La Unidad de Explotación "Tierra Este Pesado", perteneciente a la

Gerencia de Exploración y Producción de PDVSA División Occidente, se encuentra ubicada en la Costa Oriental del Lago, desarrollando las operaciones en los campos: Tía Juana, Lagunillas y Bachaquero. Esta unidad cuenta con 5314 pozos activos y 190 estaciones de flujo distribuidas en tres áreas.

Hoy en día, se determina la producción de una estación de flujo, sometiendo a prueba los pozos que a esta estación convergen para determinar productividad de cada uno de ellos y de esa manera establecer los volúmenes que maneja la estación. Cada día en el Patio de Tanques (PDT) se mide constantemente la producción entregada por las estaciones de flujo y a través de esta medición constante que se realiza en el PDT, es que se logra detectar las mermas o pérdidas de la producción.

Para esto se propone “La Evaluación de nuevas tecnologías para los Sistemas de Medición de crudo viscoso en Estaciones de Flujo”.

El inicio de esta Investigación se baso en el estudio y selección de diferentes tecnologías, donde se tomo en cuenta el comportamiento del equipo para la medición de líquidos viscosos con sedimentos, costo del equipo, instalación, mantenimiento y disponibilidad del instrumento.

Las tecnologías seleccionadas fueron: Ultrasonido (Efecto Doppler-Tiempo de Transito), Presión Diferencial y Desplazamiento Positivo.

El Sistema que proporciono mayor precisión y confiabilidad en la medición fue la tecnología Ultrasonido por Efecto Doppler.

viii

ÍNDICE GENERAL

Página

VEREDICTO..................................................................................... iii

DEDICATORIA..................................................................................iv

AGRADECIMIENTOS.......................................................................v

RESUMEN.........................................................................................vi

ÍNDICE GENERAL............................................................................vii

ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................... xi

ÍNDICE DE TABLAS .........................................................................xiii

INTRODUCCIÓN...............................................................................1

CAPÍTULO I. EL PROBLEMA.........................................................4

A. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA....................................... 5

B. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN....................................... 9

1. OBJETIVO GENERAL................................................................ 9

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................ 9

C. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN................................ 9

D. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN..................................11

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO..................................................12

A. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN..............................13

B. BASES TEÓRICAS.....................................................................15

1. SISTEMAS DE MEDICIÓN.........................................................15

1.1. TIPOS DE MEDICIÓN............................................................16

1.2. INCERTIDUMBRE DE LA MEDICIÓN..................................16

2. FLUJO.........................................................................................18

2.1. TPOS DE FLUJO.......................................................................19

3. CRUDO........................................................................................20

3.1. TIPOS DE CRUDO.................................................................20

4. VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS................................................21

ix

4.1. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA VISCOSIDAD.......24

4.2. EFECTO DE LA PRESIÓN EN LA VISCOSIDAD..................25

5. ESTACIÓN DE FLUJO.................................................................26

5.1. COMPONENTES DE UNA ESTACIÓN DE FLUJO...............27

6. MEDICIÓN DE CAUDAL..............................................................31

6.1. MEDIDORES VOLUMÉTRICOS............................................ 32

6.1.1. PRESIÓN DIFERENCIAL.......................................................32

6.1.2. ÁREA VARIABLE.................................................................. 39

6.1.3. VELOCIDAD.......................................................................... 44

6.1.4. FUERZA................................................................................ 49

6.1.5. TENSIÓN INDUCIDA............................................................ 50

6.1.6. DESPLAZAMIENTO POSITIVO............................................ 51

6.1.7. TORBELLINO........................................................................ 56

6.2. MEDIDORES DE CAUDAL DE MASA.................................. 57

6.2.1. MEDIDOR TÉRMICO............................................................ 57

6.2.2. MEDIDOR DE MOMENTO ANGULAR................................. 60

6.2.3. MEDIDOR POR EFECTO CORIOLIS....................................61

6.3. FACTORES PARA LA SELECCIÓN DE MEDIDOR DE CAUDAL................................................................................ 63

C. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS................................... 66

D. SISTEMA DE VARIABLES .........................................................68

1. NUEVAS TECNOLOGÍAS...........................................................68

1.1. DEFINICIÓN CONCEPTUAL................................................ 68

1.2. DEFINICIÓN OPERACIONAL...............................................69

2. SISTEMAS DE MEDICIÓN DE CAUDAL.....................................69

2.1. DEFINICIÓN CONCEPTUAL ...................................................69

2.2. DEFINICIÓN OPERACIONAL ...............................................69

CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO....................................70

A. TIPO DE INVESTIGACIÓN..........................................................71

B. METODOLOGÍA..........................................................................72

C. MATERIALES Y EQUIPOS.........................................................74

x

CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ............. 76

A. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ACTUAL ................................77

1. REQUERIMIENTOS OPERACIONALES ...................................85

2. CARACTERÍSTICAS DEL CRUDO ........................................... 86

B. ESTUDIO Y SELECCIÓN DE LOS SISTEMAS DE MEDICIÓN.................................................................................. 88

1. TECNOLOGÍAS A SOMETER A PRUEBA ............................... 97

C. SOMETERA PRUEBA LOS MEDIDORES DISPONIBLES.........102

1. PRELIMINARES DE LAS PRUEBAS .........................................102

2. METODOLOGÍA DE LAS PRUEBAS.........................................111

3. RECOLECCIÓN DE LOS DATOS ..............................................113

D. ESTABLECER UN ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS ENTRE LAS DIFERENTES TECNOLOGÍAS...........................................................................115

E. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE MEDICIÓN..............................139

CONCLUSIONES.............................................................................147

RECOMENDACIONES.....................................................................150

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.................................................151

ANEXOS ...........................................................................................152

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Página

FIGURA 1. GRADIENTE DE VELOCIDAD DE UN FLUIDO EN MOVIMIENTO....................................................... 23

FIGURA 2. DISPOSICIÓN DE LAS TOMAS DE PRESIÓN DIFERENCIAL..............................................................33

FIGURA 3. PLACA DE ORIFICIO O DIAFRAGMA...........................35 FIGURA 4. TOBERA.......................................................................36 FIGURA 5. VENTURI......................................................................37 FIGURA 6. TUBO PITOT................................................................39 FIGURA 7. ROTÁMETRO............................................................. 41 FIGURA 8. PERFILES DE CONSTRUCCIÓN DE LOS

ROTÁMETROS ......................................................... 41 FIGURA 9. VERTEDEROS........................................................... 45 FIGURA 10. PRINCIPIO ULTRASÓNICO...................................... 48 FIGURA 11. MEDIDOR DE PLACA................................................. 50 FIGURA 12. MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE........................... 52 FIGURA 13. MEDIDOR DE PISTÓN OSCILANTE......................... 53 FIGURA 14. MEDIDOR DE .PISTON ALTERNATIVO................... 54 FIGURA 15. MEDIDOR ROTATIVO ...............................................56 FIGURA 16. MEDIDOR TÉRMICO .................................................59 FIGURA 17. MEDIDOR AXIAL........ ................................................62 FIGURA 18. EFECTO CORIOLIS.... ...............................................63 FIGURA 19. UBICACIÓN GEÓGRAFICA DE LA UNIDAD

xii

DE EXPLOTACION TEP ............................................77 FIGURA 20. PROCESO DE LAS ESTACIONES DE FLUJO.......... 78 FIGURA 21. SISTEMA DE BOMBAS...............................................81 FIGURA 22. ALIVIO O PURGA BOMBAS.......................................82 FIGURA 23. PLACA DE ORIFICIO ESTACIÓN DE FLUJO S5.......83 FIGURA 24. PERFIL DEL FLUJO EN PLACA DE ORIFICIO..........84 FIGURA 25. FRECUENCIA PERCIBIDA DE UNA FUENTE

EN MOVIMIENTO.......................................................91 FIGURA 26. PRINCIPIO EFECTO DOPPLER.................................94 FIGURA 27. MEDIDOR ULTRASÓNICO POR EFECTO

DOPPLER...................................................................98 FIGURA 28. MEDIDOR ULTRASÓNICO POR TIEMPO DE

TRÁNSITO..................................................................99 FIGURA 29. ESTACIÓN DE FLUJO S-5 CON 3 BOMBAS

RECIPROCANTES.....................................................101 FIGURA 30. CONFIGURACIÓN DEL MEDIDOR

ULTRASÓNICO..........................................................106 FIGURA 31. UBICACIÓN DE LOS SENSORES.............................108 FIGURA 32. UBICACIÓN DE LAS VÁLVULAS...............................112 FIGURA 33. PRUEBA A. EVALUACIÓN TECNOLOGÍAS ULTRASONIDO, DESPLAZAMIENTO POSITIVO Y PLACA DE ORIFICIO Vs REFERENCIA.................117 FIGURA 34. PRUEBA B. EVALUACIÓN TECNOLOGÍAS ULTRASONIDO, DESPLAZAMIENTO POSITIVO Y PLACA DE ORIFICIO Vs REFERENCIA.................125 FIGURA 35. PRUEBA C. EVALUACIÓN TECNOLOGÍAS ULTRASONIDO, DESPLAZAMIENTO POSITIVO Y PLACA DE ORIFICIO Vs REFERENCIA.................131 FIGURA 36. A) FLUJO ULTRASONIDO Y ULTRASONIDO COMPENSADO POR TEMPERATURA Vs REFERENCIA (PRUEBA A)..................................136

xiii

FIGURA 36. B) FLUJO ULTRASONIDO Y ULTRASONIDO COMPENSADO POR TEMPERATURA Vs REFERENCIA (PRUEBA B)..................................137 FIGURA 36. C) FLUJO ULTRASONIDO Y ULTRASONIDO COMPENSADO POR TEMPERATURA Vs REFERENCIA (PRUEBA C)..................................138

xiv

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1: SECUENCIA DE ENCENDIDO DE BOMBAS.............. 81 TABLA 2: COMPORTAMIENTO DE LAS TECNOLOGÍAS........... 89 TABLA 3: DIMENSIONES TANQUE DE PRODUCCIÓN

EF_LL-S5......................................................................103 TABLA 4: VALIDACIÓN DE LA MEDICIÓN DE NIVEL................104 TABLA 5: CARACTERÍSTICAS DE LAS BOMBAS......................110 TABLA 6: RECOLECCIÓN DATOS DE LAS VARIABLES.............114 TABLA 7: TABLA DE DATOS CADA 5 MINUTOS........................114 TABLA 8: RESULTADOS PRUEBA A CADA 5 MINUTOS...........119 TABLA 9: RESULTADOS PRUEBA B CADA 5 MINUTOS...........124 TABLA 10: RESULTADOS PRUEBA C CADA 5 MINUTOS...........130 TABLA 11: FACTORES COMPENSACIÓN POR

TEMPERATURA DEL MEDIDOR ULTRASONIDO...... 135

TABLA 12: DETERMINACIÓN DE PESOS A LOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN.........................................................141

TABLA 13: CALIFICACIÓN DE LAS OPCIONES CON RESPECTO A LOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN... 142 TABLA 14: MÉTODO CUALITATIVO POR PUNTOS................... 145

INTRODUCCIÓN

Al inicio del siglo XXI, la tecnología juega un papel fundamental en el

desarrollo técnico - económico de una asociación, es por ello que es importante

estar a la vanguardia de los nuevos cambios tecnológicos que se introducen en el

mercado, ya que estas proporcionan una versión mejorada de lo ya existente, que

garantiza un sobresaliente futuro de una corporación.

El objetivo principal de la Empresa Petróleos de Venezuela es el mejorar la

calidad y eficiencia de todos sus procesos así como también aumentar sus niveles

de producción, a fin de poder mantenerse en la competencia del tan complejo

Mercado Internacional de Petróleo.

La empresa PDVSA actualmente (década de los 90), se desenvuelve en un

ambiente de altos niveles de experiencia y tecnificación gracias a su constante

lucha por lograr avanzar tecnológicamente.

En esta empresa como en cualquier otra empresa petrolera a nivel mundial,

es indispensable la determinación de la producción, tanto en cantidad como en

calidad, por lo que se requiere de los sistemas de medición.

Los sistemas de medición de flujo son de suma importancia para esta

empresa, ya que es la base para la compra y venta del producto y control del

proceso de producción. Es por ello que PDVSA, se mantiene en una continua

búsqueda de nuevos métodos más precisos y prácticos para la medición de flujo,

debido al gran impacto que esta tiene en la economía de la industria.

La Unidad de Explotación “Tierra Este Pesado”, perteneciente a la

Gerencia de Exploración y Producción de PDVSA División Occidente, se divide en

tres áreas: Tía Juana, Lagunillas y Bachaquero, donde se encuentran distribuidos

2

5300 pozos y 190 estaciones de flujo aproximadamente.

Esta Unidad de Explotación extrae diferentes segregaciones de crudo

pesado, los cuales se destacan por su alta viscosidad, lo que dificulta su manejo,

traslado y medición.

Debido a las características del crudo que maneja esta Unidad de

Explotación, la determinación de la producción se encuentra limitada, y es por ello

que se propone el presente proyecto con el fin de Evaluar nuevas tecnología para

los sistemas de medición de crudo viscoso en las estaciones de flujo de esta

Unidad.

Esta investigación ha sido enmarcada dentro de cuatro capítulos que

abarcan desde el planteamiento de la problemática de estudio, la fundamentación

teórica y la metodológica hasta llegar a los resultados obtenidos.

En el primer Capítulo se enmarca en sí el problema al cual se requiere dar

soluciones para este proyecto. Conociendo la gran necesidad, de obtener un

patrón de referencia de la producción de la Unidad de Explotación Tierra Este

Pesado para la detección de mermas, se propone evaluar nuevas tecnologías que

permitan determinar la producción de las estaciones de flujo de dicha Unidad, con

el fin de seleccionar aquella que tenga un mejor comportamiento con el crudo

pesado. Por otra parte, en este capítulo se observan los beneficios que trae la

aplicación de una nueva tecnología para la medición del crudo pesado a esta

Unidad y se delimita la investigación.

En el Segundo Capítulo se exponen las bases teóricas de manera de

fundamentar el problema de investigación planteado en el primer capítulo, es decir

sustentar teóricamente el estudio a través de la integración de un marco teórico lo

cual lleva implícito la revisión de la literatura, la definición de términos básicos y la

interpretación de las variables de estudio: Nuevas tecnologías y sistemas de

medición de caudal.

Dentro del tercer Capítulo se define el tipo de investigación realizada,

clasificada como aplicada, ya que, tiene fin principal resolver un problema en un

período de tiempo corto. Se empleó una metodología propia de trabajo desglosada

en cinco puntos que culminan con la selección de un sistema de medición de flujo

para crudo pesado. También se describe el procedimiento llevado a cabo para la

realización de este proyecto además de la lista de materiales y equipos utilizados.

El cuarto y último Capítulo se centra en el análisis de los resultados a los

cuales se llegaron, basados en la Evaluación de nuevas tecnologías para la

medición de crudo pesado en las estaciones de flujo de la Unidad de Explotación

“Tierra Este Pesado”. La selección del sistema de medición de flujo, se logró

gracias al desarrollo de cada una de las fases descritas en la metodología

empleada para esta investigación.