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

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.

ii

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

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.

2

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.

10

CAPITULO II MARCO TERICO

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.

12

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

13

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.

19

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

22

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.

23

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%).

24

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

25

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.

26

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

27

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

28

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)

30

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.

32

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

33

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

37

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.

38

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.

39

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.

41

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