MEDICION DEL GAS NATURAL

MEDICION DE GAS NATURAL METODO PLACA ORIFICIO.

PIURA - PERU

INDICE

1 INTRODUCCION

2 FLUIDOS

2.1 Fluidos segregados

2.2 Fluidos intermitentes

2.3 Fluidos distribuidos

3 GAS NATURAL

3.1 Propiedades del gas natural

3.2 Tipos de gas natural

3.3 Fuentes de gas natural

4 DISEO DE INSTALACIN PARA MEDIR GAS NATURAL

5 TIPOS DE MEDIDORES

5.1 Medidores de presin diferencial

5.2 Medidores tipo turbina

5.3 Medidores de rea variable

6 MEDIDORES DE PRESION DIFERENCIAL

6.1 Introduccin

6.2 Teora de operacin

Placa de orificio

Brida de orificio

Botellas de drenaje

Alabes de alineamiento

6.3 Instalacin

6.4 Operacin y mantenimiento

7 LECTURA DE CARTAS

7.1 Cartas decimales

7.2 Cartas L10

8 CLCULOS DE MEDICIN

8.1 Ecuacin General y Constante de flujo para orificio

8.2 Ejemplos de clculo

8.3 Diseo de un plato para medicin de gas

9 TABLAS Y ANEXOS

1 INTRODUCCION

La medicin del gas natural es una operacin importante en un proceso industrial as como para las ventas y el control estadstico de produccin.

En todos los procesos industriales se necesitan mediciones muy aproximadas del gas natural para calcular rendimientos, eficiencias, consumos, etc.

La exactitud de las mediciones depende o estn en funcin del diseo de la instalacin.

En el desarrollo del presente curso se aprender:

a) Propiedades del gas natural

b) Fuentes de produccin

c) El diseo de la instalacin correcta.

d) Descripcin de los medidores

e) Procedimiento para calcular el volumen de gas natural.

Del mismo modo se presentarn ejemplos de cartas y clculos de medicin siempre dentro del campo de produccin petrolera.

La comparacin de las caractersticas de los medidores en sus diferentes tipos y el grado de exactitud que ofrece cada fabricante, se aplicarn en la seleccin de un medidor para la necesidad que tenga cada usuario.

La consecuencia lgica de adquirir estos conocimientos ser la mejor medicin y la garanta del mejor control de produccin as como los ingresos exactos en casos de venta.

2 FLUIDOS

La Real Academia Espaola define fluido de la siguiente manera: Dcese de cualquier cuerpo cuyas molculas tienen entre s poca o ninguna coherencia, y toma siempre la forma del recipiente o vaso dnde est contenido; como los lquidos y los gases.

Fluir, se define como Correr un lquido o un gas.

Flujo, se define como: Accin o efecto de fluir.

En un ambiente de dos fases, fase lquida y fase gaseosa, segn BEGGS, tenemos

2.1 Flujo Segregado

2.1.1 Flujo Estratificado

2.1.2 Flujo Ondulado

2.2.3 Flujo Anular

2.2 Flujo Intermitente

2.2.1 Flujo Tapn

2.2.2 Flujo Bache

2.3 Flujo Distribuido

2.3.1 Flujo burbuja

2.3.2 Flujo Niebla

Flujo Estratificado: El lquido fluye por el fondo de la tubera y el gas se desplaza sobre la interfase gas lquido

Flujo Ondulado: Es similar al estratificado; pero el gas se mueve a mayor velocidad que el aceite y la interfase est formada por ondas que se desplazan en la direccin del flujo.

Flujo Anular: El lquido forma una pelcula alrededor del interior de la tubera y el gas fluye a alta velocidad en su parte central.

Flujo Tapn: Flujo en el cual se alternan tapones de lquido y de gas en la parte superior de la tubera.

Flujo Bache: Impulsadas por la mayor velocidad del gas, las ondas se elevan peridicamente, hasta tocar la parte de la tubera, formando espuma.

Flujo Burbuja: En ste tipo de flujo las burbujas de gas se desplazan por la parte superior de la tubera a la misma velocidad que el lquido.

Flujo Niebla: La mayor parte de lquido fluye disperso en forma de niebla

En un ambiente de una fase gaseosa, debemos considerar dos tipos de flujo en funcin de las prdidas de presin por friccin:

Flujo Laminar: Flujo con nmero de Reynolds menor de 2300.

Flujo Turbulento: Flujo con nmero de Reynolds mayor de 2300. (Blasius, define incluso dos tipos de flujo turbulento, en tuberas lisas y en tuberas rugosas).Para la medicin de gas debemos tratar de lograr un flujo laminar.

3 GAS NATURAL

El gas natural, es un fluido compresible bajo diversas condiciones de temperatura, presin, composicin, gravedad especfica, viscosidad, etc., que son propias de cada fuente de produccin.

3.1 Propiedades del Gas Natural.

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos que viene conjuntamente con el petrleo procedente de las formaciones productoras, y que por las condiciones de gravedad en el proceso de produccin se separa del crudo formando la fase gaseosa. Las propiedades del gas natural son las siguientes:

Composicin volumtrica

Bsicamente el gas natural est compuesto por hidrocarburos que van desde el metano hasta el hexano. Un ejemplo de composicin es el siguiente:

COMPONENTESCOMPOSICIN

Metano, C175 al 98 %

Etano, C21 al 10 %

Propano, C30.02 al 5 %

Butanos, (iC4 y nC4)0 al 4 %

Pentanos, (iC5 y n C5)0 al 3 %

Hexanos, C60 al 3 %

En algunos casos, se ha detectado, presencia de otros componentes, tales como:

Dixido de Carbono, CO2

Oxgeno, O2

Nitrgeno, N2

Sulfuro de Hidrgeno, SH2 y

Cloruros, en algunos casos.

PRESION

Es una variable muy importante para la medicin del gas natural, considerando que es un fluido muy compresible, tal como lo hemos definido, comprobamos que la presin alcanza diferentes valores, bien sea por presin natural, presin propia de los pozos o de la formacin productora de petrleo o por presin suministrada por los equipos de compresin de gas natural.

En las diferentes reas que conforman los reservorios de Petrleo en Talara, existen equipos de presin de vaco ( desde 9 Pulgadas de Mercurio) hasta presiones altas del orden de las 1000 psig.

CONCEPTOS DE PRESIONES ABSOLUTA Y MANOMETRICA

En el esquema anterior se observan las relaciones entre las diferentes presiones existentes, no debemos olvidar que la presin atmosfrica la medimos a nivel del mar.

En las operaciones petroleras la presin se mide en psig, libras por pulgada cuadrada, en el sistema ingles. Por otro lado es cada vez ms comn trabajar en el sistema mtrico decimal.

Las presiones de vaco se miden en pulgadas de mercurio (Inch Hg), y las cadas de presin muy pequeas se miden en pulgadas de agua. En la tabla adjunta se pueden observar las equivalencias de las medidas de la presin.

TEMPERATURA

La temperatura del gas natural es una propiedad que, generalmente, vara con la del Medio Ambiente. Se manifiesta significativamente cuando el gas es comprimido para elevar su presin, por efecto de la compresin o contraccin aumenta la energa cintica interna del mismo provocando un incremento de la temperatura del gas.

Normalmente la temperatura se mide en grados Fahrenheit, para las conversiones se usan comnmente tablas o las frmulas de conversin siguientes:

Para convertir grados Centgrados a Fahrenheit:

T = 1.8 Tc + 32

Y para convertir grados Fahrenheit a Centgrados

Tc = ( T 32 ) / 1.8

Donde Tc = Temperatura en grados centgrados.

Cuando se provoca una cada de presin brusca de presin o descompresin en una tubera, se produce el efecto contrario, el gas absorbe el calor del medio ambiente y se observa hielo en la superficie de la tubera.

GRAVEDAD ESPECFICA

La Gravedad Especfica para gases es la relacin entre la densidad del gas medido a 60 grados Fahrenheit y la densidad del aire tambin a 60 grados Fahrenheit.

Gr. Esp. = ( D gas a 60 grados F ) / (D aire a 60 grados F )

Bsicamente sirve para poder opinar cuan liviano es un cualquier gas respecto del aire.

Un gas pesado o muy hmedo tiene una Gravedad Especifica ms alta.

En general el gas natural es ms liviano que el aire, porque cuando se expande asciende rpidamente, en consecuencia, la gravedad especfica, de diversos gases naturales ser menor que 1.0

No debemos olvidar que la Gravedad Especifica es una relacin o comparacin con el aire y por lo tanto carece de unidades. Es un concepto adimensional.

CALOR ESPECFICO

Es la cantidad de calor desprendida por una libra de gas al subir la temperatura un grado Fahrenheit. (Btu/ Lb / grado F)

RENDIMIENTO CALRICO O PODER CALORIFICOCalor desprendido por un pie cbico de gas (Btu/pc a 14.7 psig)3.2 TIPOS DE GAS NATURAL

Por su procedencia, se clasifica en dos grandes grupos:

Gas Natural Asociado

Gas Natural No Asociado

GAS NATURAL ASOCIADO

Se denomina as al gas que viene mezclado con el petrleo al salir del pozo, y que posteriormente es separado por gravedad en los Separadores de las bateras.

La medida que nos d una referencia de cuanto gas viene con el petrleo es el GOR ( Relacin Gas vs. OIL o crudo o petrleo producidos), expresados en Miles de pies cbicos de gas por barril de petrleo.

Este gas se denomina Gas Rico o Gas Hmedo, por la presencia de hidrocarburos lquidos en su composicin, tales como el propano, butano, pentano, hexano y gasolina liviana.

En la Tabla siguiente se muestran algunas caractersticas de la composicin del Gas Asociado en los campos de Talara:

C1 = 75 %

C4 = 4 %

C2 = 10 %

C5 = 3 %

C3 = 5 %

C6 = 3 %

Gravedad Especfica: 0.60 @ 070

Rendimiento Calrico o Poder Calorfico: 1100 @ 1250 Btu/pc

Rendimiento de Lquidos: 1, 5 Galones por pie cbico.

En Talara el gas no asociado se us como materia prima para producir Urea en la Planta de Fertilizantes y actualmente se usa en sistema de combustible en Generacin Elctrica.

GAS NATURAL NO ASOCIADO

Es el gas producido directamente de Pozos Gasferos.

Es la presin de los reservorios de gas la que hace fluir el gas hacia la superficie con presiones diferentes. Las presiones diferentes son funcin directa o dependen del volumen de gas contenido en la formacin o reservorio de gas.

Es un gas generalmente seco el que se produce en los campos de Talara. El trmino de Gas Seco se aplica por la ausencia casi total de hidrocarburos lquidos. Se caracteriza por el alto contenido de metano. En la Tabla Adjunta se observa una composicin tpica

C1 = 97 %

C2 = 2 %

C3 +... C n = 1 %

Gravedad Especfica: 0.55 @ 0.59

Rendimiento Calrico o poder Calorfico: 940 @ 1000 Btu/pc

Rendimiento de lquidos: 0.130 Galones por pie cbico

3.3 FUENTES DE GAS NATURAL

En campos de Talara, todas las Bateras de Ex Petroper, hoy operadas por los distintos contratistas y los pozos gasferos en cada uno de los diferentes lotes son fuentes de produccin.

Otras fuentes de produccin es el Zcalo continental operado por Belco, Petromar y Actualmente Petrotech. En otra rea del Dpto. de Piura opera Olimpic y en Selva opera Pluspetrol

En los ltimos 10 aos se descubrieron en la zona de CAMISEA reservorios con gas suficiente para cubrir la demanda de 50 aos en Per.

4 DISEO DE INSTALACIN PARA MEDIR GAS NATURAL

Para disear correctamente la instalacin de un medidor de gas natural debemos tener en cuenta las siguientes consideraciones:

En Per, el medidor de gas natural debe tener como elemento bsico de clculo la presin diferencial originada en una Placa de Orificio.

Debe lograrse un flujo laminar en la entrada a la Placa de orificio. Este flujo laminar se logra cumpliendo las especificaciones del Reporte de Medicin emitido por AGA.

La tubera a disearse estar en funcin del flujo mximo y mnimo que circular durante el proceso de produccin de gas natural.

Se debe contar con una toma de temperatura y un registro que permita calcular la temperatura promedio.

A continuacin se detallan las medidas de tubera libre que debemos tener antes y despus de la placa de orificio.

5 TIPO DE MEDIDORES

5.1 MEDIDORES DE PRESIN DIFERENCIAL

Los medidores registradores de presin diferencial son los elementos primarios ms comnmente usados en las operaciones de medicin del Gas Natural. Una buena instalacin y un diseo de acuerdo con el Manual de AGA, proporciona una exactitud del 98 %

Estn compuestos por un registrador de presin esttica y un registrador de presin diferencial, ambos conectados a la brida de orificio. Los registros se plasman en cartas circulares mediante dos plumas conectadas a los registradores. Mas adelante veremos ms detalles de stos medidores

5.2 MEDIDORES TIPO TURBINA

Estos medidores relacionan la velocidad y el volumen de flujo. Miden la velocidad del gas cuando atraviesa un segmento de tubera llamado tubo medidor y contiene un rotor con labes de alineamiento.

El rotor es el elemento de medicin propiamente dicho y consta de paletas que giran con una velocidad angular que es proporcional a la velocidad del fluido gaseoso que pasa a travs del tubo medidor. Estas paletas generan un voltaje intermitente en forma de pulsos que son proporcionales a una pequea unidad de volumen, de manera que la amplitud del pulso vara con la velocidad del rotor. Son medidores y no registradores.

5.3 MEDIDORES DE AREA VARIABLE

Denominados tambin rotmetros, consisten en un tubo vertical con un flotador, que se desplaza dentro del tubo por variacin del flujo. Se usan generalmente en flujo de bajo caudal y bajas presiones de gas

El gas ingresa por la parte inferior y sigue la direccin que se muestra en el dibujo adjunto, ejerciendo una fuerza sobre el flotador. El flotador mantiene un equilibrio con las fuerzas hidrulicas que actan en sentido contrario a su peso.

En la parte exterior del tubo viene calibrada una escala que permite una lectura directa.

6 MEDIDORES DE PRESIN DIFERENCIAL

6.1 INTRODUCCION

El fundamento de estos medidores de presin diferencial radica en la cada de presin provocada en el fluido gaseoso cuando pasa a travs del orificio en una placa, instalado en la lnea de flujo. Cuando la masa gaseosa pasa por el orificio sufre una restriccin de flujo produciendo un cambio en la energa cintica. (Disminucin de presin).

Debemos tener en cuenta que el peso o masa del gas que pasa por una seccin de rea de la tubera (dimetro interior del tubo) en una unidad de tiempo, es constante e igual al que pasa por una segunda seccin (orificio) por unidad de tiempo.

PLACA DE ORIFICIO

En ste cambio de condiciones definitivamente intervienen otras variables que se tratan en detalle cuando se desarrolla el curso de Flujos Multifsicos, pero para el presente curso es importante considerar slo lo enunciado antes.

6.2 TEORIA DE LA OPERACIN

Para verificar si funciona bien toda la instalacin del medidor debemos conocer la teora de cada uno de los elementos que lo componen.

PLACA DE ORIFICIO CONCENTRICO

Es el elemento primario de la medicin. (ver tabla para construir platos o placas de orificio).

BRIDA DE ORIFICIO

Tienen dos tomas de presin, roscadas, en cada una de la pareja.

PORTAPLATOS

Permiten cambiar placas de orificio sin interrumpir flujo

BOTELLAS DE DRENAJE

La presencia de lquidos en el medidor, se traduce en errores en la medicin, puesto que los lquidos inundan el elemento de presin diferencial (caja de fuelles) .

Los lquidos son incompresibles, en consecuencia dan lectura equivocada

ALABES DE ALINEAMIENTO

El propsito de los labes de alineamiento es eliminar los remolinos o la turbulencia del gas, es decir, lograr un flujo laminar.

Estn constituidos por un bulto de tubos de seccin circular.

CAJA DE FUELLES

La diferencia de presiones, expresada en pulgadas de agua contrae los fuelles en proporcin al rango de medicin, transformando ese desplazamiento a un mecanismo de giro de un pivot calibrado, y de ste a una pluma de registro a una carta o disco, con tinta de color rojo.

La resistencia de los fuelles es mayor a medida que aumenta el rango. La caja de fuelles es el elemento principal del medidor registrador de presin diferencial, es un espacio totalmente sellado y aislado del medio ambiente. La medicin se puede efectuar en ambientes de vaco como de altas presiones.

MECANISMO DE PRESIN DIFERENCIAL

MEDIDOR DE PRESIN ESTATICA

Consiste bsicamente de un elemento de presin esttica conocido comnmente como bourdon, que est instalado en la caja del medidor registrador, van conectados por un lado a una de las tomas de la brida, bien sea antes o despus del plato de orificio, y por otro lado a una pluma de registro con tinta de color azul

BOURDONES

Los Bourdones son elementos sensores de presin por deformacin elstica, y son de amplio uso por su abundancia en el mercado. Hay tres tipos de elementos bourdn, el tipo C, el tipo Espiral y el Helicoidal, todos ellos son bsicamente un tubo cerrado por un extremo y fijo en el otro, seccin transversal elptica y de forma redondeada.

BOURDON TIPO C

Usados mayormente para sistemas de baja presin. El tubo forma un arco de 250 grados en forma de una letra C. Mediante un sistema de fijacin, el lado cerrado se encuentra conectado a un mecanismo de engranajes y pin mediante una barra de unin. El sistema de engranajes y pin mueve la aguja del puntero registrador.

BOURDON TIPO ESPIRAL

Se construyen enrollando un tubo de seccin transversal elptica, siendo que cada espira del Bourdon tiene un arco de 250 grados, semejante al tipo C, todos en un mismo plano.

A un aumento de presin el elemento tratar de desenrollarse, produciendo por lo tanto un desplazamiento del puntero indicador registrador.

BOURDON TIPO HELICOIDAL

Es semejante al tipo espiral, con la diferencia de que la forma es de un helicoide. Estos elementos tienen la ventaja de poder producir grandes desplazamientos del puntero por efectos de cambios de presin.

El metal usado comnmente en aplicaciones de baja presin es el cobre y sus aleaciones, en especial el bronce fosforado hasta 600 psi. Para servicios de ms alta presin se usan aleaciones ferrosas como son los aceros.

Todos los bourdones tienen impreso el rango mximo de presin de trabajo.

CAJA DE REGISTRO

La caja de registro est constituida por el sistema de mecanismo de movimiento de los elementos de presin esttica y presin diferencial. Amplifican y cuantifican los movimientos en espacios calibrados, bien sea en pulgadas de agua (presin diferencial) como en libras por pulgada cuadrada manomtrica. (Presin esttica.Los elementos tienen ajustes de calibracin y chequeo. Todas las partes son intercambiables. Adems en la caja van instalados el reloj y la carta o disco de registro.

RELOJEs el elemento de control de giro de la carta o disco en tiempos determinados. Vienen fabricados a cuerda y para rotaciones de:

2 horas24 horas

4 horas48 horas

6 horas72 horas

8 horas7 das

Estos relojes tienen un eje central que gira en tiempos determinados, donde se insertan los discos que van a registrar la medida. Los medidores digitales modernos acumulan informacin de hasta los 50 ltimos das.CARTA O DISCO

Son elementos circulares fabricados de papel especial en tamaos estndar, llevan impresos crculos concntricos a diferentes escalas. Normalmente vienen expresadas en dos escalas los rangos de presin esttica y presin diferencial, desde cero hasta diferentes topes. Existen diferentes tipos de carta que se tratarn en los ejemplos de clculo.

DIAGRAMA DE FLUJO

6.3 INSTALACION

Considerando que los elementos primarios son la brida de orificio con sus tomas y el plato o placa con orificio concntrico, las conexiones que se instalan despus de las vlvulas de bloqueo (elementos secundarios) tienen diseos apropiados para cada tipo de fluido.

Es el diseo ms conocido, no recomendable cuando hay presencia de hidratos

Diseo adecuado para medir gas con hidratos y con partculas slidas en el caudal.

Se recomienda tubera de media pulgada de dimetro.

6.4 OPERACIN

Una vez instalados todos los elementos de medicin, debemos revisar el cero, de la siguiente manera:

a. Abrir las vlvulas del by pass

b. Cerrar las vlvulas de bloqueo de la brida de orificio

c. Abrir la vlvula de venteo.

d. Despus de abrir la vlvula de venteo, las dos plumas deben marcar cero

Si las dos plumas no marcan cero, revisar si no ha quedado gas atrapado en las lneas, despus, si es necesario ajustar con calibradores de registro

Para poner en servicio el medidor se procede de la siguiente manera:a. Verificar que las vlvulas del by pass estn abiertas

b. Abrir simultneamente las vlvulas de bloqueo de la brida de orificio

c. Cerrar las vlvulas del by pass

CARTA

La carta o disco debe girar en tiempo exacto de acuerdo al tipo de reloj. Previamente se tiene que anotar en forma clara y correcta los siguientes datos (ejemplo).

Rango: 1000 # x 200

Placa orificio: 3 x 1

Fecha: De 14 enero 2002 a 15 enero2002

Ubicacin: Pea Negra

Servicio: Gas a Plunger Lift.

Rango de Presin Esttica en Psig ( # )xRango de Presin Diferencial en pulgadas de agua ( )

1000 # x100

El rango de la Presin Esttica viene impreso en el Bourdon instalado dentro de la caja del registrador.

El rango de la presin diferencial viene impreso en la Placa de la caja de diferencial.

Dimetro nominal de la tubera en pulg. ( )xDimetro del orificio ( )

3 x1

Fecha Inicial: Fecha y hora en que inicia el registro

Fecha Final: Fecha y hora en que terminar el registro

Ubicacin: Anotar en forma clara y legible la ubicacin exacta del lugar donde est instalado el medidor.

Servicio: Anotar en forma clara el uso que tiene el caudal medido.

Estos datos no deben olvidarse porque son importantes para la ejecucin del Balance de produccin entre los volmenes producidos y distribuidos.

MANTENIMIENTO

El mantenimiento debe empezar por la revisin del cero cada semana, para esto el medidor se pone fuera de servicio cerrando las vlvulas de bloqueo, las dos plumas deben marcar cero. Caso contrario se hace el ajuste de las plumas.

El mantenimiento para el mecanismo de presin diferencial y de presin esttica se realizan mediante los Programas de Mantenimiento de instrumentos, los cuales, en general estiman una intervencin cada tres meses.

El mantenimiento al mecanismo de presin esttica se hace con un manmetro patrn o con un sistema de pesas que representan 50, 100, 500, 1000 psig. Se ajusta la pluma de la esttica de ser necesario.

El mantenimiento al mecanismo de presin diferencial se puede hacer con una columna de agua o con una bomba de presin con escala en plugadas de agua o con instrumento digital, en rangos de 10, 20,30, 40, hasta el 100% del rango. Se ajusta la pluma de diferencial de ser necesario.

7 LECTURA DE CARTAS

7.1 Cartas decimales

Para leer correctamente una carta de 24 horas, se divide el rea circular en 24 partes y se anotan las lecturas promedio de cada hora del grfico de la presin esttica y la presin diferencial.

Luego se obtiene el promedio de los 24 datos tomados y al resultado se le aplica la frmula.

Del mismo modo se procede con la curva de registro de temperatura para determinar la temperatura promedio.

7.2 Cartas L10

Las cartas L10 registran directamente la raz cuadrada de la presin diferencial y la raz cuadrada de la presin esttica absoluta.Para obtener los datos con los cuales se calcular el volumen se procede a dividir el grfico en 24 partes y se anotan los promedios de cada hora. Luego se calcula el promedio de los 24 datos obtenidos tanto para presin diferencial como para la presin esttica.

8 CALCULOS DE MEDICION

8.1 ECUACION GENERAL

Para calcular el volumen de gas natural que pasa por una placa de orificio se aplica la siguiente frmula. Esta ecuacin representa el caudal de gas natural en pies cbicos por hora a condiciones base de presin y temperatura.

CONSTANTE DE FLUJO PARA ORIFICIO

La constante C se define como el caudal en pies cbicos hora, a condiciones base, cuando la extensin P x hw es igual a uno.

Comnmente se le conoce como Coeficiente de Flujo

Se calcula con la siguiente ecuacin.

C = Fb x Fr x Y x Fpb x Ftb x Ftf x Fg x Fpv x Fm

Donde :

Fb = Factor base de orificio.

Fr = Factor del numero de Reynolds.

Y = Factor de expansin.

Fpb = Factor de presin base

Ftb = Factor de temperatura base

Ftf = Factor de Temperatura de flujo

Fg = Factor de Gravedad especfica

Fpv = Factor de sper compresibilidad

Fm = Factor de manmetro

Para facilidad de clculo no se consideran los siguientes factores, por ser de valor similar a 1.0

Fr, Y, Ftb, Fm. = 1.0

En consecuencia la constante C quedara reducida a:

C = Fb x Fpb x Ftf x Fg x Fpv

Factor base de orificio ( Fb ) Se obtiene directamente de la Tabla 5. Es la interseccin del dimetro del orificio y el dimetro nominal de la tubera

Factor de presin base ( Fpb ) Se obtiene de la tabla 6, para todos los clculos ser 1.00206 por que la presin base es 14.7

Factor de Temperatura base ( Ftb ) Consideramos 1.0 porque la temperatura base de los clculos es 60 grados Fahrenheit.

Factor de Temperatura de flujo ( Ftf ) Se obtiene de la Tabla 8 conociendo la temperatura del flujo.

Factor de Gravedad Especfica ( Fg ) Se obtiene de la Tabla 9, conociendo la gravedad especfica determinada segn anlisis de Laboratorio.

Factor de Sper compresibilidad ( Fpv ) Es la desviacin del comportamiento del caudal de gas real respecto al gas ideal. Se aplica en fluidos de alta presin. Se obtiene en la Tabla 10, conociendo la presin y la temperatura. Es importante conocer con que unidades de P y T se entra en las tablas.

8.2 EJEMPLOS DE CALCULO

EJEMPLO 1

Calcular el volumen de gas vendido por Ca. Plus a Fbrica Alfa, en tubera de 10 pulg. SCH 40 en las siguientes condiciones.

D = Dimetro interior del tubo : 10.020.

d = Dimetro del orificio : 4.5 pulgadas

T = Temperatura del gas : 90 grados Fahrenheit

G = Gravedad especfica: 0.67

P = Presin en medidor (psig): 400

Presin absoluta ( psia): 414.7

Hw = Presin diferencial : 60 pulgadas de agua

Debemos calcular la constante C, entonces tenemos:

De tabla 5, para 4.5 y 10.020 obtenemos Fb = 4204.1

De tabla 6, para 14.7 psia se tiene .............Fpb= 1.00206

De tabla 8, para 90 F..................................Ftf = 0.9723

De tabla 9, para 0.67 de Grav.Especfica.....Fg = 1.2217

De tabla 10, para 400psig y 50 F.................Fpv= 1.0265

Entonces:

C= 4204.1 x 1.0026 x 0.9723 x 1.2217 x 1.0265

C= 5136.7754

Clculo del volumen:

Qh = 5136.7754 414.7 x 60

Qh = 810.276 PCH

Qd = 19446634 PCD

Qh = 19.447 MMPCD

EJEMPLO 2

Se desea medir el volumen de gas a condiciones de 14.7 psia y 60 grados de temperatura en la lnea de succin de un compresor. La lnea es de 10 SC 30. El disco es semanal.

D = 10.136

d= 3 pulg

T = 80 F

G = 0.605

Pf= 14.724.7psia

hw= 15 agua

De tablas Fb = 1826.3

Fpb = 1.00206

Ftf = 0.9813

Fg = 1.2856

Fpv = 1.0007 (valor por interpolacin)

Calculo de C = 1826.3 x 1.00206 x 0.9813 x 1.2856 x 1.0007

C = 2310.3478

Clculo del volumen:

Qh = 2310.3478 24.7 * 15

Qh = 44470 PCH

Qs = 44470 x 24 x 7

Qh = 7.471 MMPC semanales

EJEMPLO 3

Calcular el volumen de gas de vaci que ingresa a una Planta de Absorcin por una tubera de 12 dimetro y SCH 30.

D = 12.090

d = 6

T = 80 F

G = 0.603

Pf = 14 in Hg.(pulgadas de mercurio)

6.88 psia (tabla de equivalencia de presiones).

Hw= 6 de H2O

Clculo de Factores: Fb = 7564.7

Fpb = 1.00206

Ftf = 0.9813

Fg = 1.2878

Fpv = 1.0 (Para gas de vaco)

Clculo de C = 7564.7 x 1.00206 x 0.9813 x 1.2878 x 1.0

C = 9579.341

Clculo del volumen:

Q = 9579.341 6.88 * 6

Q = 1.477 MMPCD

8.3 DISEO DE UN PLATO PARA MEDICIN DE GAS

Anteriormente vimos el procedimiento para calcular un volumen de gas conociendo el dimetro del orificio en la placa o plato y las caractersticas principales de un caudal de gas natural. Ahora veremos el procedimiento inverso que nos servir para determinar el dimetro del orificio, conociendo el volumen de gas, el dimetro de la tubera, la presin y temperatura del flujo, y la gravedad especfica.

EJEMPLO DE DISEO DE UN PLATO PARA MEDICIN DE GAS

Seleccionar el Plato de orificio que se debe instalar para controlar un caudal de 800 MPCD de gas natural que se transfiere por una tubera de 6 de dimetro SCH 40. , con las siguientes caractersticas: Pf = 25.7 psia ( 11psig ), G = 0.636; T = 80 F. Se tiene un Registrador de rango 50# x 100 H2O.

Solucin:

Debemos tener en cuenta que las plumas deben marcar aprox. en un 30 @ 50 % de las escalas de presin y temperatura.

En un da tenemos: Q = 24 x C x Pf x hw

Asumimos que la presin diferencial es 50 y despejamos C:

C = 800000/ ( 24 25.7 x 50 )

C = 929.88

Ahora conociendo C se puede encontrar el Factor Base.

C = Fb x Fpb x Ftf x Fg x Fpv

Fpb = 1.00206

Ftf = 0.9813

Fg = 1.2539

Fpv = 1.0008 ( por interpolacin )

Luego reemplazamos y despejamos Fb:

Fb = 929.88 / ( 1.0026 x 0.9813 x 1.2539 x 1.0008 )

Fb = 753.565Con ste valor miramos la tabla del Factor Base para tubera de 6 pulgadas SCH 40 y encontramos:

D (pulgadas)Fb

1.875714.19

2.000814.41

Observamos que el valor de 753.565 est entre los valores de 714.19 y 814.41; en consecuencia el dimetro del orificio ser de 2 pulgadas.

TABLAS

ANEXOS

CARTA DECIMAL

5.3 El Sistema de LAG

Para realizar las operaciones de levantamiento artificial por gas se requiere de un conjunto de equipos tanto en superficie como en el subsuelo. El equipo de superficie consta de un sistema de compresin, una red de distribucin de gas a alta presin, equipos de medicin y control del gas comprimido y la red de recoleccin del gas a baja presin. El equipo de subsuelo en los pozos consta de los mandriles conjuntamente con sus vlvulas de descarga y la vlvula operadora.

En la siguiente figura se presenta un sistema tpico de LAG, las flechas indican el recorrido del gas en el sistema.

Recorrido del gasEl gas a alta presin proviene del sistema de compresin de donde se enva a los pozos a travs de una red de distribucin, luego el gas de levantamiento conjuntamente con los fluidos producidos a travs de los pozos, es recolectado por las estaciones de flujo donde el gas separado es enviado al sistema de compresin a travs de un sistema de recoleccin de gas a baja presin.

Usos del gas comprimidoUna fraccin del gas comprimido es utilizado nuevamente con fines de levantamiento mientras que el resto es destinado a otros usos: compromisos con terceros, combustible, inyeccin en los yacimientos, transferencia a otros sistemas, etc.

Para llevar un control del uso del gas es necesario realizar un balance entre la tasa de gas de salida de planta con la tasa de gas en los diferentes usos del gas comprimido: produccin artificial por levantamiento artificial por gas, gas inyectado a los yacimientos, gas usado como dieta a refineras, gas transferido a otros sistemas, etc.

(MMscfd) salida de planta = (MMscfd)diferentes usosEs importante medir adecuadamente el gas en cada uno de los diferentes usos ya que de lo contrario no podr realizarse correctamente el balance.

5.3.1 Equipo de superficie:

- Planta Compresora:

Se encarga de comprimir el gas proveniente de las estaciones, puede ser centrifuga (turbina) o reciprocante (motocompresor). Si no se extrae gas inter-etapas la tasa de gas de entrada a la planta en MMscfd debe ser igual a la tasa de salida.

- Red de distribucin de gas a alta presin:

Es el sistema de tuberas que distribuye el gas hacia los diferentes usos del gas comprimido. Generalmente el gas usado para LAG se reparte, entre los pozos asociados al sistema, a travs de mltiples de distribucin tambin a travs de una red del tipo ramificada.

La siguiente figura muestra un mltiple de distribucin de gas.

Para cuantificar la eficiencia del sistema de LAG (MMscf de gas/bl de petrleo producido) tanto a nivel de sistema como a nivel de pozo, es necesario realizar un balance entre la tasa de gas usado con fines de produccin con levantamiento artificial por gas, con la tasa de gas consumido por todos los pozos LAG :

(MMscfd) usado para LAG = (MMscfd) de LAG pozo i

Donde n es el nmero total de pozos LAG.

- Red de recoleccin de gas a baja presin:

Es el conjunto de tuberas que se encargan de llevar el gas a baja presin, que sale de los depuradores de las estaciones de flujo, hasta la planta compresora.

Si no existen fugas de gas en el sistema, la tasa total de gas que llega y se mide en las estaciones incluye tanto el gas de levantamiento artificial por gas como el gas que proviene de los yacimientos. Dado que el gas de los yacimientos es imposible medirlo en los pozos LAG y mucho menos a nivel de sistema es necesario calcularlo por diferencia, de all que es imperativo mantener una buena medicin del caudal de gas total y caudal de gas de LAG para obtener un estimado del gas proveniente de los yacimientos.

(MMscfd)* de los yacimientos = (MMscfd) gas total en estaciones - (MMscfd) de LAG pozo i

A nivel del pozo i(MMscfd) del yacimiento = (MMscfd) gas total medido en el sep. de prueba - (MMscfd) de LAG pozo i Difcilmente la sumatoria de este ltimo clculo para todos los pozos ser igual al clculo anterior (MMscfd)* ya que normalmente la presin en el mltiple general de produccin no coincide con la presin del mltiple de prueba.

Por otra parte, es importante no solamente reportar el tamao de la placa de orificio utilizada para medir el gas total durante la prueba del pozo, si no tambin realizar el cambio respectivo en los programas corporativos que calculan la tasa de gas total a nivel de pozo.

Mas adelante se presentan las ecuaciones utilizadas para el clculo de gas total y de levantamiento utilizando discos de gas lineales y de raz cuadrada obtenidos con registradores de flujo de gas.

- Equipo de medicin y control:

Est formado por los registradores y reguladores de flujo, registradores y medidores de presin, vlvulas de bloqueo, etc.

Regulador de flujo: El equipo para controlar la tasa de inyeccin de gas son vlvulas normalmente de vstago y asiento que se utilizan para dosificar el gas de inyeccin para los pozos. La figura ilustra la instalacin del regulador de flujo en la lnea de gas en el pozo, en otros sistemas se instala en el mltiple (manifold) de gas, tambin se presentan los internos del regulador de flujo.

Regulador de flujo de gas

Girando el volante, en sentido contra-reloj, se levanta el vstago del asiento (de o ) aumentando el rea expuesta a flujo de gas; bajo el volante se encuentra una escala graduada que cuantifica el dimetro equivalente del rea en 64 avos de pulgada.

Los registradores de presin y de flujo: son muy similares en su aspecto exterior, pero mientras el de presin posee dos o tres elementos/resortes tipo bourdon que miden la presin de flujo, el de flujo posee dos elementos: un resorte similar a los anteriores y una cmara que mide la cada o diferencial de presin a travs de una placa de orificio colocada entre las bridas donde se instala el registrador. Ambos registradores estn equipados con mecanismos de relojera que hacen girar un disco de cartulina graduado con escala lineal o de raz cuadrada, donde se registran las presiones y diferencial de presin medidos. Para diferenciar los trazos se utilizan plumas cargadas con tinta de diferente color, por lo general, azul y rojo. Los resortes se fabrican para registrar diferentes rangos de presin: 0-500 lpc, 0-1000,1500,2000 lpc etc. mientras que las cmaras se fabrican para registrar diferenciales de 0-100 pulg de agua, 0-150,200 H2O etc.

En la siguiente figura se presenta la instalacin de los registradores a boca de pozo.

Registradores de flujo y presin

En la siguiente figura se presenta la posicin de los registradores de flujo (conectados a las bridas) en un mltiple de distribucin de gas y los reguladores de flujo en la lnea de gas. Obsrvese la cmara que mide la presin diferencial a travs de la placa de orificio instalada entre bridas.

Registrador de flujo en el mltiple de distribucin de gasEn esta otra ilustracin se presenta un dibujo de los internos de un registrador de flujo, el cual realmente no mide flujo, sino la cada de presin diferencial generada por la tasa de gas al pasar a travs de la placa de orificio, luego con ecuaciones apropiadas se convierte el diferencial en caudal de inyeccin de gas.

Registrador de flujo. Parte interior.

En la siguiente figura se esquematiza la cada de presin (P1-P2) que ocurre en la placa de orificio producto del aumento de la velocidad al reducirse el rea expuesta a flujo. Ntese que el bisel de la placa de orificio debe estar en el lado aguas abajo de la placa.

Diferencial a travs de la placa de orificio

Capacidad de medicin del registrador de 2 presiones:En el argot del gas-lift un registrador de 2 presiones de gamma 1000x2000, es un registrador que posee dos resortes: uno de rango de 0 a 1000 lpc para medir la presin de produccin en el cabezal (Pwh o THP) y otro de rango de 0 a 2000 lpc para medir la presin de inyeccin de gas en el cabezal del revestidor (Pio o CHP). Para este registrador se debera usar discos o cartas con doble escala una de rango de 0 a 1000 para leer la THP y otra de 0 a 2000 para leer la CHP.

En los casos donde no coincida la escala del disco con la gamma del registrador se utiliza la siguiente frmula:

THP CHP = Lect. en el disco x (Rango del resorte/Rango del disco) ..... (1.3)

A continuacin se presentan un ejemplo ilustrativo.

Ejemplos de lectura de un disco de dos presiones:

Caso 1 : levantamiento artificial por gas continuo

La siguiente figura muestra un disco de una sola escala lineal que va de 0 a 1000 los trazos dejados por el registrador indican que las lecturas son:

Lectura de THP= 100 (azul), yLectura de CHP= 600 (roja)

Disco de dos presiones THP-CHP. LAG continuo.

Si el registrador es de 1000x1000 entonces

THP= 100 lpc, yCHP= 600 lpc

Pero si el registrador es de 1000x 2000 entonces

THP= 100 lpc, yCHP= 600 x (2000/1000)= 1200 lpc

En este caso se observa alta presin de inyeccin y baja presin de produccin, y ambas son estables indicando una buena operacin en flujo continuo.

Caso 2 : levantamiento artificial por gas intermitente con choke control

En la siguiente figura se muestra un disco de dos presiones con doble escala lineal de 500x1000, correspondiente a un pozo que produce por levantamiento artificial por gas intermitente utilizando choke control. A diferencia del caso anterior en este ambas presiones cambian con tiempo. Se observa un tiempo promedio de ciclo de 1 hora y 8 minutos para aproximadamente 21 ciclos al da.

Disco de dos presiones PTP-PTR. LAG intermitente choke control.

Si el registrador es de 500x1000 lpc la vlvula cierra con 515 lpc en superficie a las 4:07 y 60 minutos despus, es decir, a las 5:07, abre con una presin de 580 lpc. La vlvula vuelve a cerrar, 10 minutos despus de abierta, es decir, a las 5:17 para un tiempo total de ciclo de 70 minutos.

La presin de produccin en el cabezal, THP, oscila entre 20 y 200 lpc, posible-mente est descalibrado el aparato dado el valor tan bajo registrado, o el aparato es de 1000x2000.

En intermitente, picos altos y delgados en la THP indican una buena operacin de levantamiento del tapn de lquido.

Caso 3 : levantamiento artificial por gas intermitente con TIMER

El siguiente ejemplo se trata de un disco de dos presiones con una nica escala lineal de 0 a 1000, correspondiente a un pozo que produce por levantamiento artificial por gas intermitente utilizando un controlador de los ciclos de inyeccin. Obsrvese que se extraen aproximadamente 24 tapones al da.

Disco de dos presiones PTP-PTR. LAG intermitente timer control.

Ntese que aproximadamente a las 4:11 pm abre el controlador inyecta 3 minutos y cierra a las 4:14, la vlvula de levantamiento artificial por gas abri en algn momento despus de que abre el timer, pero se observa que cierra a las 4:25 aproximadamente. El controlador vuelve a abrir a las 5:13 pm para completar un tiempo de ciclo de 62 minutos aproximadamente.

Si el registrador es de 1000x1000 lpc la vlvula cierra con una presin de 440 lpc y abre con una presin entre 450 y 500 lpc. La presin THP en este pozo oscila entre 80 y 350 lpc. Es muy importante realizar un mantenimiento peridico (calibracin) de los registradores de presin ya que el disco de dos presiones es clave para diagnosticar el funcionamiento del equipo de levantamiento artificial por gas.Capacidad de medicin del registrador de flujo:En la jerga del gas-lift un registrador de flujo de gamma 100x2000, es un registrador que posee una cmara de rango de 0 a 100 de agua para medir la presin diferencial y un resorte de rango de 0 a 2000 lpc para medir la presin de flujo del gas aguas arriba de la placa, esta presin se conoce con el nombre de presin esttica (P.est).

La magnitud del diferencial depende fundamentalmente del caudal de gas y del tamao del orificio de la placa. Si se desea ampliar el diferencial se instala una placa de orificio mas pequea y viceversa, esto permite seleccionar el tamao de orificio adecuado ya que para una medicin correcta las normas internacionales (AGA Report N 3) recomienda que la lectura diferencial quede en la franja central del disco (entre 30 y 75% de la escala por ejemplo).

Del disco de gas se obtiene las lecturas de la presin esttica y de la presin diferencial, dependiendo de la escala del disco lineal o de raz cuadrada se utilizan frmulas respectivas para calcular la tasa de inyeccin de gas.

Para disco lineal:

qiny (Mpcnd) = C x P.est x hw ...................... (1.4)

P.est= Lect.est x (Rango del resorte / Rango del disco) .......... (1.5)

hw = Lect.dif x (Rango de la cmara / Rango del disco) ....... (1.6)Donde

C=Factor de orificio, depende a su vez de nueve factores que estn en funcin de: la naturaleza del gas, relacin entre el dimetro del orificio de la placa y el dimetro de la corriente medidora, condiciones dinmicas de P y T de flujo, etc. El operador dispone de tablas de estos factores que por lo general lo suministra el personal de ingeniera de gas.

P.est= Presin esttica, lpc

Lect.est= Lectura esttica, por lo general, trazada en tinta de color azul.

hw = Presin diferencial, lpc

Lect.dif=Lectura diferencial, por lo general, trazado en tinta de color rojo.

Para disco de raiz cuadrada:

qiny (Mpcnd) = Form x Lect.est x Lect.dif .............. (1.7)

P.est= (Lect.est)2 x (Rango del resorte / 100) ....................... (1.8)

hw = (Lect.dif)2 x (Rango de la cmara / 100) .................. (1.9)Donde:

Form=Factor del orificio-medidor. Similar al factor C pero incluye la

gamma del registrador de flujo. (Se puede obtener del programa ORIF )

Lect.est= Lectura esttica, trazado en tinta de color azul.

Lect.dif= Lectura diferencial, trazado en tinta de color rojo.

Ejemplo de lectura de un disco de gas y clculo del caudal de inyeccinLa siguiente figura muestra un disco de gas de raz cuadrada los trazos dejados por el registrador de flujo indican que las lecturas son:

Lect.est= 8,7 (azul) yLect.dif= 6,2 (roja)

Disco de gas de raz cuadrada

Si el registrador es de 100x2000 y la placa de orificio es de 5/8 instalada en una corriente medidora de 2 entonces se lee de la Tabla de la siguiente pgina:

Form= 11,4 (aprox.)

Luego aplicando la ec. 1.7

qiny = 11,4 x 8,7 x 6,2 =

qiny = 615 Mpcnd o Mscfd

Obsrvese que cada punto diferencial equivale a 100 Mscfd aproximadamente.

La P.est se estima aplicando la ec 1.8: P.esttica= (8,7)2 x(2000/100)= 1514 lpc

que es prcticamente la presin del sistema.

EMBED Word.Picture.8

Equipo de subsuelo

volante

Brida para instalar el registrador de flujo

Regulador de flujo

Vstago

Asiento

Registrador de flujo

Regulador de flujo

Registrador de 2 presiones

60 agua 2 lpc

CHP

THP

Lect.dif

Lect.est

Tabla N Factores Form para lneas de 2,067 pulgadas con registrador de 100x2000.

PAGE 9

_1101130979.doc

Columna de mercurio a

Columna de agua a

cero grados centigrados

15 grados centigrados

Kilogramos

por centimetro

cuadrado

Libras

por

pulgada

cuadrada

atmsferas

Metros

Pulgadas

Metros

Pulgadas

Pies

1

14,32

0,9678

0,7355

28,96

10,01

394,1

32,84

0,07031

1

0,06805

0,5171

2,036

0,7037

27,70

2,309

1,033

14,70

1

0,76

29,92

10,34

407,1

33,93

1,360

19,34

1,316

1

39,37

13,61

535,7

44,65

0,03453

0,4912

0,03342

0,02540

1

0,3456

13,61

1,134

0,09991

1,421

0,09670

0,07349

2,893

1

39,37

3,281

0,002538

0,03609

0,002456

0,001866

0,7348

0,02540

1

0,08333

0,03045

0,4331

0,02947

0,02240

0,8818

0,3048

12

1

Ejemplo 1: Un kilogramo por centmetro cuadrado = 32.84 pies de agua.

Ejemplo 2: Un pie de agua = 0,03445 kilogramos por centmetro cuadrado

Origen: Petroleo Interamericano

Tabla de Equivalencias de Presion

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