) por esos efectos:
)***(* CPLpCTLpCPSpCTSpBPVNPV = (6)
Donde, los factores de correccin que afectan el metal del probador son:
CTSp: correccin por la expansin y/o contraccin trmica del metal del probador
por efecto del promedio de la temperatura del lquido en el probador. El cual se
representa por la siguiente ecuacin:
}*){(1 GcTbTCTSp += (7)
Donde:
Gc = es el coeficiente de expansin por grado de temperatura del material
del cual est fabricado el Probador, entre Tb y T, el cual podr ser
determinado de las tablas publicadas por las industrias estndares.
Tb= Temperatura Base
T = Temperatura del liquido en el Probador.
CPSp: correccin por la presin de expansin y/o contraccin del metal del probador
por efecto del promedio de la presin del lquido en el probador.
))*/()}(*)({(1 WTEIDPbPCPCp += (8)
Donde:
P = Presin Interna de operacin del probador
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-
Pb = Presin Base
ID = Dimetro Interno del probador
E = Mdulos de Elasticidad del material del probador, el cual puede ser
determinado de valores utilizados en los estndares de la industria.
WT = Espesor de la Pared del recubrimiento del Probador.
Los factores de correccin que afectan el Lquido en el probador los podemos
dividir en:
CTLp: correccin por el efecto del promedio de temperatura del Probador sobre la
densidad del lquido.
CPLp: correccin por efecto de compresibilidad o promedio de la presin en el
probador.
Estos factores de correccin son determinados de la misma manera que se
describi anteriormente.
11. Para el clculo del Volumen Neto del Medidor (NMV, ecuacin 9), se utiliza el
mismo procedimiento para determinar el Volumen del Probador, es decir primero
se determina el Volumen indicado por el Medidor y se ajusta o corrige por el
efecto de la temperatura del medidor y la presin sobre el lquido.
El volumen indicado por el Medidor (IVm, ecuacin 10), se calcula:
}*{* CPLmCTLmIVmNMV = (9)
Dividiendo el nmero de pulsos (N) generados durante la corrida de la Prueba,
entre el valor nominal de pulsos por unidad de volumen (Factor K).
KFNIVm /= (10)
Donde:
IVm = Indicacin de Volumen de liquido a travs del Medidor.
N = Numero de Pulsos generados durante la corrida de la prueba.
29
-
KF = Pulsos nominales por unidad de volumen.
Para la determinacin CTLm y CPLm se utiliza el mismo mtodo descrito
anteriormente. Una vez calculados los volmenes corregidos del medidor y del
probador, podemos calcular el factor del medidor:
NMVNPVMF /= (11) )]]*(*/[)***(*[ CPLmCTLmIVmCPLpCTLpCPSpCTSpBPVMF = (12)
12. El software de clculo debe registrar el valor indicado por el medidor de flujo
(volumen acumulado), inmediatamente despus de finalizar el movimiento. Esta
lectura ser denominada MRc. Con este valor y con el MRo, se procede a
calcular el volumen indicado (IV, ecuacin 13), mediante:
MRoMRcIV = (13)
13. Para obtener el Volumen Referido a condiciones base o estndares de referencia
(GSV , ecuacin 14), se le aplica el CCF al IV. Esto es:
CCFIVGSV *= (14)
14. La cantidad neta de crudo correspondiente a la operacin de transferencia de
custodia, venta o fiscalizacin se obtiene al deducir del GSV, el contenido de
agua y sedimentos, medido del instrumento de corte de agua en lnea. El volumen
neto total, con agua y sedimentos extrados, se obtiene a travs de la siguiente
frmula:
))100/&(%1(* SAGSVNVS = )))100/&(%1(*)**(( SAMFCPLCTLIVNVS = (15)
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-
Donde: el factor %A&S representa el contenido de agua y sedimentos
presentes en el lquido, el cual se obtiene del promedio ponderado de la
lectura del medidor en lnea. El porcentaje de agua y sedimentos es tomado
durante el intervalo de tiempo que dure la operacin de fiscalizacin o
transferencia de custodia y el software de clculo realiza y genera los
clculos finales con la respectiva documentacin.
Metodologa de Calibracin
La metodologa de calibracin de los equipos se realizar de la siguiente forma:
Medidores de flujo: Por probador de volumen Medidor de presin: Por peso muerto Medidor de temperatura: Por verificacin de continuidad Medidor de corte de agua: Por muestra con anlisis en laboratorio utilizando el
mtodo de destilacin o el Karl Fischer.
Medidor de densidad: Por Pycnometer OIM Density Measurement Computador de Flujo: Mediante simulacin de seales conocidas.
Contingencia de Medicin de Flujo en Lnea
En el sistema de medicin de flujo, ante la falla de un medidor de flujo y si no
se cuenta contar con suficiente capacidad de manejo de flujo total con el resto de los
medidores de flujo del sistema de medicin, la primera opcin a considerar es la
operacin a una capacidad menor de manera que no sobrepase el rango mximo del
sistema de medicin.
No se deber operar los medidores de flujo por encima de su rango normal de
operacin, ya que los resultados de las mediciones en esa condicin no son
confiables.
31
-
La segunda opcin es desviar el flujo del medidor que presenta problemas y
hacer la medicin con un mtodo alterno antes o despus del medidor. El Mtodo
alterno de medicin deber estar aceptado por la operadora y el Ministerio de Energa
y Petrleo.
Si falla el medidor de temperatura o presin, previa autorizacin de la
operadora y del Ministerio de Energa y Petrleo se usar para el clculo de volumen,
el valor promedio de la presin o temperatura, segn sea el medidor inhabilitado, de
los tres (3) ltimos das antes de la falla del elemento de medicin.
Si falla el medidor de densidad o porcentaje de agua, previa autorizacin de la
operadora y del Ministerio de Energa y Petrleo se usar para el clculo de volumen,
el valor de muestras recolectada en el sistema de medicin a la hora de cierre. Si el
sistema de clculo de volumen est inhabilitado, se deber hacer el clculo en forma
manual con los valores de mediciones obtenidos de las mediciones automtica o
manual y siguiendo la metodologa establecida en el Manual de Medicin del API.
Se deber dejar constancia por escrito de los valores de las mediciones
manuales y/o de los resultados de los clculos realizados en forma manual. [1]
En la figura 4 se muestran los diferentes pasos a seguir para la seleccin,
diseo e implementacin de equipos automticos en lnea de produccin y as obtener
de manera eficiente la cantidad y calidad del crudo producido dentro de la industria
petrolera siguiendo las Normas Tcnicas de Hidrocarburos Lquidos aprobadas por el
Ministerio de Energa y Petrleo.
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Puntos fiscales
Puntos ms cercanos al sitio de operacin.
Tecnologa de
medicinCalidad
Medidores -Presin -Temperatura -Contenido H2O
Cantidades
Segn norma
Flujo volumtrico Masico Toma muestra
Estaciones de medicin en
lnea.
Adecuacin del lquido -Vlvulas doble bloqueo y purga -Filtros
Figura 4: Diagrama de Flujo de la Medicin Automtica para la Fiscalizacin de
Hidrocarburos Lquidos
Figura 4: Diagrama de Flujo de la Medicin Automtica para la Fiscalizacin de
Hidrocarburos Lquidos
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-
CAPITULO III MARCO METODOLGICO
-
CAPTULO III
MARCO METODOLGICO
En este capitulo se explica detalladamente los procedimientos y tcnicas a
utilizar en el muestreo y tratamiento de los datos necesarios para la ejecucin de la
investigacin, as como tambin se describir la metodologa a seguir para alcanzar
cada uno de los objetivos del estudio.
3.1 Tipo de Investigacin De acuerdo con los objetivos que se persiguen en este trabajo de investigacin,
ste se ha clasificado como una investigacin de tipo aplicada, descriptiva y de
campo, ya que se basa en el diseo de un sistema de medicin automtico en lnea de
produccin, que podr ser aplicado a nivel de estacin de flujo, donde se recolecta la
produccin de los pozo de petrleo pertenecientes a un campo, siguiendo las Normas
Tcnicas de Fiscalizacin de Hidrocarburos Lquidos.
3.2 Poblacin y Muestra La poblacin estar constituida por las principales Estaciones de Flujo que
conforman la unidad de explotacin Tierra Oeste de PDVSA, y por ende el crudo que
all se recolecta, as como tambin, por los diferentes equipos empleados en la
Industria Petrolera para la medicin de flujo de manera automtica en lnea de
produccin.
Con el fin de elegir los equipos de medicin a ser empleados en cada una de las
estaciones de flujo, se hizo necesaria la recoleccin intencional de muestras del crudo
35
-
en dichas estaciones, la cual consisti en la toma de dos galones de petrleo por
estacin, cantidad suficiente para ser sometida a los diversos estudios requeridos, y
por ende no ser preciso tomar otras muestras.
3.3 Tcnicas e Instrumentacin de Recoleccin de Informacin
La adquisicin de datos para la presente investigacin se llev a cabo mediante
las tcnicas de observacin documental, ya que se tomaron documentos propios de
Petrleos de Venezuela S.A. para estudiar la situacin actual de sus instalaciones.
Tambin se consultaron manuales tcnicos de los instrumentos utilizados tanto en el
hardware como en el software, libros y otros trabajos de investigacin relacionados
con el proyecto. Cada una de estas tcnicas fue parte fundamental como complemento
para la resea de los procedimientos.
Para la adquisicin de informacin tambin se utiliz la tcnica de observacin
mediante tcnica de la entrevista no estructurada, en la que los datos son obtenidos de
la experiencia del personal de la compaa especializado en el rea, por medio de
entrevistas y charlas que son modalidades de este tipo de tcnica, que fueron el
fundamento y apoyo para cada una de las ideas y mejoras realizadas.
De igual forma para el diseo y dimensionamiento del equipo se requiri la
toma de muestras del crudo en las Estaciones de Flujo bajo estudio, a fin de
establecer cuales son sus caractersticas fsicas, y a partir de estos datos definir que
equipo se adapta mejor a las condiciones de operacin existentes.
3.4 Metodologa Aplicada para el Diseo del Sistema de Medicin Automtica La metodologa utilizada en este trabajo de investigacin responde a la
aplicacin de diseos de mecanismos de medicin, y fue diseada basndose en las
caractersticas de los objetivos a cumplir para culminar el proyecto. Esta metodologa
ser adaptada especficamente para el diseo de un Sistema de Medicin Automtica
36
-
en lnea de produccin, que permitir llevar un control real de la produccin de crudo
recolectada en las principales estaciones de Flujo y consta de ocho (8) fases que
deben llevarse a cabo a medida que transcurra el desarrollo del proyecto para, de esta
manera, garantizar la excelencia en el trabajo final.
3.5 Procedimiento de la Investigacin Para la ejecucin de cualquier trabajo de investigacin es necesario seguir
ciertas pautas y un orden para cumplir con los objetivos propuesto, a esto se le conoce
como la metodologa, en esta investigacin en especfico se trabajar de la siguiente
forma:
Estudio y anlisis de la situacin actual: Inicialmente se llev a cabo el estudio de la documentacin relacionada a la distribucin operacional actual del campo
como: mapas, guas operacionales, normas y estndares establecidos por la empresa,
tanto de instrumentacin como de operaciones con el objetivo de familiarizarse con
las actividades y funciones que se cumplen diariamente dentro de la empresa, de igual
manera esta informacin fue reforzada con la visita a las diferentes estaciones de
flujo.
Identificacin de puntos estratgicos (puntos de medicin): Una vez realizado un diagnstico previo de las condiciones de operacin en las Estaciones de Flujo
bajo estudio, se indic cuales seran los sitios ms idneos para el diseo e
instalacin de los equipos que permitirn cumplir con los objetivos de la
investigacin y con los requerimientos de las Normas Tcnicas para la
Fiscalizacin del MENPET.
Estudio de la distribucin operacional de cada una de las Estaciones de Flujo: En esta fase de la investigacin se realiz un estudio del funcionamiento y
estructura en cada una de las estaciones de flujo, utilizando como base la
documentacin existente, visitas a los sitios de operacin y la experiencia del
personal que all labora
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-
Anlisis de las caractersticas del crudo de cada una de las estaciones: Una de las partes claves para el dimensionamiento de los equipos a ser empleados en el
diseo, son las caractersticas fsicas del petrleo que pasa por los puntos de
medicin previamente seleccionados, se recogi una muestra de dos (2) galones
por estacin a partir de las cuales se determin mediante anlisis de laboratorio:
- Viscosidad
- Densidad especfica
- % de H20.
- Temperatura del proceso
- Gravedad API corregido a 60 F.
De igual manera se calcul el mximo caudal (Q) manejado en las estaciones,
as como el dimetro interno, dimetro Nominal y grosor interno de los oleoductos,
presin del sistema donde posteriormente se instalaran los equipos correspondientes.
Estudio de las Normas Tcnicas para la medicin Automtica de Hidrocarburos: Uno de los objetivos principales de esta investigacin es llevar
un control de la produccin perteneciente a la Unidad de Explotacion Tierra
Oeste, utilizando como base las Normas Tcnicas de Fiscalizacin de
Hidrocarburos Lquidos, elaboradas por El Ministerio de Energa y Petrleo
(MENPET).
Estudio de los Medidores Automticos de flujo en lnea utilizados actualmente en la Industria Petrolera que presente mayor precisin que
permitan la transferencia de custodia: Consiste en la consulta con personal
capacitado en el rea de equipos automticos pertenecientes a empresas
proveedoras de equipos de automatizacin dentro de la Industria Petrolera y
actualmente aprobadas por el Ministerio de Energa y Petrleo ya que todos sus
equipos estn elaborados bajo las normas tcnicas de hidrocarburos (Vertix,
Siscom y P&B), con respecto a las diferentes tecnologas de medicin existentes
en el mercado, con el fin de poder seleccionar los equipos ms eficientes y que se
ajustan a los requerimientos.
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Dimensionamiento de los medidores de flujo masico y dispositivos toma muestras Automtico en los puntos de medicin ya elegidos en cada una de la
Estaciones de Flujo bajo estudio: Esta fase del procedimiento de la
investigacin es realizada con el apoyo de las empresas previamente sealadas,
quienes a travs de simulaciones y empleando como datos de entrada las
caractersticas del crudo analizado, dimensionaron los equipos que mejor se
adaptaban al proceso. Este estudio se realiz tanto para:
Estacin de Flujo y Planta de Compresin de Gas B del campo La Paz. Estacin de Flujo Maraven 1, Maraven 2, Maraven 3.
Estudio de la factibilidad del proyecto: Se evala desde el punto de vista econmico y de mantenimiento la viabilidad del proyecto, adems se considera la
existencia de una relacin previa entre la empresa proveedora y PDVSA,
seleccionando la alternativa que brinde mayores beneficios desde el punto de vista
adquisitivo, as como asistencia tcnica oportuna.
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CAPITULO IV ANLISIS DE RESULTADOS
-
CAPTULO IV
En este capitulo se explican cada uno de los pasos metodolgicos aplicados
durante el desarrollo de la investigacin, esta compuesto por ocho fases: estudio y
anlisis de la situacin actual, Identificacin de Puntos Estratgicos (Puntos de
Medicin), Estudio de la Distribucin Operacional de cada una de las Estaciones de
Flujo, Anlisis de las Caractersticas del Crudo de cada una de las Estaciones, Estudio
de las Normas Tcnicas para la medicin Automtica de Hidrocarburos Lquidos,
Estudio de los Medidores Automticos de flujo en lnea utilizados actualmente en la
Industria Petrolera que presente mayor precisin, Dimensionamiento del Sistema de
Medicin, estudio de la factibilidad econmica del proyecto.
4.1 Estudio y Anlisis de la Situacin Actual Inicialmente se realiz un estudio de la situacin actual en cuanto a la
recoleccin y manejo del crudo en las estaciones de flujo de la Unidad de Explotacin
Tierra Oeste de PVDSA, que consisti en realizar un recorrido completo por todas las
instalaciones que conforman la Unidad de Explotacion Tierra Oeste, a saber Estacin
de Flujo La Paz, Estacin de Flujo A de Mara, Estacin de Flujo Maraven-1, Estacin
de Flujo Maraven-2, Estacin de Flujo Maraven-3, analizando el tipo de medicin
que se tenia en las diferentes estaciones. El recorrido se comenz por las estaciones
de flujo A de Mara, Maraven-1, Maraven-2, Maraven-3 y Patio de Tanque de
Palmarejo de Mara por ser las ms lejanas del campo, por ltimo se hizo el recorrido
a la Estacin de Flujo B de La Paz.
Durante el recorrido se observ que en la Estacin de Flujo Maraven-1,
actualmente no existe equipo de medicin, la produccin es estimada por potencial de
pozo de la cual se encarga el departamento de Optimizacin de PDVSA realizndose
diariamente y consiste en alinear cada uno de los pozos que llegan a la estacin de
flujo al separador de medidas, quien a travs de un registrador (GAP)3 marca
3 GAP es un registrador de descargas amperimetricas que permiten determinar el volumen de crudo producido por un pozo.
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FOXBORO, toma las descargas amperimtricas realizadas por el pozo el cual es
medido por un lapso de 24 horas. Esta evaluacin se hace a todos los pozos que
llegan al mltiple de produccin (Pg. 14, capitulo II) de la Estacin de Flujo
Maraven-1 o tambin llamada Los Caballos.
MRV-1
MRV-2 MRV-3
E.F. A-MARA
OLEOLUZ
PALMAREJO DE MARA
E.F. SIBUCARA
E.F. B LA PAZ
K-8
E.F. C LA PAZ
E.F. H-7
E.F. SUR LA PAZ
E.F. L-7
PETROWAYU
COMEJEN
OLEOLUZ
CAMPO LA PAZ
CAMPO MARA
PESADO
E.F. SIBUCARA
PETROWAYU
OLEODUCTO PACON
10
12
12
10
Figura 5. Manejo de la Produccin de Crudo en la Unidad de Explotacin Tierra
Oeste de PDVSA
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MULTIPLE
FOSA
SEPARADOR DE
MEDIDA
SEPARADOR DE
PRODUCCION
BOMBA
RECIPROCANTE
LEYENDA:
SEPARADOR DE MEDIDA
SEPARADOR DE PRODUCCION
BOMBA RECIPROCANTE: 7000 Bls. Nivel 1.80mts
MULTIPLE (POZOS): DM-116, DM-118, DM-119,
DM-120, DM-151, DM-153, DM-155, DM-156, DM-
E.F. A de Mara
Figura 6. Distribucin Operacional de la Estacin de Flujo Maraven 1.
Distribucin Operacional MRV-1
POZOS ACTIVOS CAUDAL
SEP. DE PRODUCCION
SEP. DE MEDIDA
MULTIPLE (PUESTOS)
13 6446 1 1 24
Tabla 1: Composicin actual de la Es