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Proceso de medición de crudo

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1Instituto Mexicano del Petrleo, Coordinacin del Programa de Investigacin y Desarrollo Tecnolgico, Aseguramiento de la Produccin de Hidrocarburos. Mxico DF. Email:mgodoy@imp.mx2Instituto Mexicano del Petrleo, Coordinacin del Programa de Investigacin y Desarrollo Tecnolgico, Aseguramiento de la Produccin de Hidrocarburos. Mxico DF.3Instituto Mexicano del Petrleo, Coordinacin del Programa de Investigacin y Desarrollo Tecnolgico, Aseguramiento de la Produccin de Hidrocarburos, Departamento de Tecnologas Avanzadas UPIITAIPN. Mxico DF.4Instituto Mexicano del Petrleo, Coordinacin del Programa de Investigacin y Desarrollo Tecnolgico, Aseguramiento de la Produccin de Hidrocarburos. Mxico DF.5Instituto Mexicano del Petrleo, Coordinacin del Programa de Investigacin y Desarrollo Tecnolgico, Aseguramiento de la Produccin de Hidrocarburos. Mxico DF.Recibido: agosto de 2006Aceptado: diciembre de 2007ResumenEn el presente trabajo se muestra el desarrollo de un sistema porttil para la medicin de flujo multifsico, basado en la tecnologa de separacin ciclnica GLCC1y su utilizacin en el aforo de pozos petroleros. El desarrollo del sistema se compone de tres fases, la primera se orienta hacia el diseo geomtrico de un separador tipo ciclnico por medio del simulador GLCC V 7.8, as como el dimensionamiento y la seleccin de los instrumentos de medicin y vlvulas de control de flujo. En la segunda fase, se lleva a cabo la etapa de diseo del control automtico del sistema, el cual se fundamenta en el desarrollo e implantacin de cuatro estrategias de control basadas en el comportamiento dinmico de las variables de produccin del pozo; la tercera fase, la constituye el desarrollo de una interfaz para la integracin y operacin conjunta de los componentes de medicin y control del sistema, as como de visualizacin, procesamiento y almacenamiento de la informacin. Se muestran los resultados experimentales de una prueba de medicin realizada en campo, las mediciones obtenidas muestran la eficiencia, confiabilidad y funcionalidad del sistema.Descriptores:Medicin de flujo multifsico, separador ciclnico, estrategias de control automtico.AbstractThis paper shows the development of a portable multiphase flow measurement system based in cyclonic separation technology GLCC@1. This system is aimed for oil well measurement and was developed in three phases; the first devoted to the geometric design of a cyclonic separator by means of design software GLCC V7.8 and the selection of measurement instrumentation and flux control valves. In the second phase, the automatic control system was designed for the implementation of four control strategies each one related with a possible scenario of the well behavior. The third constitutes the integration of the measurement and control devices through a user interface aimed for visualization, information processing and system's operation and control. Experimental results in oil well measurements show the efficiency and workability of the integrated system.Keywords:Multiphase flow measurement, cyclonic separator, automatic control strategies.IntroduccinLa medicin del flujo volumtrico a boca de pozo (prueba de aforo) es de gran inters para los ingenieros de produccin y de yacimientos, pues provee de informacin necesaria para evaluar y optimizar el desempeo de pozos de produccin de hidrocarburos. La cuantificacin fiable del flujo de cada una de las fases de una corriente de produccin, permite a los operadores tomar mejores decisiones acerca del desempeo de los pozos, con esta informacin los ingenieros pueden identificar, comprender y remediar los problemas asociados con el flujo de pozos mltiples, optimizar las operaciones de levantamiento artificial y construir mejores modelos dinmicos de los yacimientos.Tradicionalmente, la medicin del flujo multifsico se lleva a cabo mediante la cuantificacin individual de los flujos volumtricos de las fases, separadas previamente mediante grandes separadores de prueba. En los ltimos aos, se ha venido desarrollando una nueva tecnologa para la separacin de fases de una mezcla multifsica, la cual se fundamenta en la separacin de las fases mediante un efecto ciclnico, esta tecnologa puede orientarse hacia la medicin de flujo multifsico de pozos productores, especialmente en aplicaciones de aforo. El xito de la medicin de los flujos volumtricos de las fases, radica en la eficiencia de su separacin, este hecho se relaciona estrechamente con la precisin de los medidores de flujo colocados en las lneas de gas y lquido, como los de tipo coriolis o de corte de agua, los cuales estn diseados para medir una sola fase.El desarrollo de un sistema de medicin de flujo actuando bajo el principio de separacin de fases mediante el efecto ciclnico se orienta hacia alternativas ms econmicas y eficientes de medicin en comparacin con los sistemas de medicin que incorporan separadores de prueba. Los separadores ciclnicos conocidos como GLCC por las siglas en ingls de GasLiquid Cylindrical Cyclone (Shohamet al.,1998), tienen ventajas significativas en comparacin con los separadores de prueba entre las que resaltan la simplicidad en la construccin, el tamao compacto, el bajo peso y los bajos costos de capital y de operacin, por esta razn el desarrollo de un sistema de medicin empleando separadores ciclnicos representa grandes ventajas en cuanto a costo, eficiencia y tamao.Habitualmente, los separadores de prueba son recipientes cilndricos desplegados en forma horizontal, estos recipientes poseen una longitud que oscila entre 4.6 y 9.1 my una altura que flucta entre 2.4 y 4 m, con pesos hasta de 10 toneladas. Los separadores reciben el fluente producido de los pozos individuales y segregan las diferentes fases de fluidos a travs de un proceso basado en las fuerzas de cuerpo de los mismos. Otra desventaja de estos separadores aparte de su tamao radica en que no se pueden adaptar en lnea al proceso, pues el tiempo de residencia necesario para lograr la separacin no es un parmetro controlable dentro del mismo proceso.Por otra parte, los separadores basados en tecnologa ciclnica pueden ser controlados de forma automtica y operados en lnea a las condiciones operacionales del proceso para alcanzar los estndares de separacin requeridos por la medicin. Sin embargo, a la fecha, los separadores del tipo ciclnico no han tenido el impacto que se esperaba, debido a la complejidad de su manejo en lnea para condiciones variables del proceso, pues existe una gran cantidad de variantes que se relacionan con su operacin, las cuales dependen de tres aspectos bsicos: la parametrizacin del dimensionamiento del sistema, el modelado de la mezcla bajo condiciones de estado transitorio y el desarrollo de adecuadas estrategias de control automtico del sistema.El esquema de un sistema de medicin de flujo multifsico GLCC se muestra en lafigura 1. El GLCC es un tubo instalado de forma vertical sin partes mviles o dispositivos internos, lo que constituye una gran ventaja de este tipo de sistemas. El GLCC es alimentado por una tubera ligeramente inclinada para promover la estratificacin de las fases de la mezcla y obligar a una preseparacin, esta tubera es acoplada en un costado del cuerpo del separador, una vez que la mezcla se encuentra en el interior del separador es expuesta a una combinacin de fuerzas gravitacionales, centrfugas y de flotacin, de esta forma, cuando el fluido rota, es expuesto a un campo de fuerzas centrfugas, la porcin ms densa de la mezcla (lquido) es forzada radialmente hacia la pared del cilindro, mientras que la porcin ms liviana (gas) permanece en el centro del remolino, posteriormente las fases son expuestas a fuerzas gravitacionales y de cuerpo, provocando que el lquido se recoja en el fondo del separador y el gas se extraiga por la parte superior. Para los propsitos de medicin presentados en el trabajo, el GLCC tiene una configuracin de lazo cerrado donde los flujos vuelven a combinarse para formar nuevamente la mezcla, como se muestra en lafigura 1.

El correcto dimensionamiento del GLCC propiciar un campo de fuerzas centrfugas y gravitacionales que actan sobre el campo de flujo en el interior del cilindro, suficiente para lograr la separacin de las fases de una manera eficiente, manteniendo estables ciertos parmetros de proceso como el nivel de lquido en el separador para una condicin dada; sin embargo, el dimensionamiento se establece con base en un rango limitado de condiciones de proceso como los flujos volumtricos y viscosidades de las fases, adems de la presin de la mezcla. A medida que las condiciones de operacin del proceso se alejan de las condiciones de diseo, el nivel en la eficiencia de la separacin disminuye, este hecho obliga a mantener ciertos parmetros del proceso, como el nivel de lquido y la presin en el separador, dentro de ciertos valores para promover una separacin exitosa. La parte medular en el funcionamiento adecuado de estos sistemas, radica en el desarrollo de una metodologa de control automtico, orientada a mantener la estabilidad de los parmetros antes citados.La integracin de un buen dimensionamiento en el separador para un rango de condiciones de flujo, el desarrollo de estrategias de control automtico apropiadas, as como el desarrollo de una interfaz de operacin y control del sistema, son elementos indispensables para alcanzar los estndares de separacin requeridos por el proceso de medicin en lnea.Diseo del separador ciclnicoActualmente, la Universidad de Tulsa, ha desarrollado un simulador para aplicaciones de diseo y caracterizacin en separadores de campo tipo GLCC, conocido como GLCC V 7.8 (Gomez, 1998), basado en el modelado mecnistico del flujo y algunos aspectos de simulacin numrica mediante dinmica de fluidos computacional (CFD por sus siglas en ingls), desarrollado en ambiente Windows.Los modelos mecansticos o la simulacin numrica mediante CFD, ofrecen una base prctica para el diseo del separador y una confiable prediccin del comportamiento del flujo.Los modelos