Manifold 69113o

ECUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERÍAS EN CIENCIAS DE LA TIERRA.

INGENIERÍA DE PETROLEOS.

DISEÑO DE UN MÚLTIPLE DE PRODUCCIÓN COMPUESTO DE 4 LINESAS DE FLUJO.

ESTUDIANTE: Erika Lisseth Castillo Castillo. [email protected]

PROFESOR: Ing. Rommel Erazo.

GUAYAQUIL, DICIEMBRE DEL 2015.

Contenido Objetivo General...............................................................................................................4 Objetivos Específicos........................................................................................................4 Introducción.......................................................................................................................5 Desarrollo..........................................................................................................................6 Diseño hidráulico...........................................................................................................8 Flujo Simple...............................................................................................................8 Flujo Laminar.............................................................................................................9 Flujo Turbulento.........................................................................................................9 Flujo Bifásico.............................................................................................................9 Régimen de Flujo...........................................................................................................9 Flujo estratificado.......................................................................................................9 Flujo de onda............................................................................................................10 Flujo burbuja............................................................................................................10 Flujo de coángulo.....................................................................................................10 Flujo anular...............................................................................................................10 Flujo neblina.............................................................................................................10 Calculo de la caída de presión en tuberías con flujo bifásico......................................10 Velocidad de Erosión................................................................................................11 Diseño Mecánico.........................................................................................................11 Presión de diseño......................................................................................................11 Temperatura de Diseño.............................................................................................11 Efectos Dinámicos....................................................................................................11 Esfuerzos por efectos térmicos.................................................................................12 Esfuerzos debido a gradientes de temperatura.........................................................12 Variaciones en la condición presión-temperatura....................................................12

Esfuerzos permisibles y otros límites de esfuerzos..................................................12 Especificaciones de materiales.................................................................................13 Pozos........................................................................................................................13 Sistema múltiple de producción y línea de flujo......................................................13 Sistemas de unidades de medición...........................................................................14 Parámetros de diseño................................................................................................14 Condiciones de operación y propiedades de fluidos................................................15 Criterios generales de diseño.......................................................................................16 Interpretación de datos y cálculos................................................................................18 Selección de bomba.....................................................................................................23 Selección de válvulas...................................................................................................23 Procedimiento de instalación, construcción y montaje................................................23 Análisis Económico.....................................................................................................24 Conclusiones....................................................................................................................24 Recomendaciones............................................................................................................24 Referencias......................................................................................................................25

Objetivo General. Realizar un estudio bibliográfico a cerca de las condiciones de diseño de un múltiple de producción. Objetivos Específicos. 

Realizar los cálculos necesarios para escoger de manera óptima un manifold que direccione el flujo proveniente de cuatro pozos de un campo petrolero en la



Amazonía ecuatoriana. Plantear de manera eficiente un diseño que se adapte a las condiciones de flujo,

 

presión y temperatura del crudo proveniente de los pozos. Elegir de manera correcta un arreglo de válvulas para el diseño de manifold. Diseñar un diagrama que esquematice de forma visual el recorrido del flujo



desde la entrada al manifold hasta la salida de éste. Realizar la recopilación suficiente de información para detallar todos los Resumen. El siguiente proyecto tiene la finalidad de desarrollar, confirmar y tener criterio

técnico y profesional para aplicar los conocimientos de ingeniería sobre el diseño de un múltiple de producción, que es parte de las facilidades de superficie de un campo petrolero (manifold), para recolectar flujo proveniente de cuatro pozos, todos con tasas de producción variable entre 300 y 900 bbl de crudo, además se aplicara criterios técnicos para configurar un arreglo de válvulas en el desarrollo del proyecto. Primeramente, se clasifica la información bibliográfica obtenida, se estudia y analiza toda la información que se necesita para llevar a cabo este proceso, así como las normas que regulan esta área de diseño, los parámetros de diseño dispuestos dependiendo de las condiciones del flujo proveniente de los pozos y la información de campo relacionada al diseño de un múltiple de producción. Finalmente, para el correcto funcionamiento de las facilidades de superficie se realiza los cálculos mecánicos e hidráulicos para las líneas de flujo y las válvulas empleadas en el diseño del múltiple de producción, el caudal que atravesará el manifold y la presión de cabeza del pozo la cual será recibida por el manifold.

Introducción. En el desarrollo del boom petrolero mundial a lo largo de los años que hemos vivido dependiendo del hidrocarburo necesario para el desarrollo de grandes industrias, convirtiéndose hoy en día el principal rubro económico que sustenta al estado ecuatoriano. Los gobiernos de turno invierten fuertes cantidades de dinero para solventar las facilidades de superficie, que aportaran con el manejo de la producción diaria de los pozos petroleros ubicados en campos ecuatorianos. Los depósitos de petróleo se han conocido por varios años, siempre se usaron para fines limitados pero se ha vuelto indispensable porque no existe otro tipo de fuente de energía alternativa con la misma eficiencia, incluso el petróleo ha tenido uso medicinal. En la estación de flujo y de recolección, lugar donde se sitúan todas las facilidades de superficie, el múltiple de producción o manifold es un sistema de recibo, al cual llega el flujoducto de cada uno de los pozos productores asignados a esa estación. El manifold facilita el manejo de la producción total de los pozos que ha de pasar a los separadores después de pasar por éste, como también el aislamiento de pozos para pruebas de producción, éste último proceso se lo realiza de manera individual y selectiva a un pozo que se desee controlar y fiscalizar su producción. El múltiple de producción o manifold, es un conjunto de tuberías en conjunto con un arreglo de válvulas, que permiten obtener la muestra de varios pozos que se encuentran en determinada área, donde se está produciendo hidrocarburo. (1) El objetivo de esta investigación es indagar detalladamente el uso de los múltiples de producción, su función, diseño y su clasificación. La producción de petróleo en nuestro país está dada por campos que se encuentran a cargo de varias empresas petroleras, muchas de ellas del estado ecuatoriano. Ecuador es un país petrolero, lo define su producción diaria, mensual y anual, la producción de petróleo en Ecuador se maneja por Petroproducción y el petróleo se convierte en la base de su economía, el mayor aporte a aquello lo hacen los campos Sacha, Eden Yuturi, Shushufindi, Palo Azul, Dorine, Iro, Auca y M. Davalos. A continuación adjunto una tabla para visualizar el resumen de la actividad hidrocarburífera de nuestro país, como antecedente del año 2008.

Table 1. Estadística tomada del repositorio de la EPN. “Producción de petróleo en el 2008” (1)

Para el año 2013, Ecuador tuvo una producción de 190,3 millones de barriles de petróleo (2), en el año 2014 la producción cerró en 157´975650 barriles, correspondiendo a 432810 barriles diarios. Aunque para el presente año 2015 el Ecuador ha recortado 10 000 barriles de la producción estatal de petróleo debido a la baja de los precios del petróleo con el fin de optimizar las inversiones y se pretende que al cerrar el 2015 la producción comparada con la del 2014 sea el 1.14% menor (3). Pese a la caída del precio del petróleo, esto no implica que el Ecuador ha dejado de producir en su totalidad y que sus facilidades de superficie ubicadas en los campos petroleros ecuatorianos han dejado de funcionar, los datos solo son una referencia de la cantidad de crudo que pasa a través de los múltiples de producción empleados.

Desarrollo. En el presente proyecto se describirán los conceptos básicos que se establecen para llevar a cabo la producción petrolera en el Ecuador, con la aplicación de diseños

MANIFOLD técnicos y conceptos de ingeniería, de tal forma que se pueda realizar el diseño adecuado y seguro de un múltiple de producción capaz de manejar tasas de caudal de crudo proveniente de los pozos. El múltiple de producción se encuentra ubicado en las facilidades de producción en superficie, localización donde se procesa el crudo proveniente de los pozos, crudo que es direccionado, separado y llevado a los tanques de lavado, almacenamiento y tratado para su futura comercialización y refinación. El múltiple de producción, es un arreglo de tuberías que tiene colectores de agua, crudo y de prueba, se utiliza para recolectar la producción de varios pozos a una planta centralizada donde los pozos se pueden ser colocados individualmente en producción y/o prueba. Pueden ser operados manualmente o automáticamente con válvulas y con contadores de tiempo automáticos. Los múltiples de la producción y prueba pueden ser diseñados para los grados ANSI y API para varias presiones y varios tamaños de tubos. Las estrangulaciones pueden ser incluidas para la reducción de la presión las cuales pueden ser fijas o ajustables además de manuales o automatizadas. Para un manifold de entrada de crudo, en el siguiente diagrama se indica su procedimiento desde que el crudo sale del pozo, ingresa al manifold y sale de éste.

Colector de Prueba

Pozos

Skid de medición.

Colector de Producción. Red de Transporte.

Colector de Agua.

Figure 1. Proceso básico del crudo proveniente del pozo.

Elaborado por: Erika Castillo.

El múltiple facilita el manejo de la producción total de los pozos que ha de pasar por los separadores como también el aislamiento de pozos para pruebas individuales de producción. Por medio de las interconexiones del sistema y la disposición apropiada de válvulas, se facilita la distribución, el manejo y el control del flujo de los pozos. (1) Clasificación de los múltiples, en las estaciones recolectoras, los múltiples se clasifican: 

De acuerdo a su presión de trabajo.



De acuerdo a la temperatura de trabajo.

De acuerdo a los parámetros de diseño, para plantear la estructuración de un manifold se necesita calcular lo siguiente:

Diseño hidráulico.

Flujo Simple. Para determinar las caídas de presión que ocurren dentro de las líneas de flujo que sirven para transportar el crudo, se tiene la siguiente consideración:

Donde: Re: Numero de Reynolds. D: diámetro interno de la tubería. V: Velocidad de flujo. ρ: densidad del liquido µ: viscosidad dinámica. Para determinar el tipo de fluido que se transportará debemos tener en cuenta que cuando Re<2000 se considera flujo laminar, 2000 <4000 estamos en presencia de un flujo en transición y cuando Re>4000 estamos hablando de un flujo turbulento. (1)

Flujo Laminar. Siempre un flujo al ser transportado por una tubería está acompañado de la fricción, lo que representa una caída de energía considerable para el trabajo, para el estudio se puede representar la pérdida de presión en las tuberías por la siguiente ecuación de Darcy-Wei (1)sbach: (1)

Flujo Turbulento. Una relación fácil para poder manejar el flujo turbulento en una tubería de acero comercial es la siguiente: (4)

Flujo Bifásico. Se refiere a un fluido compuesto por dos fases, en el caso del crudo, el petróleo siempre viene asociado con gas, por lo tanto se considera flujo bifásico, además cuando un fluido bifásico fluye simultáneamente por una tubería, su distribución de fases al cambiar las propiedades de los fluidos puede adoptar diferentes configuraciones físicas o regímenes de flujo a lo largo de la tubería, incluyendo a los patrones de flujo que también pueden variar. (1)

Régimen de Flujo. El régimen de flujo es lo mismo que los patrones de flujo, los factores que determinan el régimen de flujo o patrones de flujo en una tubería de proceso bifásico son: la diferencia en las propiedades físicas, velocidades de las fases, diámetro de la tubería, dirección del flujo y orientación de la tubería. (1) Para visualizar mejor la formar de determinar los patrones de flujo y los distintos que existen he facilitado la siguiente imagen obtenida del Manual de Ingeniería de diseño de PDVSA. (5) Los tipos de patrones de flujoque se conocen son: Flujo estratificado. Velocidad de líquido y gas baja, es una fase calmada de líquido donde éste es la fase dispersa. (6)

Flujo de onda. El gas presente en el líquido forma baches y produce crestas en el líquido haciendo que se formen ondas u olas. (6) Flujo burbuja. El gas se presenta en pequeñas gotas, se da cuando aumenta el caudal y la relación gasliquido disminuye. (6) Flujo de coángulo. Las burbujas se presentan alargadas y flotan sobre la tubería. (1) Flujo anular. Cuando el gas en forma de tapones se une y forma grandes partes de gas que dificultan el paso del líquido, el líquido rodea los tapones para pasar. (6) Flujo neblina. Se da cuando hay cambio de fase, el gas pasa a ser la fase dispersa y el líquido se presenta en forma de gotas de gas. (6)

Calculo de la caída de presión en tuberías con flujo bifásico. Para el cálculo de caídas de presión en tuberías de acero al carbono se puede calcular rápidamente mediante la fórmula simplificada de Darcy, del API RP 14 E:

Velocidad de Erosión. Las líneas de flujo, los múltiples de producción y otras líneas que transporten líquidos, gases o fluidos bifásicos se deben dimensionar principalmente basándose en la velocidad del fluido debido a que tienen principal relación entre la erosión y corrosión de las paredes de la tubería. Este desgaste se da debido a la velocidad del flujo y va en aumento, con la presencian de dióxido de carbono o de sulfuro de hidrogeno y también en presencia de codos. La siguiente ecuación se puede utilizar en caso que se desconozca la velocidad de erosión:

Diseño Mecánico. En esta parte del proyecto vamos a calcular el espesor de pared de la tubería, tomando en cuenta las propiedades del fluido que va a pasar por la tubería, las propiedades del acero y demás metales, factores ambientales y cargas del proceso. Para aquello se describe en la siguiente parte los requisitos de diseño. (1)

Presión de diseño. La presión de diseño debe encontrarse arriba en un 10% o 25 psi, la que resulte mayor de una máxima esperada a la temperatura mínima de las líneas criogénicas o la máxima de temperatura.

Temperatura de Diseño. La temperatura de diseño es la temperatura propia de los fluidos a menos que los cálculos, experiencia o pruebas apoyen el uso de una temperatura distinta.

Efectos Dinámicos. Existen varios fenómenos inducidos que provocan efectos dinámicos en el diseño de las facilidades de superficie:



Impacto Se refiere a las condiciones externas e internas causadas por un impacto, cambios de rango de flujo, cavitación, golpe de ariete y cambios de fase.



Viento El viento contribuye con los efectos de carga.

Esfuerzos por efectos térmicos. Esto consiste en empujes y momentos, producidos en los arreglos por efectos de expansión o contracción térmica. Esfuerzos debido a gradientes de temperatura. Este esfuerzo se origina en las paredes de las tuberías por motivo de un cambio rápido de temperatura o una mala distribución de la misma así como un fluido muy caliente a través de una pared relativamente gruesa. Variaciones en la condición presión-temperatura. Debe de considerarse en las operaciones de diseño una variación de presión, variación de temperatura o una de ambas dentro de una tubería. Esfuerzos permisibles y otros límites de esfuerzos. Estos pueden ser: 

Tensión Los esfuerzos permisibles de tensión para los materiales están determinados por la tabla A-1 del ASME B31.3 (Anexo 1).



Esfuerzo cortante Este debe ser un factor de 0,80 del esfuerzo básico permitido a la tensión del material, igualmente tabulado por la tabla A-1 del ASME B31.3



Compresión Este nunca debe ser mayor al esfuerzo básico permisible a la tensión, igualmente tabulado por la tabla A-1 del ASME B31.3



Tolerancias Se refiere a las tolerancias por efecto de corrosión, erosión, profundidad de roscado y proceso de fabricación.

Especificaciones de materiales. El servicio y las condiciones de operaciones determinan el material a operar para el sistema de válvulas y tramos de tuberías para el múltiple de producción, siendo también importante las siguientes consideraciones: 1. Composición química del fluido a manejar. 2. Condiciones de operación: Presión y temperatura (máximas y mínimas). 3. Contenido de solidos abrasivos. 4. Problema de contaminación o coloración de fluidos a ser manejados. 5. Resultados de materiales usados y experiencia adquirida. 6. Condiciones ambientales. 7. Factores de corrosión y su control. Uno de los objetivos del siguiente proyecto es determinar bases y criterios de diseño para el desarrollo conceptual y básico de un múltiple de producción para un campo de la Amazonia ecuatoriana, tomando en cuenta las regulaciones ambientales, cromatografícas, normas internacionales y tecnología aplicada para el desarrollo del mismo. Las consideraciones de diseño que se toma en cuenta son:

Pozos. Para el campo “ESPOL”, cabe recalcar que el campo no existe en el territorio ecuatoriano, solo es un nombre dado para el desarrollo del proyecto, al cual se le ha dado condiciones estratigráficas como si fuese un campo de la Amazonia ecuatoriana. Cada uno de los pozos ubicados en él, cuentan con una bomba electrosumergible las mismas que están compuestas por una sección motor, una sección bomba y una sección sello están conectadas a la superficie por medio de un cable de potencia que es instalados de acuerdo al requerimiento de cada pozo, además para su control poseen un VSD (variador de frecuencia) y un tablero de frecuencia. El fluido de cada pozo debe ser conducido a través de una tubería de 4 pulgadas hasta el manifold de entrada. Sistema múltiple de producción y línea de flujo. Un colector de producción de 10 pulgadas recibe el crudo producido de 4 pozos del bloque ESPOL, las líneas de 4 pulgadas que fluyen en el colector producción tienen una conexión con el colector de agua de 4 pulgadas, estas conexiones tiene como finalidad reducir la viscosidad del crudo que se estará produciendo en caso que sea

necesario, aumentando el corte de agua y permitiendo bajar la caída de presión por la línea de flujo hasta la estación de producción. El caudal de agua que circula por el colector de 4 pulgadas viene por el colector de agua de 8 pulgadas, parte del agua de este colector se deriva a través de una válvula reductora de presión hacia el colector de 4 pulgadas, la finalidad de este colector es ejercer agua a una presión similar a la de producción para procesos de recirculación.

Sistemas de unidades de medición.

Table 2- Unidades de Medición. (1)

Parámetros de diseño.  Numero de pozos perforados: 4  Flujo total mínimo: 300 BPD.  Fluido total máximo: 900 BPD.  API crudo: 16-20 API.  Cuatro líneas de diámetro: 4” hasta el manifold.  Presión máxima de agua de formación 8274 Kpa (1200 psi).  Un manifold de 4 entradas cada una con un diámetro de 4”.

 Presión de la Cabeza del Pozo: 200 psi. Condiciones de operación y propiedades de fluidos. Presión y Temperatura: 

Mezcla bifásica de crudo constituido por gas y agua.



Condiciones de operación: 

Temperatura de operación: 200 ˚F.



Presión de operación 600 psig.

La siguiente tabla muestra las condiciones de operación, tomando en cuenta los caudales de crudo, agua y gas que pasará por el manifold:

Q (caudal) ρ (densidad) µ (viscosidad) Q (caudal) ρ (densidad) µ (viscosidad) Q (caudal) ρ (densidad) µ (viscosidad) Factor de Compresibilidad (Z)

Crudo 204,54 56,25 566 Agua 695,43 60,16 0,304 Gas 0,029 0,071 Nd

Table 3- Caudales en proporciones separadas de las fases

Elaborado por: Erika Castillo.

Datos ambientales: Temperatura.

Table 4- Fuente: PIL. SA

Elaborada por: Villamarin- Carrera (1)

Presión.

BOPD Lb/pie3 @ 200 oF @60 oF BWPD Lb/pie3 @ 200 oF @60 oF MMSCFD Lb/pie @ 60oF y 14,7 psi 3

Table 5- Fuente: PIL. SA

Elaborada por: Villamarin- Carrera (1)

Precipitación.

Table 6- Fuente: PIL. SA

Elaborada por: Villamarin- Carrera (1)

Humedad.

Table 7- Fuente: PIL. SA

Elaborada por: Villamarin- Carrera (1)

Criterios generales de diseño. Los arreglos de las tuberías a utilizarse para este proyecto son flexibles, seguras, sencillas y económicas además deben ofrecer una fácil accesibilidad para labores de mantenimiento y no crear obstáculos innecesarios que dificulten el escape a la hora de contingencia. Los criterios con mayor énfasis al momento de este diseño van a ser el lugar físico de ubicación del manifold y el impacto ambiental que este pueda causar, además se cuida que el viento no sople en la dirección de enviar posibles emisiones gaseosas dentro de la planta. Los criterios de los materiales de construcción en el orden de su importancia son: compatibilidad con el producto a manejar, fragilidad, peso específico, disponibilidad y costos.

Presión y Temperatura de Diseño. Temperatura de Diseño.

En este dimensionamiento no se esperan temperaturas mayores a 752 ˚F, la temperatura de diseño se genera de manera general, adicionando 50 ˚F a la temperatura normal de operación. (1) Presión de Diseño. La presión de diseño para recipientes y equipos por los cuales se transportara el fluido y equipos a los cuales se conectan deben cumplir los siguientes parámetros de operación: Los dispositivos deben poseer válvulas de alivio. (1) Seguridad. El uso de aislamiento y protección es obligatorio para el personal en la superficie. Cuando la temperatura en superficie sea mayor a 150 oF se debe usar mecanismos de seguridad industrial y cuando la superficie este confinada dentro de áreas de trabajo normal donde el personal pueda inadvertidamente hacer o con ella. Tiempo de vida útil y factor de servicio. El manifold diseñado para este proyecto tiene pronosticado una duración de un periodo de 25 años y una operación sin interrupción de 24 horas y 7 días a la semana. Normas Aplicables. Para la elaboración del presente diseño de manifold he tomado en cuenta las siguientes normas, guías, códigos y especificaciones de los siguientes organismos: 

American Society of Mechanical Engineers (ASME)



American Society for Testing Materials (ASTM)



American Petroleum Institute (API)



American National Standards Institute (ANSI)



International Standards Organization (ISO)



National Fire Protection Association (NFPA)



Instrument Society of America (ISA)



US Environmental Protection Agency (US EPA)

Interpretación de datos y cálculos. Para la mejor interpretación de datos es mejor esquematizar la forma en cómo se va a distribuir el crudo proveniente de los pozos, que luego irán a cada uno de los

separadores incluido uno de prueba, para aquello el anexo 1, presenta un diagrama de procesos y tubería e instrumentación, el cual es el resultado de la ingeniería básica aplicada, este es el punto de partida para la elaboración del proyecto, ya que nos indica toda la información del diseño, el nombre, descripción y condiciones de operación, líneas de interconexión, diámetro de las líneas, sentido de flujo y válvulas del proceso. De acuerdo a los planos 211-B82-Tl.002/003, de ingeniería básica para un manifold SK-21101A/B la configuración para dicho proceso se detalla a continuación: Todo el fluido que los 4 pozos envían al manifold luego atravesara una línea de 10´´ en la cual se encuentra montado un transmisor de presión PT SK21102A el mismo que sirve para proporcionar un Shut Down de producción en caso que las presiones de seteo debido a presiones muy bajas o presiones muy altas. Normalmente el rango de operación de la línea están entre presiones de 300 psig y 400 psig con estos datos el sistema mostrara alarmas bajo o por encima de este rango. Diseño Hidráulico. El factor de diseño para la longitud equivalente de las tuberías es del 120%, la velocidad máxima del flujo no puede superar la velocidad de erosión. En base al valor de la sección mínima del área requerida según el API RP 14E para el caso de las líneas de flujo que provienen de los pozos de este campo y que converjan al manifold de producción que se está diseñando, estas líneas son de 4” para determinar su sección es necesario conocer su diámetro interno y su espesor de pared. Con base al Piping Class (Especificación de Tubería), las líneas que convergen al manifold provenientes de los 4 pozos es de 4”, cedula 80 ASTM A106 Gr. B. En base a las especificaciones procedemos a realizar los cálculos de nuestro diseño. Dimensión de tubería. De= 4,5 pulg. e: espesor de pared e=0,337 pulg A1: área transversal de la tubería.

( De−2e )2 A 1=π 4 A 1=11,49 pulg .

Ae: Área equivalente. Ae=N ú mero de líneas∗A 1

Ae=4∗11,49 Ae=45,96 pul g 2 Ae ≈ 29651,55 m m2 Amin: Área mínima a circular por un ramal del manifold. A min= A∗Qmin

Donde: A: área transversal Qmin: Caudal de crudo mínimo a pasar por el manifold.

(

Amin= 0,4

2

)

in ∗300 BDP 1000 BDP 2

Amin=0,12i n

Si Ae>Amin los cálculos son correctos. Caídas de Presión. Los rangos de presión que hemos sugerido trabajar están entre 350 y 400 psi, para el análisis de las caídas de presión en las líneas del manifold de producción y prueba, determinamos la más baja presión posible, para calcular las caídas de presión se debe tener en cuenta la cantidad de flujo que circula por las líneas del manifold y el área que tiene cada línea. Cálculos para las líneas de producción. X 1=

A1 At

X 1=

11,49 45,96

X 1=0,25 Q1=X 1∗Q 1

Q1=0,25∗204,54

Q1=51,13 BPD .

Qg=X 1∗Qg 6

Qg=0,25∗0,025 x 10 Qg=6250 SCFD

Si la caída de presión es menos a 50 psi. Los cálculos realizados son correctos. ∆ P=

5 x 10−6 W 2 5 d ρm

Donde: ∆ P :caida de presión .

d= 273-(2* 15,09)= 242,8 mm= 9,6 pulgadas ρm= 46,96 lb/ft^3 W= tasa total de líquido y gas. W= 3180 Qg Sg + 14,6 Ql Sl Donde: Qg=6250 SCFD Sg=1,248 Q1=51,13 BPD .

Sl= 0,94 W =3180 ( 6250 )( 1,248 ) +14,6 ( 51,13 ) ( 0,94 ) W=24804701,3 lb/ft3 5 x 10−6 (24804701,3)2 ∆ P= ( 9,6 )5 (46,96) ∆ P=9,76

psi 100 ft

∆ P=9,76∗long . efectiva

Donde: Le: long. Efectiva, considerada 30 metros + el arreglo de válvulas, da un total de 36 metros. Es decir, 118,1 ft. ∆ P=

9,76 ∗118,1 100

∆ P=¿ 11,52 < 50 psi (es correcto)

Cálculos para la línea de prueba. Para calcular el caudal que pasa por la línea de prueba de 10 pulgadas realizamos los siguientes cálculos: X 2=

A2 At

X 2=

26,1 97,90

X 2=0,27 Q2=X 2∗Q 2

Q2=0,27∗204,54 Q2=55,22 BPD .

Qg=X 2∗Qg 6

Qg=0,27∗0,025 x 10

Qg=6750 SCFD Si la caída de presión es menos a 50 psi. Los cálculos realizados

son correctos. ∆ P=

5 x 10−6 W 2 d 5 ρm

Donde: ∆ P :caida de presión .

d= 168,3-(2* 10,97)= 146,36 mm= 5,8 pulgadas ρm= 46,96 lb/ft^3 W= tasa total de líquido y gas. W= 3180 Qg Sg + 14,6 Ql Sl Donde: Qg=67 50 SCFD Sg=1,248 Q2=55,22 BPD .

Sl= 0,94 W =3180 ( 67 50 )( 1,248 ) +14,6 ( 55,22 )( 0,94 ) W=26789077,84 lb/ft3 ∆ P=

5 x 10−6 (24804701,3)2 ( 9,6 )5 (46,96)

∆ P=9,37

psi 100 ft

∆ P=9,37∗long. efectiva Donde: Le: long. Efectiva, considerada 30 metros + el arreglo de válvulas, da un total de 36 metros. Es decir, 118,1 ft. ∆ P=

9,37 ∗118,1 100

∆ P=¿ 11,06 < 50 psi (es correcto)

Diseño Mecánico. Para el arreglo de tuberías que hemos designado para nuestro manifold, donde las tuberías de producción tienen 4 pulgadas de diámetro y la de prueba tiene 10 pulgadas. Para el diseño mecánico del diseño mecánico de tuberías me base en la norma ASME B31,3 para calcular el espesor de pared. Para identificar las líneas en el diagrama de procesos se procede a darle una codificación a cada línea, en donde se indica:   

El número de área- facilidades. Tamaño de la línea- diámetro de línea en pulgadas. Tipo de servicio- aquí se representa al tipo de fluido que transporta la



línea. Especificación de la tubería- es la categorización de la tubería.

Especificación para las líneas de producción. Nombre de la línea: 211-4´´-L-C-1048

Diámetro=4 pulgadas Servicio: Hidrocarburo líquido. Especificación: C, de acuerdo a la clase de la tubería. Especificación para la línea de prueba. Nombre de la línea: 211-4´´-L-C-1047 Diámetro=4 pulgadas Servicio: Hidrocarburo líquido. Especificación: C, de acuerdo a la clase de la tubería. Selección de bomba. Una vez calculado el NPSH disponible y el fabricante me brinda sus catálogos para la selección de bombas debo analizar que el correcto diseño del sistema seria armar un sistema de bombeo, de acuerdo a las necesidades que van a tener las facilidades de producción, para el sistema de inyección de químicos se ha destinado una bomba reciprocante, el crudo que sale de nuestros pozos son viscosos y pesado por ende para el trasporte de este se necesitara una bomba centrifuga.

Selección de válvulas. Para el arreglo de válvulas que el múltiple de producción diseñado y en base a los criterios y los cálculos realizados para las 4 líneas de flujo, he seleccionado una válvula de Shut Down para las conexiones, 4 válvulas de compuerta, una de seguridad y una de retención. Procedimiento de instalación, construcción y montaje. En este procedimiento se procede a dar los lineamientos generales para ejecutar le montaje del manifold bajo las condiciones dadas y con los datos generados. En el procedimiento de montaje se describen las siguientes etapas: 

Instalación de las líneas de flujo: Se puede instalar tubería aérea o terrestre.



Etapa de soldadura: Se usan electrodos para soldar y cumplir con los



requerimientos de soldadura. Preparación de superficies: Todas las tuberías y líneas que se van a

 

estructurar deben estar limpias y secas, libre de corrosión y escoria. Evaluación: Se debe evaluar y hacer pruebas para verificar defectos. Aplicación de pintura: El recubrimiento de las líneas de flujo es importante, la pintura se aplica en tubería desnuda, utilizando



catalizadores y solventes. Montaje de equipos rotativos: Se refiere a la instalación de motores, válvulas y demás rios.

Análisis Económico. En esta parte se muestra el análisis global de las facilidades de producción haciendo énfasis en la parte de montaje del múltiple de producción. Un análisis económico se realiza para hacer un estudio de la viabilidad económica de la construcción del proyecto. Con los datos recopilados de una tesis de grado de la Escuela Politecnica Nacional, pude conocer que la inversión en las facilidades de producción rodean los $669847413 en general, aunque depende de las condiciones y tamaño del campo en el vamos a implantar nuestro proyecto, ante las condiciones dadas en el nuestro la viabilidad es la misma. (1) Conclusiones. 

Todo el diseño que se planteó para el múltiple de producción respeta todas las normas de las instituciones que regulan estas normativas y



procedimientos. Es útil tener una unidad de medición para determinar las propiedades físicas y químicas de la producción de cada pozo, esta actividad la realiza el manifold y nos permite conocer cuál sería el tratamiento que cada



pozo debe recibir. El estudio bibliográfico diseñado abarca solo la parte mecánica de la



construcción, diseño y montaje de un múltiple de producción. La aplicación de ingeniería básica, conceptual y de detalle son los principales entes que permitieron que se desarrolle la idea de diseñar un múltiple de producción.

Recomendaciones. 

Para desarrollar de manera precisa un tipo de diseño como el realizado en este proyecto se recomienda que el estudiante haya tomado clases previas de facilidades de superficie o tenga experiencia laboral en facilidades de



producción. Para seleccionar equipos se debe tener mucho cuidado con la función que cumpliría en el diseño, no es rentable utilizar adornos o cosas que estén



sobrantes. Utilizar siempre un diagrama de flujo que especifique la dirección del flujo, de donde viene y hacia dónde se dirige.

Referencias [1]. Oswaldo Villamarín, Alex Carrera. Repositorio "Escuela Politénica Nacional". [En línea] Marzo de 2010. [Citado el: 28 de Noviembre de 2015.] http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/2230/1/CD-2978.pdf. [2]. Alberto Araujo . El Comercio. [En línea] 15 de Enero de 2014. [Citado el: 28 de Noviembre de 2015.] http://www.elcomercio.com/actualidad/negocios/produccion-decrudo-aumento.html. [3]. Diario EL COMERCIO. elcomercio.com. [En línea] 17 de Abril de 2015. [Citado el: 28 de Nviembre de 2015.] http://www.elcomercio.com/actualidad/ecuadorproduccion-petroleo-precios.html. [4]. Huallpita. Slide Share. [En línea] 17 de Noviembre de 2014. [Citado el: 29 de Noviembre de 2015.] http://es.slideshare.net/HUALLPITA/manejodelaproduccionensuperficie. [5]. PDVSA. Manual de Ingeniería de Diseño. Venezuela : Volemen 13, pagina 85, 2015. [6]. Andrade., Edgar Riofrío. Facilidades de Superficies II. Guayaquil : s.n., 2006.

Anexo. Diagrama del diseño de manifold.

Línea de prueba que va hacia un separador de prueba. 10´´

Líneas de flujo que van hacia los separadores de

PAT, contiene 4 pozos.