Tesis Elvis

UNIVERIDAD NACIONAL AUTONÓMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESTUDIO NUMÉRICO DE LA CORRIDA DE DIABLOS PARA EL

MANTENIMIENTO DE LA PRODUCCIÓN EN OLEODUCTOS

T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

I N G E N I E R O P E T R O L E R O

P R E S E N T A

ELVIS EDWARD FRAGOSO RIVERA

DIRECTOR DE TESIS: DR. EDGAR RANGEL GERMÁN

MÉXICO, D. F. 2007

AgradecimientosAgradecimientosAgradecimientosAgradecimientos

Gracias a Dios por todo.

A quienes desde el inicio de mi vida me llevaron por un

buen camino, y aunque es una forma mínima de agradecer

por todo su esfuerzo y dedicación, y solo quiero que sepan

que todos mis logros son sus logros. Gracias a mis padres

Ángel y Beatriz y a mis hermanas Karen Y Belem por el

apoyo que me brindaron durante todos mis estudios y aun

en los momentos difíciles ellos supieron como motivarme

para seguir adelante.

A los que me apoyaron y confiaron en mí para lograr

este objetivo, gracias a todos mis familiares, amigos.

A una persona que es muy especial para mí pues esta

me escucho, me aconsejo y también me apoyo moralmente

muchas veces. La confianza que ella me trasmitió me

ayudo muchísimo. Ella estuvo conmigo desde que inicie

este trabajo. Gracias Nathaly

A la Universidad Nacional Autónoma de México y en

especial a la Facultad de Ingeniería por la oportunidad,

de estudiar la carrera de ingeniero petrolero.

A todos y cada uno de los profesores que me

impartieron su cátedra, en gran parte es por ellos que

adquirí los conocimientos sobre la carrera de ingeniero

petrolero.

A mi director de tesis, el Doctor Edgar René Rangel

Germán, quien mostró mucho interés, por su tiempo y

dedicación en la asesoría del presente trabajo y en especial

por los consejos.

A la empresa Scandpower por las facilidades prestadas

para conseguir el Software OLGA que fue el simulador

que se utilizo en gran parte del desarrollo de esta tesis. Al

ingeniero Octavio Reyes, pues gracias a el se pudo

conseguir el simulador Olga.

A los ingenieros que tomaron parte del jurado, para

realizar mi examen profesional, por su tiempo en la

revisión de este trabajo.

ELVIS EDWARD FRAGOSO RIVERAELVIS EDWARD FRAGOSO RIVERAELVIS EDWARD FRAGOSO RIVERAELVIS EDWARD FRAGOSO RIVERA

ÍNDICE

i

ESTUDIO NUMÉRICO DE LA CORRIDA DE DIABLOS

PARA EL MANTENIMIENTO DE LA PRODUCCIÓN EN

OLEODUCTOS

1 INTRODUCCIÓN 1

2 MARCO TEÓRICO 5

2.1 Historia de la corrida de diablos 5

2.2 Definición de diablo 6

2.3 Corrida de diablos 8

2.3.1 Metodología de la corrida de diablos 11

2.3.2 Frecuencia de la corrida de diablos 14

2.3.3 Resultados que se obtienen con la corrida de diablos 15

2.3.4 Problemas que se pueden presentar durante la corrida de diablos y cómo solucionarlos

17

2.3.4.a Ubicación del diablo 19

2.4 Tipos de diablos 21

2.4.1 Diablos convencionales 22

2.4.2 Diablos de gel 37

2.4.3 El diablo como herramienta de inspección 39

2.5 Selección de diablo 41

2.6 Tren de diablos 42

2.7 Tipos de herramientas de inspección en la corrida de diablos

44

2.7.1 Herramientas de inspección en línea 44

2.7.2 Inspección en el sitio 45

2.7.3 Herramienta de inspección MFL 46

2.7.4 Herramientas de inspección Ut 47

2.8 Parámetros que se utilizan durante la operación 48

ÍNDICE

ii

2.8.1 Tiempo de la corrida de diablos 48

2.8.2 Velocidad de la corrida de diablos 49

2.8.3 Velocidad del escariador (diablo) 49

2.8.4 Control de la velocidad de llegada del diablo 50

2.8.5 Efecto de la presión del separador 50

2.8.6 Efecto de fugas alrededor del diablo 51

2.8.7 Efecto del líquido frente del diablo 51

2.9 Modelo de la corrida de diablos 51

2.10 Metodología de la simulación 53

2.10.1 Corrida de diablos en tuberías para la simulación 55

2.10.2 Equipo de proceso 56

2.10.3 Simulación del diablo 56

2.10.4 Simulación de los tipos de diablos 56

2.10.5 Fuerza de fricción actuando en el diablo 57

2.10.6 Fugas 58

3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 59

3.1 Escenarios 60

3.2 Perfil de la tubería 61

3.3 Composición de los fluidos 63

3.4 Transferencia de calor 65

3.5 Condiciones “Estables” de Operación - Caso Base 66

4 RESULTADOS 68

4.1 Análisis del Caso Base 68

4.2 Estudio paramétrico 81

4.2.1 Variación de la presión a la entrada del sistema 82

4.2.2 Variación de la fracción de volumen de gas 88

4.2.3 Variación de la temperatura del sistema 95

4.2.4 Variación de la rugosidad de la tubería 101

ÍNDICE

iii

4.2.5 Variación del diámetro de las tuberías, del diablo y masa del diablo

108

4.2.6 Variación del tipo de diablo en la simulación 115

4.2.7 Corrida de diablos sin acumulación de parafina 119

5 DISCUSIÓN 124

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 128

6.1 Conclusiones 128

6.2 Recomendaciones 130

APÉNDICE 131

LISTA DE TABLAS 136

LISTA DE FIGURAS 138

BIBLIOGRAFÍA 142

1

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se enfatiza la importancia que tiene la limpieza en

tuberías de transporte y manejo de hidrocarburos: la corrida de diablos.

En los sistemas de tuberías de transporte de hidrocarburos es frecuente que se

forman obstrucciones al flujo, debido a las mismas características del fluido, como

por ejemplo: en tuberías de gas húmedo es normal encontrar líquidos que

obstruyen el flujo, parafinas en sistemas de tuberías de aceite, o incrustaciones si

una tubería de gas o de petróleo transporta agua. Estas obstrucciones pueden

originar grandes problemas tales como la disminución de la producción, necesidad

de mayor presión de bombeo, grandes acumulaciones de impurezas y corrosión

en las tuberías por la presencia de agua.

La corrida de diablos es un proceso importante de limpieza de tuberías en la

industria petrolera debido a los beneficios que se obtienen después de realizar

dicha operación, puesto que la producción se incrementa, los productos son más

limpios y se requiere una menor presión de bombeo. Se deben identificar los

indicadores que se presentan en un sistema de tuberías para saber si es

necesaria una corrida de diablos; es crucial conocer el proceso de la operación

para prevenir los problemas que pueden presentarse. Estos estudios se realizan

con ayuda de simuladores de flujo.

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

2

Las causas más comunes para realizar una operación de limpieza en sistemas

de transporte de hidrocarburos, una corrida de diablos son: antes de empezar la

operación en una línea nueva de producción, cuando es evidente que existe gran

acumulación de parafinas, cuando en una línea de operación declina la

producción, cuando baja la eficiencia del sistema, cuando se necesita mayor

energía para el bombeo de los fluidos, cuando se tiene gran porcentaje de

impurezas, cuando existe presencia de corrosión por la acumulación de agua en

las tuberías.

Así, esta tesis tiene como objetivos principales:

• Resaltar la importancia de la corrida de diablos como operación de

limpieza en la industria petrolera, mencionando las diferentes razones para

realizarlas.

• Señalar los problemas que se presentan durante la operación de la

corrida de diablo y el planteamiento para resolverlos.

• Analizar un sistema de transporte de hidrocarburos con el problema de

acumulación de parafina en donde se requiere una corrida de diablos, con el

objetivo de estudiar los efectos que, el cambio en los principales parámetros

operativos, de diseño y de fluidos, tienen sobre el comportamiento de los

parámetros y condiciones de flujo del mismo, realizando estudios de simulación

numérica usando un simulador de flujo en tuberías comercial.

• Discutir la importancia de la realización de estudios numéricos para

entender y predecir los efectos de la corrida de diablos en los sistemas de

transporte de hidrocarburos.


3

En el capítulo 2 se exponen el marco teórico y los antecedentes en los que se

basó el desarrollo del presente trabajo. Se define la corrida de diablos, su historia,

así como la metodología para su ejecución, la frecuencia con la que debe

realizarse, los resultados que se obtienen al realizar la operación, los problemas

que pueden presentarse durante la corrida de diablos y como se pueden resolver.

En la sección 2.3 y 2.4 se define el dispositivo de limpieza “diablo“, se

mencionan los diferentes tipos de diablos que existen en el mercado, divididos por

función y por forma, mencionando las tareas que cumple cada uno de ellos

cuando se utilizan en una corrida de diablos, así como la selección del diablo.

En la sección 2.5 y 2.6 se mencionan lo puntos más importantes sobre el tren

de diablos y las herramientas de inspección que se utilizan durante la corrida de

diablos. Las técnicas más comunes como son la MFL (Magnetic Flux Leakage), la

Ut (Ultrasonic) y la inspección en el sitio.

En la sección 2.7 se mencionan los parámetros que se utilizan durante la

operación de corrida de diablos. Estos son muy importantes para predecir el

comportamiento de la operación y saber si son los adecuados para las

condiciones del sistema.

En las secciones 2.8 y 2.9 se describe el modelo de la corrida de diablos y la

metodología de simulación, todos los aspectos de la corrida de diablos utilizados

en las simulaciones, respectivamente.

En el capítulo 3 se presenta la formulación del problema. Se definen los

elementos para especificar el problema de forma completa, estos elementos son:

escenarios de simulación, perfil de la tubería, composición de los fluidos,

transferencia de calor y condiciones “estables” de operación para el caso base

definido en el estudio.


4

El simulador comercial utilizado para el estudio numérico en el presente trabajo

es el simulador OLGATM, el cual es un modelo unidimensional para régimen

permanente y transitorio en el que se específica y da solución a un sistema de

ecuaciones que representan la conservación de materia, momento y energía.

En el capítulo 4 se presentan los resultados de los estudios numéricos

realizados con el simulador OLGA, incluyendo un estudio paramétrico

involucrando las variables que tienen mayor influencia sobre la corrida de diablos.

En los capítulos 5 y 6 se presenta las discusiones, y las conclusiones y

recomendaciones, respectivamente, sobre el tema de corrida de diablos planteado

en esta tesis.

5

CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO

2.1 Historia de la Corrida de Diablos

La corrida de diablos en tuberías fue desarrollada en los años 50`s en los

Estados Unidos para limpiar las tuberías de aceite crudo, ha sido utilizada en la

limpieza de tuberías en la industria del aceite y del gas por más de 50 años. Sin

embargo, la corrida de diablos se está utilizando extensamente en el mundo hoy

en día para limpiar tuberías en todas las industrias incluyendo las centrales

eléctricas, la explotación minera, las refinerías, las plantas químicas y en las

industrias petroquímicas. Con el paso de los años, la corrida de diablos se ha

convertido en un método bastante sofisticado en la limpieza de tuberías.

El método de corrida de diablos fue desarrollado para eliminar depósitos que

pueden obstruir o retardar el flujo a través de una tubería. Actualmente se usan

durante todas las fases en la vida de un sistema de tuberías

(www.piggingassnppsa.com, 2005).

El nombre del instrumento de limpieza viene de la industria de petróleo,

donde discos de metal conectados por una barra eran propulsados a través de

oleoductos para quitar acumulaciones de parafinas de las paredes internas de

tuberías. La acción del metal en el metal hace un ruido como un chillido de

cerdo (pig). (hps-pigging, 2005).

CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO

6

2.2 Definición de Diablo

En la literatura existen muchas definiciones del instrumento de limpieza de

tuberías llamado diablo, a continuación se citan algunas de éstas.

Los diablos de tubería son dispositivos que se insertan y viajan por el

interior a lo largo de la longitud de una tubería de producción. Un diablo es un

dispositivo mecánico para limpieza interior o inspección de una tubería. (User's

Manual V4.0, OLGA 2000).

Un diablo es el objeto, que empuja fluidos a través de la tubería. El diablo es

fabricado de materiales como el silicio de alta calidad, que son muy resistentes y

a la vez flexibles. Los diablos están disponibles en varias formas y se hacen de

varios materiales. (Brief Overview of Gulf of Mexico OCS Oil and Gas Pipelines,

2005). Un diablo puede soportar temperaturas de hasta 200 [ºC] sin expansión o

degradación significativa, permitiéndole limpiar aun con vapor si es requerido

(hps-pigging, 2005).

Un diablo puede ser un disco o un dispositivo esférico o cilíndrico hecho de

un material flexible como neopreno1. El movimiento del diablo a través de la

tubería es logrado aplicando presión de gas o un líquido como aceite o agua en

la parte de atrás o al frente del diablo.

Usualmente un diablo es un sólido o semisólido. Existen diferentes tipos de

diablos, y con rangos desde esferas usadas para barrer los líquidos

condensados en líneas de flujo de gas, hasta diablos altamente instrumentados

para la inspección de líneas de flujo. Los diablos además son usados para

separar diversos fluidos cuando una sola línea de flujo es usada para

transportar diferentes fluidos.

1.”Neopreno”: Es el elastómero de uso especial más difundido en todo el mundo, pues sus excelentes propiedades y características garantizan óptimos resultado, sintético resistente al calor y a productos químicos como aceites y petróleo. Se emplea en tuberías de conducción de petróleo y como aislante en cables y maquinaria.


7

Un diablo actúa como un pistón móvil libre dentro de la tubería, sellando

contra la pared interior, con un número de elementos de sello. Los diablos

pueden realizar varias tareas incluyendo la limpieza de escombros de la línea, el

retiro del producto residuales internos, y calibración del diámetro interno de la

tubería.

Estas herramientas se emplean para la limpieza de tuberías, la separación

de fluidos de diferentes densidades conducidas a través de poliductos, el

llenado y vaciado de líneas en calibración y pruebas hidrostáticas.

Figura 2.1. Diablo (inlineservices, 2006)

También conocidos como diablos, los escariadores o raspatubos se fabrican

en formas diversas, se utilizan para desprender las escamas de óxido, arena,

basura, parafina o cualquier otro material indeseable que penetre dentro de la

tubería. Algunas veces también se emplean esferas de poliuretano2 para

desplazar aceite o agua de las líneas. Éstos pueden usarse en tuberías de

cualquier diámetro, ya que su tamaño se puede ajustar inflándolas a través de

una válvula (Transporte de Hidrocarburos por Ductos, CIPM).

2.”. Poliuretano”: resinas que van desde las formas duras y aptas para recubrimientos resistentes a los disolventes, sintéticos resistentes a la abrasión y espumas flexibles.


8

Los diablos han probado ser eficaces para la limpieza de líneas en refinerías,

instalaciones de plantas químicas, de centrales eléctricas, en la industria de

aceite y el gas, explotación minera, industrias de nuevas construcciones y otros

tipos. Algunas líneas que se benefician de la corrida de diablos son:

• Poliductos

• Gasoductos

• Oleoductos

• Líneas de agua

• Líneas del vapor

2.3 Corrida de diablos

La corrida de diablos es un término que describe un método mecánico de

cambiar de sitio un líquido en una tubería o para limpiar parafina3, asfaltenos4,

incrustaciones cristalinas, corrosión5, y otros depósitos acumulados en el interior

de la tubería y para determinar la integridad interna de la tubería.

En las incrustaciones minerales que se producen en los campos petroleros,

el agua juega un papel crítico, dado que el problema se presenta sólo cuando

existe producción de agua.

La formación de incrustaciones puede ser causada por un cambio de

temperatura o de presión, la liberación de gas, modificación del pH o el contacto

con agua incompatible.

3. “Parafina”: sustancia cerosa asociada con algunos hidrocarburos líquidos. Las propiedades físicas de la parafina son dependientes de la composición del aceite crudo, de la temperatura y presión. A presión atmosférica, la parafina es típicamente un semi-sólido en temperaturas aproximadamente de 100 oF y solidifica aproximadamente a los 50 oF. Los depósitos de parafina se forman dentro de tuberías que transportan hidrocarburos líquidos y, si alguna acción terapéutica, como la corrida de diablos, no se realiza, la parafina depositada bloqueará completamente todo el flujo a través de la línea en el futuro.

4.- Asfaltenos, Mezcla de hidrocarburos, sustancia negra, muy viscosa, pegajosa, sólida o semisólida según la temperatura ambiente.

5.”Corrosión”: Reacción electroquímica en la pared de la tubería con un ambiente que causa una pérdida de metal (Specifications and requirements for intelligent pig inspection of pipelines Version 2.1, 6 November 98). Desgaste total o parcial que disuelve o ablanda cualquier sustancia por reacción química o electroquímica con el medio ambiente. El término corrosión se aplica a la acción gradual de agentes naturales, como el aire o el agua salada sobre los metales.


9

Existen aguas de producción que, a pesar de encontrarse sobre saturadas y

ser proclives a las incrustaciones minerales, no presentan problema alguno.

Las incrustaciones pueden presentarse como una capa dura adherida a las

paredes interiores de las tuberías. Con frecuencia tienen varios centímetros de

espesor y presenta cristales de 1 cm. o más. El efecto primario de la formación

de incrustaciones en las tuberías es la reducción de la producción al aumentar

la rugosidad de la superficie de la tubería y reducir el área de flujo.

Figura 2.2. Incrustaciones cristalinas

Las técnicas utilizadas para eliminar las incrustaciones deben cumplir ciertas

condiciones: ser rápidas, no dañar las tuberías ni el ambiente de la formación, y

prevenir precipitaciones en el futuro; la corrida de diablos puede realizar esta

tarea.

El método de corrida de diablos involucra el movimiento a través de la

tubería a ser limpiada de un dispositivo, cilíndrico o esférico de un diámetro

exterior igual al diámetro interior de la tubería que se mueve a través de la

tubería con el propósito de limpiar, dimensionar o inspeccionar. (Girardind,

2005).

El propósito de la operación de la corrida de diablos es para que un sistema

de tuberías se mantenga eficientemente estable. La eficiencia de la tubería


10

depende de dos aspectos: primero, la operación continua; y segundo, la

reducción de costos de operación.

Figura 2.3. Escombros removidos por el diablo (Piggingassnppsa, 2005)

Cada tubería varía en configuración: diámetro, longitud, contenido de fluido,

geometría, presiones y temperaturas de operación, materiales, espesor de la

pared y ubicación geográfica. Estos factores son clave para elegir qué tipo de

diablo se debe utilizar para realizar las diferentes tareas, como para quitar

cualquier residuo, como herramientas, varillas de soldaduras llamados

escombros o animales muertos entrampados en la línea.

Cuando la tubería está en servicio, es necesaria una corrida de diablos para

mantener la eficiencia de la línea y ayudar en el control de corrosión. La corrida

de diablos también remueve fragmentos de soldadura. Cuando se tiene una

reducción drástica del flujo. Es necesaria para remover los líquidos en sistemas

de gas húmedo, remover la acumulación de agua, levantamiento y control de

parafina en tuberías de aceite crudo.


11

2.3.1 Metodología de la corrida de diablos

Los mecanismos de la corrida de diablos son relativamente simples. El

método que se debe utilizar para realizar una corrida de diablos involucra varios

pasos dependiendo lo que se quiera obtener de ella. Cada uno de éstos utiliza

diferentes herramientas, como es el caso de una corrida de inspección que

busca un análisis de las condiciones de la tubería y para esto utilizan las

herramientas de inspección más comunes, la MFL (Magnetic Flux Leakage, por

sus siglas en inglés) y la Ut (Ultrasonic, por sus siglas en inglés).

Un diablo se inserta a través de un lanzador. Éste es simplemente un barril,

especialmente diseñado, de gran tamaño con un reductor que se acopla a la

línea existente. El lanzador del diablo tiene un diámetro más grande que la

tubería para permitir inserciones del diablo a mano, y una compuerta o pestaña

que después es cerrada. Esto permite la fácil introducción del diablo. El

diámetro exterior de un diablo es de igual tamaño que el diámetro interior de las

tuberías para mantener un buen sello. En la figura 2.4 se muestra la forma

típica del lanzamiento y en la figura 2.5 el diagrama del lanzamiento.

Figura 2.4. Método convencional de lanzamiento (Westernfilterco, 2005)


12

Figura 2.5. Diagrama del lanzamiento (Westernfilterco, 2005)

Una vez en el lanzador, un medio propulsor ayuda a introducir el diablo. Éste

puede ser aire o líquido, normalmente se utiliza el fluido de la tubería. El diablo

entra estrechamente dentro de la tubería. La presión aplicada causa que el

diablo avance a través de la tubería. En su viaje a través de la tubería, el diablo

raspa el interior de ésta y barre cualquier contaminante o líquido acumulado.

El producto diseñado para desplazar el diablo (PDP, Product Displacement

Pig) ofrece la capacidad de desplazar productos en líneas con curvas de pocos

grados y cruces estándares de tuberías llenas. La longitud del sello permite

pasar los cruces de las tuberías sin perder el sello.

Si la tubería que se intenta limpiar tiene conexión con otras tuberías, se

deben cerrar las válvulas de éstas, para definir la trayectoria del diablo y no

tener problemas de que el diablo o el fluido se desvié. El diablo viaja a través de

la tubería, y ésta puede presentar inclinaciones y curvas de 90° como curvas S y

curvas U de 180 grados (ver figura 2.6). Esto se puede alcanzar con presiones

relativamente bajas (hps-pigging, 2005).


13

a) b)

Figura 2.6. a) Curva tipo U y b) Curva tipo S

En el extremo de recepción, se utiliza el mismo diseño del barril de gran

tamaño, permitiendo un retiro fácil del diablo de la línea. El contenedor del

diablo es similar al lanzador del diablo; localizado al extremo opuesto de la

tubería, permite el flujo de fluidos o gases a través de él y empuja a los diablos

al extremo del contenedor (Pipeline Removal Preparations Survey, 2005). En la

figuras 2.7 y 2.8 se muestra la configuración típica de la receptora del diablo y el

diagrama de la receptora del diablo, respectivamente.

Figura 2.7. Método convencional de recepción (Westernfilterco, 2005)


14

Figura 2.8. Diagrama de recepción (Westernfilterco, 2005)

El lanzador y el receptor son trampas para introducir en la tubería y recibir

los diablos después de haber realizado una operación exitosa. El diseño de

estas trampas de diablos depende del tipo de diablo que va a hacer la operación

y de las condiciones de la tubería. Estos recipientes consisten en un encierro,

abertura para el acceso rápido, un barril de gran tamaño, un reductor para la

conexión a la tubería. El diseño del suministro en la estación debe incluir

equipos de manejo para diablos. En la trampa de diablos existe derrame de

líquidos y debe considerarse en el diseño y la construcción (Girarding, 2005).

2.3.2 Frecuencia de la corrida de diablos

La frecuencia de la corrida de diablos, y el número de ellos, depende de las

condiciones de operación de la tubería; esto es, de las condiciones de operación

de cada sección, pues se necesita un tratamiento diferente como resultado de

las diferentes acumulaciones en ésta.

El costo de cada operación comparado con la variación de la eficiencia de

flujo de la tubería permitirá establecer el número óptimo de corridas para

alcanzar la máxima eficiencia al menor costo.


15

En cada caso la frecuencia de la corrida de diablos debe ser determinada en

un análisis de la composición del fluido y de las condiciones del sistema de

transporte, por ejemplo: la frecuencia de corrida de diablos en tuberías que

manejan gran porcentaje de gas depende de la composición del gas, de las

condiciones a temperatura ambiente y puede variar mucho de una ubicación a

otra.

Se requiere una corrida de diablos rutinaria en las líneas de aceite para

determinar las proporciones de la producción y las temperaturas de operación.

La frecuencia de las corridas de diablos podría variar en los tiempos de

ejecución semanal, mensual o mucho más tiempo, dependiendo de la

naturaleza del fluido producido y de las condiciones de operación. Existen

diablos especialmente para tuberías, conocido como "diablos inteligentes" que

son capaces de detectar áreas de corrosión interior en una tubería y algunos

también son capaces de localizar fugas o goteras.

2.3.3 Resultados que se obtienen con la corrida de diablos

Después de limpiar una tubería con una corrida de diablos son varios los

beneficios que se obtienen, algunos de ellos se enlistan a continuación

(Flowmore Services, 2005):

1. El flujo se restaura; y en algunas ocasiones puede aumentar,

2. Los costos por el bombeo de fluidos se reducen; el ahorro de energía

puede ser dramático en líneas grandes,

3. Los productos que se obtienen son más limpios; las impurezas como el

agua pueden eliminarse,

4. En el aspecto de las ventas, los clientes resultan satisfechos y

contentos debido a los buenos resultados, el tiempo fuera de servicio es

mínimo.


16

En la figura 2.9 se muestra un diagrama de un fragmento de tubería antes,

con una acumulación de parafinas, y después, con la tubería limpia, de una

corrida de diablos involucrando también los gastos en cada una de los dos

aspectos. En el segmento de tubería con acumulación de parafina se tiene un

gasto de 250 GPM (galones por minuto, 946.357 litros por minuto) y después de

realizar la corrida de diablos, y que la tubería está limpia, el gasto aumentó a

850 GPM (3217.62 litros por minuto). (Flowmore Services, 2005)

Figura 2. 9. Producción antes y después de la corrida de diablos (Flowmore Services, 2005)

En este ejemplo el gasto aumentó más de tres veces de lo que se tenía

anteriormente. Éste es uno de los beneficios que se tienen al realizar una

corrida de diablos en un sistema donde ha disminuido la producción.

Con las corridas de diablos se mejora la calidad del producto, se reduce el

bombeo requerido, se restaura capacidades de flujo por completo y se reduce

tiempo muerto, ya que no son destructivas a las tuberías. Los diablos pueden

ser utilizados en todos los tipos de material de construcción de tubería (acero,

plástico y concreto), y tienen la habilidad de adaptarse a varios tipos de

instalaciones incluyendo curvas, válvulas, creces, reducciones y tuberías de

doble diámetro. Han demostrado ser un método extremadamente rentable de

limpieza de líneas en todos los tipos de industrias, a una fracción del costo de

Antes Después


17

los otros métodos de rehabilitación o de reemplazo (como tener que cambiar

toda o una sección de tubería).

2.3.4 Problemas que se pueden presentar durante la corrida de

diablos y cómo solucionarlos

Uno de los problemas que se pueden presentar durante la corrida de diablos

es el que un diablo se pegue en la tubería por diferentes razones. A

continuación se da una breve descripción de lo que sucede y de cómo se puede

solucionar el problema.

Siempre hay una razón lógica para que el diablo se detenga en la tubería:

falta de presión de propulsión adecuada, acoplador flojo con propulsión detrás

del diablo, cierre de una válvula delante de diablo (hps-pigging, 2005).

El diablo puede pegarse o perderse por varias razones tal como, una tubería

deformada o que el diablo esté desgastado, envío de tipo de diablo inadecuado

o incompatible, cantidad excesiva de escombros.

Hay dos tipos de “diablos” pegados que se pueden presentar al realizar la

corrida de diablos. (www.westernfilterco.com, 2005):

I. Cuando un diablo pierde el sello. Esto puede suceder por un número de

razones, por ejemplo, excesivo desgaste debido a demasiado uso de un

diablo, las condiciones abrasivas en la línea, y los diablos rasgados debido a

las válvulas parcialmente cerradas u otros escombros destructivos. En este

caso, el diablo ha perdido su sello y está permitiendo que el medio que lo

propulsaba penetre a través de él en vez de propulsarlo. Una vez detectado

este problema, las opciones para recuperar el diablo "pegado",

(Westernfilterco, 2005) son:


18

A. Aumentar el volumen de la corrida de diablos: Aumentando el

volumen del medio propulsor, la cantidad de fluido que no penetró

puede ser bastante para propulsar el diablo.

B. Quitar la presión y el volumen (permitiendo que el diablo se

recupere): si un diablo se detuvo por una disminución del área, como

una válvula parcialmente abierta, es recomendable quitar la presión y

el volumen, pues la mayoría de los diablos cuentan con la capacidad

para recuperar su forma original, después de un tiempo

aproximadamente 15 minutos.

C. Correr una esponja del tamaño de la línea: El funcionamiento de la

esponja en una línea donde un diablo ha perdido sello reestablecerá

el sello perdido por el primer diablo. La esponja intentará penetrar el

diablo como el medio propulsor lo está haciendo, pero en cambio

sellará el área sin sello, y el medio propulsor comenzará de nuevo a

empujar el “diablo" pegado.

D. Invertir la dirección del flujo: Invirtiendo el flujo del medio

propulsor, podemos hacer que el diablo se retire algunos pies y

después reaplicando la presión detrás del diablo e intentar enviar a

través de la tubería. A menos que sea necesitado, se debe enviar el

diablo de nuevo al lanzador.

II. Un diablo que ha encontrado obstrucciones que no puede desplazar. Esto

incluirá la acumulación excesiva de escombros delante del diablo, las

válvulas parcialmente cerradas, y varias obstrucciones, por ejemplo: cajas,

herramientas, etc. Para quitar este tipo, las opciones siguientes pueden ser

útiles, (Westernfilterco, 2005):

A. Aumentar la presión de la corrida de diablos: el aumento de la

presión se compara con el aumento de la fuerza, que puede ser

bastante para permitir que el diablo empuje la obstrucción.

B. Aumentar / disminuir la presión de la corrida de diablos (de

manera alterna): Aumentando y disminuyendo la presión en una


19

manera rápida encendido y apagado, puede darle el "retroceso en la

parte posterior" para ayudar al diablo a manejar la obstrucción. Esta

opción trabaja muy bien en instalaciones donde se tienen diámetros

internos pequeños y válvulas entre cerradas.

C. Remover la presión y el volumen (para permitir la recuperación

del diablo): Como con el tipo de pérdida de sello, este procedimiento

es útil por las mismas razones, permitiendo que el diablo recupere su

forma después de encontrar una obstrucción.

D. Invertir la dirección del flujo: La dirección contraria del flujo es muy

eficaz para quitar este tipo de diablo "pegado". En la mayoría de los

casos, el diablo no puede empujar la obstrucción, invertir el flujo

permite que el diablo sea recuperado de la línea. Nota: Esto no

funciona para los diablos unidireccionales (los diablos de la copa y los

similares).

2.3.4. a. Ubicación del diablo

De vez en cuando se pegan los diablos en línea. El diablo atascado puede

encontrarse usando un diablo descubridor con un transmisor en su cuerpo. El

transmisor emitirá una señal para que pueda localizarse con un receptor.

Después de que el diablo se localiza, la línea puede excavarse y quitar el diablo

(Girardind, 2005).

El diablo tiene características especiales que le permite ser magnetizado.

Los detectores son especialmente diseñados para ser utilizados en el

seguimiento del diablo en cualquier extremo de la línea. Estos detectores no

son introducidos en las líneas de producción y pueden detectar el campo

magnético del diablo a través de la tubería de acero inoxidable (hps-pigging,

2005). Los diablos pueden ser localizados usando señales fijas a lo largo de la

tubería o sistemas electrónicos ajustados dentro del diablo.


20

Los detectores del diablo se utilizan para detectar el paso de un diablo. Las

dos categorías básicas son intrusivas y no-intrusivas. La intrusiva se une

permanentemente a la tubería y se equipa de una punta de prueba que se

introduce en la tubería. Cuando un diablo pasa, dispara la palanca y actúa el

detector. La no-intrusiva no se introduce en la tubería. Estas unidades son del

tipo magnético, de transmisión / recepción, o ultrasónicas. Se montan a la

tubería, pero son unidades móviles. Ambos tipos se equipan de una cierta clase

de señal de alertar al paso del diablo. Esto puede ser una bandera, una luz,

etc. Pueden también ser equipados de señales eléctricas a las operaciones de

control de funcionamiento tales como válvulas, bombas, compresores, etc.

(Westernfilterco, 2005).

En la figura 2.10 se puede apreciar un detector de diablos, este se coloca en

la tubería para poder localizar el diablo en caso de que se detenga en la tubería

durante la operación, o para registrar el momento en que pasa por determinado

punto. El diablo se puede ubicar con ayuda de la punta de prueba y al detectarlo

se registra en la placa disparadora.

Figura 2.10. Detector del diablo

Punta de

prueba

Placa

disparadora


21

2.4 Tipos de diablo

Clasificación de Diablos

Acero (cilíndricos)

Limpiadores

Esferas Polietileno (espuma)

Diablo convencional o diablo de utilidad

Selladores

Casquete sólido

Diablos de gel

MFL (Magnetic Flux Leakage) Ut (Ultrasonic)

Diablos geométricos o herramientas de

inspección

Herramientas de inspección en línea

Tabla 2.1. Clasificación de diablos

Figura 2.11. Tipo de diablos convencionales (Westernfilterco, 2005)

Los diablos que se usan para lograr las diferentes tareas de la corrida de

diablos pueden ser divididos en tres categorías generales:


22

• el convencional o diablo de utilidad o corrida de diablos de rutina que se

usan para realizar funciones como limpiar y separar los fluidos.

• diablos de gel se usan junto con los diablos convencionales para

perfeccionar las tareas de drene y limpieza de la tubería.

• diablos geométricos o herramientas de inspección en línea que

proporcionan información sobre la condición de la línea así como la

magnitud y situación de cualquier problema, la inspección de la pérdida

de metal y corrosión.

2.4.1 Diablos convencionales

Los diablos convencionales o de utilidad pueden ser divididos en dos

categorías basados en su propósito fundamental: Diablos Limpiadores y

Selladores.

A. Diablos Limpiadores se usan para quitar la acumulación de sólidos o

de semi-sólido y escombros acumulados en las paredes de la tubería. Esto es

normalmente parafina en las tuberías de aceite crudo. Cuando se usan los

inhibidores en una tubería de gas, los solventes en los inhibidores se evaporan,

formando gotas en las paredes de la tubería que pueden quitarse limpiándolo

con los diablos. También se usan los diablos limpiadores en conjunto con

químicos tratando las líneas para perturbar los sitios de corrosión y quitar agua,

microbios, productos de corrosión, y comida para los microbios. Esto aumenta la

eficiencia y baja el costo de la operación.

Los diablos limpiadores están normalmente provistos con cepillos u hojas

para hacer la limpieza. Tienen cepillos de alambre para raspar las paredes de la

tubería y remover los sólidos. Diablos de 14" y más pequeños normalmente

usan cepillos de rueda de alambres rotatorios. Estos cepillos son fáciles de

reemplazar y baratos. Se usan los cepillos rotatorios especiales en algunos

diablos grandes. Los diablos más grandes tienen cepillos extras.


23

Estos cepillos se pueden reemplazar individualmente como sea necesario y

están montados en hojas de resorte de alambre, o resorte de espiral. Los

resortes empujan y mantienen a los cepillos de alambre en contacto con la

pared de la tubería.

Hay cepillos de muchos materiales. Los cepillos normales son hechos de

alambre de acero de carbono. Cuando los depósitos suaves de parafina, lodo,

etc., necesitan ser removidos, una opción excelente es la hoja de uretano6. El

diseño de la hoja es intercambiable con los cepillos.

Se instalan los puertos de desviación en el frente del diablo o en el cuerpo.

Estos puertos se usan para controlar la desviación del fluido. Si los puertos

están en el cuerpo del diablo, el flujo también fluirá a través de los cepillos y los

mantendrá limpios. Cuando pasa el fluidos a través de los puertos en el frente

del diablo, ayuda a mantener los escombros delante del diablo en suspensión y

moviéndose.

Los elementos de sellado son copas o discos de elastómero7. Se usan como

una combinación de elementos de limpieza y sellado para quitar los depósitos

suaves. Las copas son de norma o de diseño cónico.

El material de la copa y del disco es normalmente fabricado de un material

del poliuretano que da abrasión excelente y resistencia a romperse pero está

limitado en el rango de temperatura. Neopreno, y otros elastómeros se utilizan

para las aplicaciones de temperatura más altas (Girardind, 2005).

B. Diablos Selladores se usan durante la prueba hidrostática de tuberías

para llenar la línea de agua y después drenarla.

6.”Uretano”. Clase de sintéticos resistentes a la abrasión y espumas flexibles. 7.”Elastómero”: cualquier polímero sintético que presenta las propiedades, en particular su elasticidad

y su flexibilidad, son aquellos polímeros que muestran un comportamiento elástico, es decir, se deforman al someterlos a una fuerza pero recuperan su forma inicial al suprimir la fuerza.


24

Se usan para mantener un buen sello para barrer líquidos de la línea o

proporcionar una interfase entre dos productos distintos dentro de la tubería.

Quitando condensados y agua en sistemas de gas húmedo, agua de tuberías de

producción o separando productos distintos en tuberías de producción. Los

diablos selladores pueden ser esferas, diablos de casquete sólidos de

poliuretano, o diablos de tipo cilíndrico con copas o discos selladores.

Dentro de estas dos categorías, existe una subdivisión extensa, la cual

puede hacer diferencias entre los diferentes tipos o formas de diablos. Estos son

los diablos de acero (cilíndricos), esferas, polietileno (espuma), y casquete

sólido (Girardind, 2005).

• Diablos de cilindro, que tienen un tubo del cuerpo central o mandril, y

varios componentes que pueden congregarse hacia el centro para configurar el

diablo a realizar un deber específico.

Figura 2.12. Diablo de cilindro, (Girardind, 2005)

Los diablos del acero son más duraderos. Consisten en un cuerpo de acero

con elementos reemplazables (copas y discos). Pueden también ser equipados

por componentes abrasivos (los cepillos y las láminas) para quitar depósitos de

la pared interior de la tubería. La ventaja de los diablos de acero es la capacidad

para sustituir los componentes que usan (Westernfilterco, 2005).


25

Los diablos de cilindro tienen un cuerpo de metal (acero o aluminio) y son

equipados con selladores (copas o discos raspadores) para proporcionar la

presión diferencial para propulsar el diablo en la tubería. Para limpiar la línea el

diablo está equipado con cepillos del alambre u hojas del poliuretano.

Una ventaja del diablo de cilindro es que puede ser un diablo de limpieza,

un diablo de sellado o una combinación de ambos. Pueden reemplazarse los

selladores y cepillos para hacer que el diablo pueda re-usarse. Se diseñan los

diablos limpiadores para un raspado fuerte y pueden equiparse con cepillos de

alambre u hojas del poliuretano. Se diseñan para las corridas largas.

Hay también desventajas del diablo de cilindro. El costo de reajustarlo, y

diablos más grandes requieren un equipo de manejo especial para cargar y

descargar el diablo. De vez en cuando las cerdas de cepillo de alambre se

rompen y entrarán en lugares no deseados (Girardind, 2005).

En la tabla 2.2 se muestran varios modelos, los estilos más comunes, de

diablos de cilindro, con diversas formas en las que se pueden presentar como

es el diablo de copa, de discos, de copa cónica, de copa cónica con lámina y

copa cónica con cepillo y otros tipos de arreglos con cepillos. Con esto se pude

diferenciar si un diablo cilíndrico es del tipo de diablo limpiador o de sello o si es

una combinación de ambos.

Diablos de Copa

Diablos de Discos


26

Diablos de copa cónica

Diablos de copa cónica con lámina

Diablos de copa cónica con cepillo

Diablos con varios tipos de cepillos

Tabla 2.2. Diablos de acero (Westernfilterco, 2005)

• Diablos Esféricos o esferas, son de una composición sólida o inflable,

los inflebles se rellenan con glicol8 y/o agua para alcanzar el diámetro óptimo.

las esferas inflables de poliuretano se fabrican de manera completa para

proporcionar un diseño duradero, ya que la soldadura representa un punto de

debilidad.

8.”Glicol”: Compuesto orgánico con dos grupos oxhidrilos unidos a diferentes átomos de carbono; se trata por lo tanto de un alcohol divalente. Son en su mayoría líquidos viscosos, incoloros y de sabor dulce.


27

Figura. 2.13. Diablo esfera. (Girardind, 2005)

Se han usado las esferas durante muchos años como diablos selladores.

Hay cuatro tipos básicos de esferas; soluble, inflable, espuma y sólida.

La esfera soluble se usa normalmente en tuberías de aceite crudo y contiene

una cera cristalina microscópica y polietileno que actúa como un inhibidor de

parafina y no obstruye el flujo. Si en una línea nunca se ha corrido un diablo, la

esfera soluble es una buena opción para realizas una corrida.

La esfera normalmente se disolverá en pocas horas. Esto está en función de

la temperatura y movimiento del fluido, fricción y absorción de aceite.

La esfera inflable es fabricada de varios elastómeros (poliuretano, neopreno

y otros) dependiendo de la aplicación. Tiene un centro hueco con válvulas que

se usan para inflar la esfera con líquido. Las esferas están llenas con agua, o

agua y glicol e infladas al tamaño deseado.

Nunca deben inflarse las esferas con aire, puesto que por la naturaleza del

mismo puede comprimirse a alta presión y/o amoldarse a la superficie de la

tubería, y no realizar eficientemente la operación de remover los líquidos.


28

Dependiendo de la aplicación y material, la esfera es inflada de 1% a 2%

arriba del diámetro interior de la tubería. En tamaños pequeños la esfera puede

ser de composición sólida, eliminando la necesidad de inflarse, pero no tiene la

vida útil como una esfera inflable.

Las esferas también pueden fabricarse de espuma del poliuretano. Pueden

cubrirse con un material del poliuretano para dar un buen uso. Para los

propósitos de limpieza pueden tener cepillos de alambre en la superficie. Las

ventajas de estas esferas de espuma es que son ligeras en peso, baratas, y no

necesitan ser infladas.

Las esferas son en general fáciles de manejar, maneja radios de 90o, giros y

curvaturas irregulares. Pueden viajar desde las líneas laterales más pequeñas a

las líneas principales más grandes, y son más fáciles de automatizar que otros

diablos.

Las esferas son comúnmente usadas para quitar los líquidos de los sistemas

de gas húmedo, agua de las tuberías de producción, el control de parafina en

las tuberías de aceite crudo, y la prueba hidrostática y drene después de

rehabilitar la tubería o una nueva construcción. Usadas para separar varios

productos como gasolinas, aceites de combustible, aceites crudos, combustibles

de motor de reacción, y otros productos de petróleo transportados a través de

una tubería. (Girardind, 2005).

Figura 2.14. Diablo tipo esfera (Girardind, 2005)


29

• Diablos de espuma, la espuma del poliuretano se amolda a varias

configuraciones de tiras sólidas de poliuretano y/o materiales abrasivos

permanentemente unidos a ellos;

Figura. 2.15. Diablo espuma (Girardind, 2005)

Los diablos de espuma son un tipo de dispositivo barato y versátil en la

limpieza de tuberías. Los tamaños se extienden de 2" hasta 48". Con

configuraciones incluyendo básico, entrecruzado, cepillos de alambre, cerda

plástica, y de carburo de silicio. Son ligeros y fáciles de trabajar y capaces de

ser utilizados en tuberías, instalaciones, y válvulas (Westernfilterco, 2005).

Los diablos de espuma, menos conocidos como los diablos de polietileno,

son fabricados de espuma de poliuretano. La espuma es de varias densidades

que van de la densidad ligera (2 lbs/ft3), la densidad media (5-8 lbs/ft3), a la

densidad pesada (9-10 lbs/ft3). Aunque normalmente se encuentra en una forma

de bala, pueden tener fines cóncavos, fines lisos, o bala huele en ambos fines.

El diablo de polietileno puede ser de espuma básica o cubiertos con un material

de poliuretano resistente. Los diablos cubiertos pueden tener un espiral de

poliuretano, con varios cepillos o cubierto de carburo de silicio. Si el diablo es de

espuma básica, tendrá la base cubierta. La longitud del diablo de poliuretano

normal es dos veces su diámetro. Algunas ventajas de los diablos de

poliuretano es que son comprimibles, extensibles, ligeros y flexibles. Los diablos

de poliuretano viajan a través de las tuberías de diámetro múltiples y radios

cortos de curvatura de 90º. Hacen giros bruscos en las cruces para poder


30

limpiar las laterales. Pasan por las válvulas tan pequeñas como el 65% de

apertura. Los diablos de poliuretano también son baratos.

Las desventajas de los diablos de espuma radican en que son productos de

un solo uso, longitud corta de corridas, y las concentraciones altas de algunos

ácidos acortan su vida.

Se usan los diablos de espuma de poliuretano para probar la línea (un diablo

pasa a través de la línea), secar y limpiar, remover depósitos espesos,

condensados en las tuberías de gas húmedo y en corridas de diablos de

diámetros múltiples. Los diablos de poliuretano cubiertos con un cepillo de

alambre o de carburo de silicio se usan para raspar y suavizar la abrasión de la

tubería (Girardind, 2005).

Los tipos de diablos de espuma disponibles que se puede usar dependen de

la condición de la tubería, y el aumento esperado de parafina, corrosión, u otro

residuo de la producción del hidrocarburo, como se lista a continuación (Pipeline

Removal Preparations Survey, 2005):

1. Diablo de polietileno de baja densidad - Un diablo de densidad baja

puede atravesar tuberías parcialmente bloqueadas porque radicalmente

se puede deformar cuando se empuja a través de la tubería. Este diablo

esta diseñado para realizar un buen sello en el interior de la tubería y

asegurar que todo el líquido de la tubería cambie de sitio impulsado por

el fluido o gas detrás del diablo. Este tipo de diablo se muestra en la

tabla 2.3.

Tabla 2.3. Diablo ligero de espuma (Westernfilterco, 2005)


31

2. Diablo de polietileno de densidad media - Un diablo de densidad media

puede atravesar obstáculos con la fuerza que se le aplicada y puede

mover algunos materiales depositados en las paredes de la tubería.

Esto tipo de diablo se muestra en la tabla 2.4.

Tabla 2.4. Diablo de espuma de densidad media (Westernfilterco, 2005)

3. Diablo de polietileno de alta densidad - Un diablo de densidad alta

atraviesa obstáculos con mayor fuerza y mueve materiales acumulados

en las paredes de la tubería. Esto tipo de diablo se muestra en la tabla

2.5.

Tabla 2.5. Diablo pesado de espuma (Westernfilterco, 2005)

Entre el diablo de polietileno de densidad baja, media y alta, la

diferencia radica en su composición interna, y en el objetivo que se

quiere conseguir al utilizarlo, cada uno de ellos tiene una finalidad

independiente, y no en su apariencia física.

4. Diablo de cepillo - Este diablo tiene cepillos de alambre o otros tipos de

cepillos para quitar el material de residuo proveniente de diablos

anteriores.

5. Diablo rascador - Este diablo tiene varios rascadores duros construidos

para raspar el residuo más resistente fuera de las paredes de la tubería.


32

En la corrida de diablos progresiva es necesario asegurar que los diablos no

se peguen en la tubería. El uso de una densidad alta o de un diablo rascador en

la primera carrera podría raspar bastante material y por consecuencia detener el

diablo y bloquear la tubería. Empujando los primeros, uno o dos, diablos con

varios barriles de lubricante o surfactante, ablandarán y disolverán residuos del

hidrocarburo depositado en la tubería y permitirá a los diablos de polietileno más

densos quitar la mayoría de material antes de usar un diablo rascador.

El diablo de espuma se construye de espuma de poliuretano de varias

densidades y está disponible en varios tipos de capas externas. Aunque cada

diablo tiene una aplicación específica, algunos son intercambiables según la

preferencia del usuario dentro de ciertos parámetros.

Figura 2.16. Esquema del diablo espuma en operación. (Girardind, 2005)

El diablo de espuma se adapta de material de espuma de poliuretano de

densidad ligera, media, o pesada. Su forma de bala se diseña para ayudar a

cruzar las instalaciones y válvulas. Los fines cóncavos están disponibles para el

servicio bidireccional. La longitud del diablo es aproximadamente dos veces su

diámetro para reducir la posibilidad de que diablo de volteretas en la tubería. El

diámetro del diablo de poliuretano es más grande que el diámetro interior de la

tubería. Esto se hace para ejercer un arrastre friccional entre el diablo de

espuma y la pared de la tubería. Los diablos pueden acomodarse en cualquier

orden, considerando lo que se quiera conseguir de cada uno de ellos.


33

Los diablos de espuma tienen una base de lámina cóncava con una capa de

poliuretano resistente. Esto proporciona un máximo sellado en la superficie

trasera para las fuerzas de propulsión de los fluidos o gases usados.

Las capas exteriores en los cuerpos de espuma consisten de un tipo de

espiral entrelazado de poliuretano resistente. Estos espirales agregan la fuerza

y dan un mayor limpiado y raspado, la acción es comparada con la espuma

básica. Se fabrican dos tipos de diablos entrelazados. Cepillos del alambre,

carburo de silicio, o las cerdas plásticas pueden adherirse en estos espirales de

poliuretano para agregar una máximo acción de raspado o cepillado.

La acción de limpieza del diablo de espuma se crea por el arrastre friccional

proporcionado por el sobre tamaño del diámetro. Además, la presión creada por

el fluido sobre la parte trasera del diablo comprime el diablo longitudinalmente.

Esto aumenta el arrastre friccional sobre las paredes de la tubería y la acción de

raspado del diablo.

Algunos fluidos pasan alrededor de y a través del cuerpo de espuma

creando una alta velocidad y desviación del volumen. Esta desviación retira los

escombros delante del diablo, suspendiendo algunos de los escombros en la

solución y barriéndolos fuera de la línea (Girardind, 2005).

• Diablos sólidos, se amoldan en una sola pieza, normalmente de

poliuretano. Los diablos sólidos son de varios diseños y son normalmente

hechos de poliuretano; sin embargo, el neopreno, y otros elastómeros en los

diablos de tamaños más pequeños.

Son considerados diablos de sellado aunque algunos diablos sólidos están

disponibles con cepillos en su alrededor y pueden usarse para propósitos de

limpieza. El diablo de lanzamiento sólido está disponible en copa, disco, o una

combinación de diseño copa / disco. La mayoría de los diablos son de una


34

construcción de piezas pero varios fabricantes tienen todos los diablos de

uretano con elementos de sellado reemplazables.

Figura. 2.17. Diablo sólido. (Girardind, 2005)

Debido al costo de reajustar y transportar un diablo cilíndrico (trabajo y

material), muchas compañías reutilizan el diablo de lanzamiento sólido.

Los diablos sólidos son sumamente eficaces quitando los líquidos de las

tuberías de producción, removiendo condensados y agua de sistemas de gas

húmedo, y controlando el aumento de parafinas en los sistemas de aceite crudo

(Girardind, 2005).

Los diablos sólidos caen en la categoría de diablos de espuma medios y

diablos de acero. Los equipan de copas y/o discos y tienen la capacidad de

adaptar cepillos como un diablo de acero. Sin embargo, los componentes que

usan no pueden ser substituidos. Como en los diablos de acero, diversas

configuraciones pueden ser provistas. Los cinco tipos básicos de diablos sólidos

se pueden observar en la tabla 2.6.

Construidos, con alto grado de abrasión y con un químico resistente al

material sólido y diseñados para permitir el sello al borde de la copa y en la


35

parte posterior del disco contra la superficie interna de la tubería. El centro

hueco agrega flexibilidad para adaptarse a los diámetros internos fuera de

circunferencia o que varían, y además maneja los diámetros de poca curvatura.

Utilizados sobre todo para las pruebas hidrostáticas, drene, retiro del fluido,

así como, limpiezas cuando está equipado con cepillos. Más ligero en peso que

los diablos de acero, éste permite un sello más eficiente durante funcionamiento

del diablo.

Tipo copa

Tipo

copa y

disco

Tipo disco

Con los

cepillos

Esferas

Tabla 2.6 Tipos de diablos sólidos. (Girardind, 2005)

Otra clasificación de los diablos se basa en el objetivo o tarea que se quiere

conseguir al realizar la corrida de diablos, cualquiera de los diablos que se han

explicado anteriormente puede tomar parte en una de estas clasificaciones, para

esto también influyen las condiciones de la tubería y del fluido.


36

• Diablos de conjunto

Se usan los diablos de conjunto para separar fluidos distintos como las

diferentes calidades de gasolina, combustoleo, etc., en tuberías de

productos múltiples. Estos diablos son unidireccionales si tienen copas y

bidireccional si están provisto con discos (Girardind, 2005).

• Diablos de desplazamiento

Estos diablos se utilizan para desplazar un fluido con otro. Pueden ser

bidireccionales o unidireccionales en diseño. Se usan en la hidrostática, en

el llenado, en el drene, la evacuación y en el abandono de la línea

(Girardind, 2005).

• Diablos calibradores

Se usan los diablos calibradores después de construir la tubería para

determinar si hay obstrucción en la tubería. Asegura que el ovalidad de la

línea está dentro de la tolerancia aceptada. La lámina de aforo puede

montarse en el frente o a atrás del diablo y es hecho de un acero ligero o

de aluminio. La lámina puede ser sólida. Su diámetro externo es de un 90-

95% del diámetro interno de la tubería (Girardind, 2005).

• Diablo de perfil

Es un diablo de aforo normalmente con tres láminas de aforo. Una

lámina está colocada en el frente, una en medio, y una atrás del diablo.

Normalmente se usa antes de utilizar una herramienta de Inspección en

línea, para asegurar que la herramienta pase alrededor de las curvaturas y

a través de la tubería (Girardind, 2005).

• Diablos de diámetros dobles

Existen sistemas de producción en donde se presentan tuberías de dos

diferentes diámetros es decir, 4" x 6", 8" x 10", etc. es por eso que el diablo

de cilindro es normalmente ajustado con discos sólidos para la línea más

pequeña y discos rasurados para la línea más grande. Si es un diablo de

limpieza, los cepillos lo apoyarán en la línea y mantendrán el diablo

centrado. El diablo de poliuretano también se usa ampliamente en esta

aplicación (Girardind, 2005).


37

• Diablos especiales

Son diablos que se utilizan para realizar una aplicación específica y que

no se lograría si se utilizara un diablo convencional. Muchas aplicaciones

requieren los diablos especiales. Un ejemplo de un diablo especial es; un

diablo del molinete que usa alfileres de acero con las puntas endurecidas

para quitar la cera y descascarar la tubería, un diablo de limpieza

magnético para recoger los escombros férreos de la tubería (Girardind,

2005).

2.4.2 Diablos de gel

Es una serie de sistemas de gel líquido que se ha desarrollado para el uso

en operaciones en tuberías, o durante el inicio, o como una parte de un

programa de mantenimiento continuo. La mayoría de los geles de tubería son

basados en agua, pero con un rango de químicos, solventes, y incluso ácidos

que pueden estar en los geles. El diesel de gel normalmente se usa como un

portador de inhibidor de corrosión en líneas de gas (Piggingassnppsa, 2005).

Hay cuatro principales tipos de gel que se usa en aplicaciones de la tubería:

• Bacheo o gel separador

• Gel recogedor de escombros

• Gel de hidrocarburo

• Gel deshidratador

Figura 2.18. Diablo de gel (Piggingassnppsa, 2005)


38

Como un líquido, aunque muy viscoso, el gel puede bombearse a través de

cualquier línea que acepte líquidos. Pueden usarse diablos de gel

exclusivamente (en líneas de líquido), en lugar de diablos, o junto con varios

tipos de diablos convencionales. Cuando se usa con diablos convencionales, los

diablos del gel pueden mejorar el desarrollo global mientras minimizan el riesgo

de que un diablo se pegue.

En la figura 2.19 se muestra la forma en que se realiza la corrida de diablos

usando en el frente un diablo de gel, éste comprende un gel separador y un gel

de escombros y diablos convencionales, entre uno y otro se introduce un gel de

escombros o un gel separador. Con esto se minimizar la desviación de los

fluidos de los diablos y se realiza una mejor limpieza.

Figura 2.19. Tren de diablos con el diablo de gel (Piggingassnppsa, 2005)

Las principales aplicaciones de los diablos de gel en tuberías son las

siguientes:

• Separación de productos

• Escombros removidos

• Línea rellena e hidroprueba

• Desagüe y secado

• Condensados removidos de líneas de gas

• Inhibidores

• Tratamiento químico especial

• Remover los diablos atascados


39

2.4.3 El diablo como herramienta de inspección.

Otra de las aplicaciones que tiene el diablo durante su operación son la de

inspeccionar las condiciones de la tubería. Se ha desarrollado un diablo que

mide el diámetro interno este consiste en un diablo de limpieza que puede medir

el diámetro interior de una tubería. Este diablo pasa a través de la tubería como

un diablo de limpieza, mismos tipos y número de copas de cerrado tienen que

ser usadas, se ha hecho de los mismos materiales y se han instalado a los

mismos intervalos (Inspection tools with high reliability for the safety of trunk

lines including tight bends, 2005). Este diablo se muestra en la figura 2.20.

Figura 2.20. Diablo medidor del diámetro interno (Inspection tools with high reliability for the

safety of trunk lines including tight bends, 2005)

Al contrario de un diablo del calibrador ordinario, este diablo puede usarse

para detectar abolladuras. Por consiguiente, los censores que miden la

distorsión y detectan la deformación, se han colocado a lo largo del interior de la

copa de medición. Estos datos son usados en conjunto con el dato registrado

por el propio diablo. Este diablo también tiene el mismo tipo de rodillos de

medición como es encontrado en herramientas de inspección, y puede medir el

diámetro interior de una tubería instalada a intervalos de 2 milímetros.

También se ha desarrollado un diablo cámara al que se le ha ajustado una

cámara de video que se usa para grabar dentro de la tubería. Este diablo

también puede usarse como un diablo de limpieza, tiene el mismo diseño. La

lente no se coloca en el frente del diablo por que el polvo dentro de la tubería


40

puede ensuciar la lente, en cambio la cámara se ajusta atrás del diablo así la

lente no se ensucia. Entonces este diablo graba en la dirección inversa del

movimiento del propio diablo y da testimonio de las condiciones internas de la

tubería después de haber corrido el diablo (Inspection tools with high reliability

for the safety of trunk lines including tight bends, 2005). Este diablo se muestra

en la figura 2.21.

Figura 2.21. Diablo cámara (Inspection tools with high reliability for the safety of trunk lines

including tight bends, 2005)

Ejemplo de una fotografía en una línea del flujo de este diablo cámara se

muestra en la figura 2.22. Esta imagen capturada por este diablo revela la forma

circunferencial de la tubería. Durante el uso en el campo, este diablo ha

mostrado excelente durabilidad y habilidad para pasar a través de la tubería

(Inspection tools with high reliability for the safety of trunk lines including tight

bends, 2005).

Figura 2.22. Imagen captada por el diablo cámara (Inspection tools with high reliability for

the safety of trunk lines including tight bends, 2005)


41

Las tuberías se inspeccionarán o se estudiarán con datos existentes para

determinar la situación actual de la limpieza de la tubería involucrando el estudio

de extremidades y cruces (tees).

2.5 Selección del diablo

Una vez definidos los parámetros de operación y metas del proyecto de

limpieza, se debe hacer una selección del diablo para perfeccionar la eficacia de

limpieza de la corrida del diablo (Baker Petrolite, 2005).

El tipo de diablo a ser usado y su configuración óptima para realizar una

tarea en una tubería en particular debe determinarse basado en varios criterios

que incluye (Piggingassnppsa, 2005):

• El propósito

En éste influye el tipo, dureza, situación y volumen de la sustancia que

se quitara o cambiara de lugar, tiempo de acumulación, ubicación del

deposito, el tipo de información que se obtendrá de una corrida de

diablo y los objetivos y metas para la corrida de diablo.

• Los volúmenes de la línea

Se debe considerar, los volúmenes en la línea durante la corrida de

diablos, la disponibilidad contra la tendencia de presión requerida y la

velocidad del diablo

• Características de la tubería

Se deben de tomar en cuenta los diámetros interiores mínimos y

máximos de la línea, la máxima distancia que deberá viajar el diablo, el

mínimo radio de curvatura, y ángulos de la curvatura, las características

adicionales como tipos de válvula, las conexiones de la rama, el perfil

de elevación, y el material especifico de la tubería.


42

Varios son los diseños de diablos que se pueden utilizar en la corrida de

diablos en ambas direcciones de la tubería. Todos los modelos bidireccionales

operan mecánicamente con señales eléctricas autocambiables o ambas señales

mecánicas y eléctricas. En la figura 2.23 se muestran algunos diablos

bidireccionales.

Figura 2.23. Diablos bidireccionales (Girardind, 2005)

Al seleccionar el diablo se debe tomar en cuenta la temperatura de

operación pues puede que el material con el que está fabricado el diablo no sea

el óptimo para realizar la limpieza.

2.6 Tren de diablos

Es un proceso también llamado "corrida de diablos progresiva" (progressive

pigging). Este proceso consiste en introducir a la tubería una serie de diablos de

espuma de polietileno, estos limpian a través de la tubería con agentes químicos

y/o un limpiador de agua para quitar todos los hidrocarburos.

El diablo es empujado por el lanzador en la tubería bombeando aire,

nitrógeno, agua o químicos detrás del diablo. Una cantidad moderada de fluido o

gas se bombea antes de un segundo diablo que es insertado en el lanzador, así

hasta el número requerido de diablos con la cantidad correspondiente de


43

químicos o limpiadores con agua se envían a través de la línea y para quitar la

mayoría de los hidrocarburos depositados en la tubería. Los diablos se reciben

en un "receptor de diablo" (Pig catcher).

En la figura 2.24 se muestra una corrida de diablos progresiva en donde se

ilustra los diferentes tipos de diablos que se utilizan para conseguir la limpieza

esperada por cada uno de ellos, se nota que cada uno de ellos cumple con un

fin, que es remover la mayor cantidad de parafinas, líquidos o sólidos.

Figura 2.24. Tren de diablos (Baker Petrolite, 2005)

Una tubería que se ha mantenido limpia o se ha limpiado en el momento de

cierre, puede requerir sólo diablos de polietileno de densidad baja y limpiadores

de agua para la limpieza final. (Pipeline Removal Preparations Survey, 2005).

Las tuberías se limpian hidráulicamente y neumáticamente con una serie de

diablos limpiadores de polietileno (POLY-PIG) de espuma flexibles. En el caso

de fragmentos pesados, los diablos de polietileno se introducen en el sistema de

una manera progresiva que empieza con unidades de limpieza muy pequeñas y

muy suaves que trabajan con limpiadores clasificados según el tamaño con

calidades abrasivas. Este método de limpieza de diablos de polietileno ha

demostrado ser la manera más segura, más rápida y más barata de limpiar la

mayoría de las tuberías (Flowmore Services, 2005).

El diseño del tren de diablos es crítico para el éxito del programa de

limpieza. Típicamente, el bache de químicos es colocado delante de un diablo


44

cepillo para iniciar las corridas, con un diablo disco o diablo copa usado al final

de las corridas. Día a día se perfecciona el tren de diablo para que la limpieza

completa se logre en un número mínimo de corridas y aumente al máximo la

producción a la vez que se minimizan los costos (Baker Petrolite, 2005).

2.7 Tipos de herramientas inspección en la corrida de

diablos

Básicamente las técnicas más comunes son MFL (Magnetic Flux Leakage, por

sus siglas en inglés), Ut (Ultrasonic, por sus siglas en inglés), Herramientas de

inspección en línea y la inspección en sitio.

2.7.1 Herramientas de inspección en línea

La herramienta de inspección en línea proporciona información de la

condición de la tubería y/o sus volúmenes. Con pocas excepciones, la

herramienta de inspección en línea recoge datos que son analizados por los

ingenieros y técnicos para determinar e informar de la condición de la línea

(Piggingassnppsa, 2005).

• Pre inspección del diablo

Este es uno de los primeros pasos que se deben llevar a cabo durante la

corrida de diablos. El diablo debe estar dentro las condiciones de operación

establecidas para poder seleccionarlo. Si el diablo tiene corridas anteriores, este

debe ser inspeccionado para asegurar que se puede utilizar sin que este se

detenga en la tubería.

El diámetro exterior del diablo sella la superficie de la tubería. Estos

diámetros deben ser tan grandes como el diámetro interior de la tubería para

mantener un buen sello.


45

Se inspecciona el sellado en la superficie para asegurar que el diablo no se

cortará, romperá, pinchará, esto puede afectar la habilidad del diablo para

funcionar en la tubería durante la operación.

Los cepillos de diablos deben además ser medidos para asegurar que los

cepillos mantienen contacto con la pared de la tubería durante la operación

completa.

Cuando se usan cepillos en los diablos de limpieza de tipo cilíndrico, se debe

examinar la corrosión o ruptura de los cepillos. Se beben tomar precauciones

para prevenir que los cepillos no se rompan en la tubería. Las cerdas sueltas

dañan las válvulas, instrumentación y otros equipos de las tuberías. Todos los

componentes del diablo deben ser controlados para asegurar que están

ajustadas y en buenas condiciones (Girarding, 2005)

2.7.2 Inspección en el sitio

Mientras estas herramientas están viajando a través de la línea, la presión

diferencial constantemente se monitorea. Un método rastreador acústico se usa

para monitorear la situación de la herramienta en la inspección en tiempo real.

Se usan herramientas de inspección para monitorear las líneas y el proceso es

mostrado en la figura 2.25 (Inspection tools with high reliability for the safety of

trunk lines including tight bends, 2005).

Figura 2.257. Flujo de trabajo de la inspeccion en el sitio (Inspection tools with high reliability for the safety of trunk lines including tight bends, 2005)

Diablo de limpieza

Diablo medidor de

diámetro interno

Diablo cámara

Herramienta de

inspección


46

2.7.3 Herramienta de inspección Magnetic Flux Leakage

Los dos parámetros más comunes para medir la geometría y el diámetro son

la pérdida de metal y la corrosión, la información que proporciona este diablo

inteligente es de un rango muy amplio de inspección que incluyen

(Piggingassnppsa, 2005):

• Medidas del diámetro y de la geometría

• Monitoreo de la curvatura de la tubería

• Perfil de la tubería

• Registro de la temperatura y la presión

• Perdida de metal y determinación de la corrosión

• Inspección fotográfica

• Determinación de grietas

• Medición de los depósitos de parafinas

• Determinación de la fuga

El principio físico de la herramienta de trabajo MFL es magnetizar la pared

del pozo y detectar la salida de flujo causado por el metal (ganancia o pérdida) u

otra anomalía relativa que cambie el espesor de la pared de la tubería.

Figura 2.26. Herramienta MFL. (roseninspection, 2006)

La evaluación de la perdida de metal es determinado indirectamente a través

de la calibración y experiencia en la interpretación de registros, los resultados

del MFL son cualitativos (volumétricos).


47

Las herramientas del MFL se corren en aceite, gas o sistemas multifasicos

con una detección mínima de 5 – 10 %. Reportan las características de la

tubería de acero, es decir en el caso de tuberías con más costuras en un nivel

alto reduce la capacidad y la exactitud (Pipeline Integrity Management Through

Intelligent Pigging Survey, SPE # 36275).

Las principales limitaciones de las herramientas MFL son:

• Necesita ser calibrado para un sitio, cuando se evalúan los defectos

• Incapaz para detectar la suavidad, la longitud y áreas uniformes en

espesores de pared

• Para evaluar errores causados por cambios desconocidos en el

espesor de la pared

• Limitaciones sobre la detección mínima de dimensiones, exactitud del

tamaño total en el nivel de los resultados reportados

• Incapacidad de registrar el tamaño, anomalías debajo de ciertas

dimensiones y asociado con la masa de acero

• Temperatura máxima <= 60 oC

2.7.4 Herramientas de inspección Ultrasonic

El principio de operación de la herramienta untrasonic es emitir ondas de

sonido que viajan hasta tener contacto con la pared de la tubería, la onda rebota

y es captada por la misma herramienta, registrando el tiempo que tarda en viajar

la onda, con esto se puede determinar si existen en el interior de la tubería

fisuras, corrosión, incluso materiales que se encuentran depositados en la pared

interna de la tubería.

Esta es la herramienta más exacta pero muy difícil de manejar e

históricamente más costosa en comparación con la herramienta MFL. Más

conveniente para el monitoreo de la corrosión que la anterior; menos tolerancia


48

en la exactitud de reportes (Pipeline Integrity Management Through Intelligent

Pigging Survey, SPE # 36275).

Figura 2.27. Herramienta Ut. (Piggingassnppsa, 2005)

Limitaciones de la herramienta Ut:

• Requiere una baja velocidad (aproximadamente 1 [m/s]). Herramienta

con alta rapidez para reportar resultados

• Requiere un nivel alto de limpieza de la superficie interna de la tubería,

libre de productos de corrosión, parafinas, inhibidores efectivos de

sólidos en suspensión.

• Mínimo espesor de la pared y limitaciones para detectar el tamaño.

2.8 Parámetros que se utilizan durante la operación

Para poder saber cual será el comportamiento de la corrida de diablos se

necesita conocer ciertos parámetros, para poder predecir las condiciones de

operación bajo las cuales la limpieza de la tubería se realiza y para ver si éstas

son las óptimas para el sistema, a partir de éstos se puede realizar una

operación exitosa.

2.8.1 Tiempo de la corrida de diablos

La predicción del tiempo de la corrida de diablos es muy importante.

Consiste en proveer al operador un tiempo estimado de llegada del diablo.

Saber cuando llegará el diablo es extremadamente importante. Además,

conocer los diferentes parámetros que afectan el tiempo de la corrida de diablos


49

permite al operador minimizar la duración del proceso de corrida de diablos

(Challenges in Pigging of Subsea Gas Flowlines, SPE 77576).

2.8.2 Velocidad de la corrida de diablos

La velocidad promedio durante la corrida de diablos afecta directamente al

tiempo de la corrida de diablos. Generalmente la velocidad del diablo utilizada

en tuberías es de 3 a 5 [MPH] (4.785 a 7.29 ft/s, 6.71 a 11.18 [m/s]). La

velocidad del diablo determina el gasto del líquido removido, y la cantidad de

depósitos removidos semejantes a las parafinas y capaz de asfaltenos. Las

fuerzas sobre los equipos submarinos, secciones más altas y además codos de

tuberías limitan la velocidad del diablo (Challenges in Pigging of Subsea Gas

Flowlines, SPE 77576).

2.8.3 Velocidad diablo

Normalmente los diablos se desplazan a la misma velocidad que la corriente

del flujo antes de introducirlo, sin embargo, la velocidad más eficiente oscila

entre, para líneas conductoras de gas natural de 5 a 15 [MPH] (11.18 a 33.47

m⁄s), y para líneas conductoras de líquidos de 2 a 10 [MPH] (4.47 a 22.33m⁄s).

La velocidad debe permanecer dentro pues si está por debajo puede detenerse

durante la corrida de diablos y si es mayor puede no remover la mayor parte de

los escombros depositados en la tubería, en los dos casos la operación resulta

ser ineficiente. Esta velocidad puede verse afectada de 3 a 5 % menos si la

conexión lateral de la “trampa” se encuentra abierta (Transporte de

Hidrocarburos por Ductos, CIPM). Las expresiones para determinar la velocidad

real de los diablos son las siguientes:

Para gas natural

( )2

5460

10996.5dp

TZqxv

g +=

− (2.1)

Para líquidos

d

qv l01192.0= (2.2)


50

donde:

D Diámetro [pg] T Temperatura media [ºF] p Presión media [lbf /pg2]

qg Gasto de gas [pies3/día] ql Gasto de líquido [bl/día] Z Factor de compresibilidad del gas

La velocidad de llegada del diablo es de mayor preocupación para las

operaciones en los lugares más altos. La rectitud del sistema de corrida de

diablos y la recepción del diablo limita la máxima velocidad de llegada del

diablo. En casos con sistemas de aguas profundas con riser del orden de unos

pocos miles de pies de altura, la velocidad de llegada del diablo es muy grande.

Esto es causado por la columna de condensados (líquidos) en el riser

(Challenges in Pigging of Subsea Gas Flowlines, SPE 77576).

2.8.4 Control de la velocidad de llegada del diablo

La causa de la excesiva velocidad de llegada del diablo es la elevada

presión diferencial a través del diablo. Esta diferencia de presión se incrementa

con el acercamiento del diablo a la instalación. Para reducir la velocidad del

diablo es necesario disminuir la diferencia de presión, con cualquiera de estas

dos opciones:

1. incrementar la presión al frente del diablo

2. reducir presión detrás del diablo

2.8.5 Efecto de la presión del separador

La presión en el separador tiene un gran impacto sobre el tiempo para la

corrida de diablos.

Reduciendo la presión del separador se incrementa la velocidad del diablo.

La presión del separador se usa para ajustar o modificar la velocidad del diablo.


51

Aumentando la presión del separador disminuye la velocidad del diablo y

viceversa.

La presión del separador no es usualmente ajustable pero cuando se trata

de un tren de diablos de alta, intermedia, y baja presión del separador, la salida

de la recepción del diablo se alinea con el deseo de separar y controlar la

presión de respaldo.

2.8.6 Efecto de fugas alrededor del diablo

Cuando se incrementan las fugas alrededor del diablo resulta en velocidades

promedio de diablo más bajas, una más baja velocidad de llegada del diablo

aumenta el tiempo de llegada del diablo. En una corrida de diablos con presión

suministrada por gas los requisitos aumentan cuando se tiene una gran cantidad

de fugas de gas alrededor del diablo.

2.8.7 Efecto del líquido delante del diablo

La presencia de una gran columna de líquido frente del diablo es crucial,

para reducir la aceleración del diablo. Esto llega a ser un aspecto muy

significativo en el control del movimiento del diablo en segmentos de tubería

horizontal y semi-horizontal.

2.9 Modelo de la corrida de diablos

Para simular el movimiento del diablo en la tubería es dividido en dos

secciones como se muestra en las figuras 2.28 y 2.29. La primera es desde la

entrada a sección de tubería hasta el diablo y la segunda del diablo a la salida

de la sección de tubería. La velocidad del diablo es dada por la velocidad del

fluido que impulsa al diablo en los pasos anteriores de tiempo. Como la masa

delante del diablo y el tiempo son conocidos, se puede conocer el gasto de flujo

másico entrando a la sección.


52

Este gasto de flujo másico será la condición para el cálculo del la salida

diablo, y este es la condición para el cálculo a la entrada del diablo. Así el

cálculo en todas partes de la tubería en este lapso de tiempo es finito. Este

procedimiento es repetitivo hasta que el diablo alcance el final de la tubería

(Modeling of Pigging Operations, SPE 56586).

En la figura 2.28 se muestra un diagrama del comportamiento que tiene la

corrida de diablos en un instante de tiempo. El diablo es impulsado por el fluido

de producción de la tubería, el cual presenta gas en su mayoría, ver figura, esto

es la corriente detrás del diablo. En la corriente delante del diablo se va

acumulando el líquido estancado y escombros depositados en la tubería, es

mayor en distancias próximas al diablo. El volumen de la tubería es ocupado

por el diablo en la celda del diablo.

Figura 2.28. Modelo de flujo de la corrida de diablos. (Modeling of Pigging Operations, SPE 56586)

En la figura 2.29 se muestra un diagrama de la forma en que se presentan

las diferentes densidades durante la corrida de diablos delante del diablo en una

sección de tubería, una región de baja densidad (2) y una región de alta


53

densidad (1). Al tener una alta cantidad de escombros se tiene una mayor

densidad a cuando se tiene una gran cantidad de gas en el fluido.

Figura 2.29. Regiones durante la corrida de diablos. (Modeling of Pigging Operations, SPE 56586).

2.10 Metodología de la simulación

El simulador numérico utilizado en el presente trabajo es el simulador

comercial OLGATM, de la empresa noruega Scandpower. OLGA fue

originalmente desarrollado por un programa conjunto de investigación, en el que

estaban involucradas organizaciones de investigación y diversas compañías

petroleras (Bendiksen et al., 1991). El objetivo era simular flujos transitorios

lentos asociados con transporte de masa, importantes en el bacheo por

conformación del terreno y durante variaciones de gasto. Con OLGA se puede

simular el flujo de hidrocarburos en tuberías, en redes de tuberías y en equipo

de proceso que formen parte de estos sistemas.

El simulador OLGA fue desarrollado por los Institutos Noruegos SINTEF

(Consorcio de Institutos de Investigación) e IFE (Instituto para la Tecnología de

la Energía). Desde el inicio del proyecto, el código OLGA ha sido continuamente

mejorado gracias al incremento de la base de datos experimental del laboratorio

de SINTEF y al uso extensivo de pruebas numéricas del IFE y las compañías


54

petroleras involucradas en el proyecto. Para mayores referencias consultar el

trabajo de Bendiksen (1991).

OLGA es un modelo de dos fluidos, unidimensional y dinámico (válido para

régimen transitorio o variable), en el que se especifica un sistema de ecuaciones

constituido por las ecuaciones de conservación, momento y energía; y

ecuaciones de ajuste, definidas mediante correlaciones de parámetros tales

como la fracción de volumen de líquido y el factor de fricción interfacial, además

de condiciones iniciales y de frontera. Para resolver esta serie de ecuaciones

dentro de OLGA, se seleccionaron los métodos implícitos por ser los más

adecuados al tratar con transitorios lentos.

La especificación de condiciones iniciales permite que el simulador genere

las condiciones de operación del sistema en estado “estacionario”, lo cual es

esencial, para modelar y simular un evento transitorio o dinámico, al ser

tomadas como punto de partida.

La información que se necesita como entrada a OLGA consiste de 7

archivos. Dos de ellos son indispensables y cinco opcionales. El primero de los

archivos necesarios contiene la información particular del caso de estudio tal

como la geometría, las condiciones operativas, las variables que se solicitan

como salida, etc. Toda esta información está organizada en grupos de

elementos físicos similares.

El segundo de estos archivos contiene las tablas de propiedades de los

fluidos, el cual es una parte clave para el correcto funcionamiento de OLGA. El

grupo de propiedades de transporte del fluido que requiere OLGA para resolver

el sistema de ecuaciones es generado por el simulador PVTsimTM, el cual es

una parte integral de OLGA. PVTsim es de índole predictivo, lo que significa que

es capaz de estimar las propiedades PVT del fluido a partir de ecuaciones de


55

estado, además de poseer una base de datos con las propiedades de los

principales fluidos hidrocarburos y no hidrocarburos.

La información opcional está constituida por datos de equipo de proceso

como bombas y compresores (cuando se desean incorporar al sistema de

estudio), de otros datos (cuando se requieren realizar, por ejemplo, estudios de

depósito de asfaltenos o de formación de hidratos) y de archivos como el de

reinicio o “restart” (cuando se desea que el sistema realice determinados

cálculos, tomando como punto de partida la información referente a un cierto

tiempo, resultado de cálculos anteriormente realizados).

Los sistemas de flujo dentro de OLGA están constituidos por uno o más

ramales o “branches”. Cada ramal consiste de una secuencia de tuberías o

“pipes” y cada tubería está dividida en secciones. Estas secciones corresponden

a las celdas de discretización empleadas en el modelo numérico.

Figura 2.30. Representación de la discretización de las tuberías.

Las variables de flujo (velocidades, gastos, etc.) son definidas en los límites

de sección (A, B, C y D en la figura 2.30 mientras que otras variables como son

presión, temperatura, etc. Son reportados como valores promedio dentro de los

volúmenes de sección (1, 2 y 3 en la figura 2.30).

2.10.1 Corrida de diablos en tuberías para la simulación

OLGA es un simulador de corrida de diablos de una tubería. OLGA usa un

diablo específico para poder insertar en la tubería a un solo tiempo y lugar. El

bache de líquido creado por el diablo a lo largo de la tubería es seguido en

tiempo. De especial interés es la determinación del tamaño y velocidad de un


56

bache de líquido permitido por el sistema delante de un diablo que se inserta en

un cierre de la línea de flujo (User's Manual V4.0, OLGA 2000).

2.10.2 Equipo de proceso

Lo siguiente es una descripción de los equipos disponibles en OLGA. Los

componentes son los siguientes: separadores de dos y tres fases, válvulas y

estranguladores críticos y subcríticos compresor con control de pase, bombas

con reciclo y pase de flujo, intercambio de calor, válvula check, fuente de control

de masa, fuga y diablo / tapón, acumulación de parafina.

El principal propósito de incluir equipos es para dar más realismo a las

condiciones de frontera para las múltiples fases que se transportan en las líneas

(User's Manual V4.0, OLGA 2000).

2.10.3 Simulación del diablo

Existen dos formas para simular el escenario de la corrida de diablos en

OLGA cualquiera de las dos usa la llave de trabajo PLUG o se usa la llave de

trabajo PIGTRACKING. NOTA el PLUG es más resistente que el

PIGTRACKING (User's Manual V4.0, OLGA 2000). Un diablo es un dispositivo

mecánico para la limpieza interna o inspección de una tubería. Nota: que el

tapón / diablo como se describe en el modelo no ocupa volumen en la tubería.

2.10.4 Simulación del los tipos de diablos

Pueden simularse tres tipos de diablo o tapón:

CORTO: El diablo corto se usa normalmente sólo para limpiar la tubería.

LARGO: El tipo de diablo largo se usa para simular la operación de la corrida

de diablos donde un tren de diablos se envía a la tubería con espacios entre

los diablos llenos de fluido de la corrida de diablos. Los movimientos de tren

de diablo se calculan para un solo diablo en el tren de diablos. De igual


57

forma se calcula la temperatura media del fluido de la corrida de diablos se

calcula. El fluido de la corrida de diablos se introduce en la sección del

lanzamiento como aceite. En el periodo cuando el fluido de la corrida de

diablos se está inyectando en la tubería, el fluido se coloca en la sección de

la lanzadora del diablo. Si existen fuentes o un estrangulador adelante de la

lanzadora del diablo, puede ser necesario modificar la entrada del fluido,

después de las fuentes o del estrangulador debido a la compresión que

puede llegar a sufrir el fluido.

HIDRATO: Un tapón formado debido a la formación de hidratos.

PESADO SSH: El tren del diablo largo se simuló como un diablo corto. La

fuerza de fricción debido al fluido de la corrida de diablos dentro del tren del

diablo es calculado automáticamente y se agrega a la fuerza de fricción

debido a movimiento del diablo. Esta opción está sólo disponible para los

participantes del proyecto SSH (User's Manual V4.0, OLGA 2000).

2.10.5 Fuerza de fricción actuando en el diablo

Dos tipos de fuerzas de fricción son modeladas:

1. La fuerza de fricción de la pared debido al contacto entre el diablo y

pared de la tubería. Ésta involucra la fuerza de fricción cuando el diablo

se empieza a mover. Ésta fuerza también se usa como la fricción

estática entre el diablo y la pared de la tubería. El diablo se empieza

mover después de la que fuerza aplicada sobre él es mayor a la fuerza

de fricción estática. La velocidad del diablo aumenta cuando la fuerza de

fricción disminuye.

2. La fricción del fluido debido a la viscosidad del fluido en el espacio entre

el diablo y la pared de la tubería. Cuando el diablo se está moviendo, el

fluido alrededor del diablo produce una fuerza viscosa.


58

2.10.6 Fugas

Para en diablo corto dos tipos diferentes de fugas son modeladas: 1. La fuga debido a la baja presión sobre el diablo. El fluido fluye de la parte

trasera del diablo a la parte delantera del diablo.

2. La fuga debido al deslizamiento entre el diablo y el fluido alrededor del

diablo.

59

CAPÍTULO 3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Los sistemas de corridas de diablos en tuberías pueden ser esquematizados

de la siguiente forma simplificada, mostrando el momento en donde el diablo está

dentro de la tubería y va removiendo tanto líquidos como depósitos:

Figura 3.1. Representación esquemática, con ampliación del sistema de corrida de diablos en

tuberías.

CAPÍTULO 3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

60

En la figura 3.1 se muestra un diablo con una velocidad, v, una masa, m, el

cual es impulsado con una presión, P, dentro de una tubería de diámetro, Di, por

donde fluye un fluido que tiene ciertas propiedades (densidad, viscosidad,

velocidad , fracción de volumen de líquido y de gas, etc.).

En el presente trabajo se estudia un sistema de flujo particular. Para definir el

problema en forma integral se establecerán los siguientes aspectos: escenarios de

simulación, perfil de la tubería, composición de los fluidos, características del

instrumento de limpieza (diablo) y condiciones “estables” de operación, las cuales

definen las características del “caso base”.

3.1 Escenarios

Al realizar cualquier estudio de simulación, independientemente de la

metodología o herramienta que se utilice, es necesario definir los escenarios de

estudio. Al precisar los diferentes escenarios que se desean analizar se tendrán

metas claras y serán mayores las posibilidades de efectuar un estudio exitoso.

Como ya se mencionó, en este trabajo se analiza un sistema de corrida de

diablos con los siguientes objetivos:

• Estudiar los efectos que, el cambio en los principales parámetros

operativos (presión a la entrada, ep y temperatura, T), de diseño

(diámetro, D y rugosidad, ε ), del fluido (fracción de volumen de gas , Gα )

y de operación (tipo de diablo), tienen sobre el comportamiento de los

parámetros y condiciones de flujo del mismo (presión, contenido total de

líquido en el sistema, flujo másico de líquido, fracción de volumen de

líquido), y sobre la operación, en la velocidad y posición del diablo, de

igual forma el impacto de la parafina asociada al fluido, mediante estudios

de simulación numérica, utilizando un simulador comercial. Estos


61

resultados serán obtenidos a partir de estudios paramétricos, involucrando

las variables de interés.

• Definir cuáles son los parámetros y/o variables que tienen un mayor

efecto sobre la corrida de diablos, a partir del análisis de los resultados

obtenidos de estas simulaciones numéricas.

• Analizar la información obtenida.

En la tabla 3.1 se muestran las variables y parámetros que se utilizan para

realizar los estudios paramétricos; es decir, que se modifican y que llamaremos

“variables”. Aunque se tomen como independientes presentan cierta dependencia

entre sí. También aquellos que servirán para definir las condiciones operativas del

sistema; es decir, los parámetros a observar y que serán llamados “parámetros de

medición”.

Variables Parámetros de Medición Presión a la entrada del sistema [KPa] Fracción de volumen de gas Temperatura [ºC] Rugosidad de la tubería [m] Diámetro de la tubería, D [m] Diámetro del diablo, [m] Masa del Diablo Diablom [kg]

Tipo diablo Con/Sin acumulación de parafina

Flujo másico [Kg/s] Contenido de líquido en el sistema [barriles] Fracción de volumen de líquido Velocidad del diablo, DiabloV

[m/s] Acumulación de la masa de parafina [Kg]

Tabla 3.1.Variables y parámetros de medición usados para el estudio paramétrico

3.2 Perfil de la Tubería

Es muy importante definir de forma adecuada el perfil de la tubería para

realizar buenas predicciones de parámetros y condiciones de flujo. Esta

información consiste de: elevación de las tuberías como función de la distancia,

diámetros internos, rugosidad, etc. Puede incluir, además, información de equipos

accesorios y de proceso.


62

Los sistemas de flujo dentro del simulador numérico usado están constituidos

por uno o más ramales o “branches”. Cada ramal consiste de una secuencia de

tuberías o “pipes” y cada tubería está dividida en secciones. Estas secciones

corresponden a las celdas de discretización empleadas en el modelo numérico.

En este trabajo se utiliza un modelo cuyo perfil de tuberías se muestra en la

figura 3.2. El sistema, así constituido, representa un arreglo típico de tuberías y

equipo en instalaciones marinas.

Éste consiste de un solo ramal el cual une a dos plataformas marinas y está

compuesto por las siguientes tuberías: una tubería horizontal que sale de la

plataforma-1, un riser-1 que desciende hasta el fondo marino, 10 tuberías

(interconectadas entres sí) que viajan por el lecho marino y que se desplazan casi

horizontalmente 10 km. a partir del riser-1, un riser-2 que asciende y una tubería

horizontal que conecta el riser-2 con un controlador, ubicado en la plataforma-2.

Cada tubería está compuesta, a su vez, de entre 2 y 8 secciones, dependiendo del

nivel de detalle que se requiera en cuanto a los diversos cálculos que se realizan y

en cuanto a la información que se solicita como salida.

Perfil de la Tubería

-225

-175

-125

-75

-25

25

-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

Longitud [m]

Pro

fun

did

ad [

m]

Ramal_1

Figura 3.2. Perfil de la tubería


63

Todas las tuberías son de diámetro y rugosidad interna de 0.50 m y 0.00005

m, respectivamente, este mismo diámetro lo tienen la lanzadora, la receptora y la

válvula de salida. Como ya se mencionó, el perfil de la elevación con respecto a la

distancia se muestra en la figura 3.2.

El diablo es insertado por una lanzadora ubicada en la tubería horizontal de

la plataforma-1 a un tiempo de simulación de 182 días después de haber iniciado

la producción, con una fuerza necesaria para comenzarse a mover de 1000 N. El

diablo después de realizar la operación llega a la plataforma-2 donde se sustraerá

con ayuda de una trampa de diablos ubicada en la tubería horizontal, antes de

alcanzar la válvula de salida, es en este punto donde se recogerán todos los

escombros que el diablo removió para un análisis y se pueda ayudar a mejorar

operaciones posteriores.

El tiempo total de la simulación son 185 días. Éste se eligió a partir de

información obtenida del tiempo recomendado para realizar una operación de

limpieza, en este caso la corrida de diablos, y después de haber realizado un

análisis del comportamiento de la operación, con ayuda del simulador. La

simulación inicia con una tubería limpia, sin escombros, es un sistema de

producción que es nuevo o se realizan una limpieza en él y donde se está

iniciando la producción.

3.3 Composición de los Fluidos

Se requiere información completa de las propiedades físicas de los

componentes y pseudocomponentes definidos para la mezcla; ésta consiste de

composición molar, caracterización de componentes pesados y cambios en la

composición con respecto al tiempo, la cual puede ser generada a partir de un

análisis composicional y mediante ecuaciones de estado.


64

En las tablas 3.2 y 3.3 se muestran las propiedades del fluido durante la

corrida de diablos a una presión atmosférica de 117 bar (119.306 [Kg/cm2]) y a

una temperatura de 25 [ºC] y las propiedades de la parafina acumulada en pared

de la tubería respectivamente.

Propiedad Valor Unidades

Densidad del gas 112.36 [Kg/m3]

Densidad del líquido 821.12 [Kg/m3]

Fracción de volumen de gas 0.0227

Viscosidad del gas 0.0157 [Cp]

Viscosidad del líquido 0.1415 [Cp]

Capacidad de calor del gas 2115 [J/Kg ºC]

Capacidad de calor del líquido 1645 [J/Kg ºC]

Entalpía del gas 574538 [J/Kg]

Entalpía del líquido 314173 [J/Kg]

Tabla 3.2. Propiedades del fluido de producción

Componentes de la parafina

No. Nombre Densidad [Kg/m3]

Calor para fundir [J/kg]

Concentración

1 'C7' 732 95814 0.0256

2 'C8' 750 112800 0.0226

3 'C9' 770 124832 0.0134

4 'C10-C12' 794.3 144155 0.0265

5 'C13-C15' 824.1 163312 0.0172

6 'C16-C18' 848.1 176216 0.0112

7 'C19-C21' 868.1 184055 0.00714

8 'C22-C25' 887.8 190947 0.0055

9 'C26-C30' 909.2 197089 0.00311

10 'C31-C36' 931.1 200156 0.000986

11 'C37-C45' 955.3 190425 0.0000119

Tabla 3.3. Propiedades de la parafina acumulada en pared de la tubería


65

3.4 Transferencia de Calor

La información con que se disponga debe conducir al conocimiento del perfil

de temperatura a lo largo de las tuberías en estudio.

Para resolver el problema, dentro del simulador comercial utilizado, se tienen

diferentes niveles de rugosidad para el cálculo de las transferencias de calor a

través de las tuberías: definir de forma “manual” el perfil de temperatura en el

sistema, asignar coeficientes de transferencia de calor generales para cada

sección de tubería y, finalmente, elegir la opción de un cálculo riguroso del flujo de

calor a través de la tubería, los materiales aislantes y el medio externo al sistema.

En el presente trabajo se decidió utilizar la primera opción, esto incluye asignar la

temperatura a cada sección de tubería, definiéndose la siguiente información:

• Condiciones ambientales del mar y del aire en el modelo:

Figura 3.3. Condiciones ambientales en el modelo

Se considera al agua de mar a una temperatura promedio de 10 oC; la

temperatura del aire es considerada a 25 oC, como se indica en la figura 3.3. Es


66

decir, la tubería que está en contacto con el fondo marino o con el mar se le

asigno una temperatura de 10 [ºC] mientras que para la tubería que está en la

superficie se consideran condiciones ambientales (25 [ºC]).

3.5 Condiciones “estables” de operación - Caso Base

Las condiciones estables de operación, para el caso base. El sistema tiene una

presión a la entrada de 119.3 [Kg/cm2] y la presión de salida es de 118 [Kg/cm2],

antes de realizar la corrida de diablos, no hay una caída de presión significativa,

éste es un indicativo pues a una baja caída de presión el flujo másico es menor,

existe fluido estancado en la tubería. El total de líquido y gas contenido en la

tubería es de 11445 y 1605.22 barriles respectivamente.

El flujo másico de líquido y de gas del sistema es afectado si se tiene gran

cantidad de fluido que está estancado en la tubería, el valor para éstos es de

567.05 [Kg/s] y de 12.8505 [Kg/s] respectivamente.

La temperatura máxima a la que se encuentra el fluido es de 11 [ºC] y la

mínima es de 10 [ºC], esto porque la tubería está en contacto con el lecho marino,

el cual tiene una temperatura de 10 [ºC], y no se tiene ningún aislante en toda la

tubería.

Las velocidades con la que están fluyendo el líquido y el gas son es de 4.3416

[m/s] y de 4.3843 [m/s] respectivamente. El gas fluye con una velocidad mayor,

por naturaleza del mismo.

El fluido que se está transportando a través del sistema contiene una gran

cantidad de parafina asociada, esto es otra razón por la que el fluido no está

fluyendo libremente por la tubería, pues la parafina se está depositando en la

pared de la tubería.


67

Las condiciones de operación se describen con mayor detalle en la sección

4.1. Algunas de éstas se muestran en la figura 3.4.

Figura 3.4 Condiciones “estables” de operación-caso base

Donde:

Pe: Presión de entrada

Ps: Presión de salida

=gα Fracción de volumen de gas

Nota: para poder realizar la simulación de este ejemplo (caso base) se

introdujeron todas las características que se mencionaron anteriormente en el

simulador OLGA, así como también las variables para obtener los resultados que

se muestran en el capítulo 4. En el apéndice se muestra el archivo generado con

los valores de entrada.

68

CAPÍTULO 4. RESULTADOS

En este capítulo se muestran los resultados obtenidos de las simulaciones

numéricas realizadas para diferentes casos y estudios paramétricos considerados.

El análisis de los resultados obtenidos de estas simulaciones se divide en:

análisis del caso base y estudio paramétrico.

4.1 Análisis del Caso Base

El caso base consiste de una tubería. Con arreglo tradicional: el mismo

diámetro en toda su extensión, uniendo dos plataformas marinas. Las plataformas

están equipadas con una lanzadora y una receptora del diablo indicando el punto

de partida y de llegada, respectivamente, así como de controladores y válvulas; el

fluido con el que se realiza la corrida de diablos es el de producción como está

compuesto. El diablo a utilizar cumple con ciertas características, como el

diámetro exterior, la masa, longitud y el tiempo de operación que se va a similar es

de 185 días. El sistema tiene características operativas específicas, como la

presión y la temperatura.

CAPÍTULO 4 RESULTADOS

69

En la tabla 4.1 se muestran los principales parámetros y características del

sistema, del fluido, del diablo y de los tiempos que se utilizan en la simulación para

este caso.

Geométricas

Operativas

Del Fluido

Accesorios Del Diablo De Simulación

][10575 mLTOTAL = ][25 CTamb

o= Lanzadora Tipo corto

(esfera) ]días[185=simulaciónt

Válvula ][500.0 mD = ][102

2cm

kgps =

0227.0=gα

Controlador

Masa = 49.9 [Kg]

]días[001.0=∆ startt

Receptora ]días[001.0=∆tMin ][00005.0 m=ε ][3.119

2cm

kgpe =

9773.0=lα Diablo

Diámetro = 0.500 [m]

]días[4=∆tMax

Tabla 4.1. Principales parámetros y características del sistema para el caso base de

simulación.

Como se mencionó en el capítulo 2, una corrida de diablos se realiza para

disminuir la presión de bombeo o debido a la disminución en la producción en un

punto y tiempo determinado. Se observa que si existe alguna obstrucción al flujo

hay variación en éstos parámetros, las cuales se presentan con mayor impacto si

es mayor la obstrucción.

Las figuras 4.1 a la 4.11 muestran el comportamiento para el caso base, el cual

fue definido de forma general en el Capítulo 3. La figura 4.1 muestra el

comportamiento de la presión a lo largo de la tubería al inicio y término de la

simulación, es decir, antes y después de la corrida de diablos. En ésta se observa

que bajo las condiciones definidas para el caso base (constituida por aspectos

geométricos, condiciones operativas y características de los fluidos), el sistema

presenta una gran variación en el valor de la presión a partir de la base del riser-1

antes y después haber realizado la operación de la corrida del diablo. La mayor

variación se presenta al final de la tubería (la diferencia es de 15.936 [kg/cm2],

226.664 [lb/pg2]). Se puede observar la distribución que tiene la presión en la

tubería. La presión para un tiempo cero permanece con una variación menor a 5

[kg/cm2], 71.12 [lb/pg2], para la tubería horizontal (no hay pérdida de presión)

debido a que el fluido está estancado en gran parte de ésta y es aquí donde la


70

presión se concentra. Este comportamiento es un indicador, para decidir si una

corrida de diablos es necesaria.

Presión en el sistema

100

105

110

115

120

125

130

135

140

- 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000

Longitud [m]

Pre

sió

n [

Kg

/cm

2 ]

Tiempo = 0 [días]Tiempo = 185 [días]

Figura 4.1. Variación de la presión con la posición al inicio y final de la simulación (antes y después

de la corrida de diablos).

La figura 4.2 muestra como se comporta la fracción de volumen de líquido

contenido en la tubería. Se observa que existe una gran variación antes y después

de haber realizado la corrida de diablos. Antes de hacer la operación el

comportamiento del fluido es inestable, debido a la fracción de líquido en las

partes bajas de la tubería, así como las obstrucciones debidas a la acumulación

de parafina. Al realizar la operación se mejoran considerablemente las condiciones

de operación pues a lo largo de la tubería el flujo del fluido se mantiene en forma

estable lo cual repercute positivamente en la eficiencia de los equipos y reduce la

dificultad del manejo de los procesos. El diablo cumple la misión de remover

líquidos acumulados y parafina depositada en la tubería. La curva del perfil de la

tubería (figura 4.2) permite explicar que la variación de la fracción de volumen de

líquido antes de realizar la corrida de diablos se debe a la distribución de la

tubería, acumulándose más líquido en las partes donde la tubería asciende y

disminuyendo en donde la tubería está en forma horizontal o desciende. En esta

figura también se observa el efecto de la gravedad y de igual forma del


71

colgamiento de líquido al inicio de la simulación. Al final de la simulación el líquido

fluye con mayor facilidad. Al disminuir la presión, (ver figura 4.1) la liberación de

gas es mayor y por lo tanto el flujo de líquido disminuye del inicio al final de la

tubería de 0.86988 a 0.82126, respectivamente.

Fracción de volumen de líquido en el sistema

0.8

0.82

0.84

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

- 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 Longitud [m]

Fra

cció

n d

e vo

lum

en d

e líq

uid

o

-250

-200

-150

-100

-50

0

Tiempo = 0 [días] Tiempo = 185 [días] Trayectoria de la tubería

Pro

fun

did

ad [m

]

Figura 4.2. Variación de la fracción de volumen de líquido contenido en la tubería, y perfil de ésta.

La figura 4.3 muestra la forma en que se distribuye la fracción de volumen de

gas en el sistema. En las partes donde la tubería está en forma ascendente hay

colgamiento de líquido y por está razón el gas fluye con mayor facilidad y

disminuye en donde la tubería está en forma descendente u horizontal ya que el

líquido fluye con mayor facilidad. Al final de la simulación se puede observar que el

flujo de gas es más estable, aumentando de 0.13026 a 0.17882 al inicio y al final

de la simulación, respectivamente. Con esto podemos observar que existe

liberación de gas contenido en el líquido por la disminución de la presión.

Si se compara la figura 4.2 con la figura 4.3 se puede apreciar que éstas son

complementarias.


72

Fracción de volumen de gas en el sistema

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

- 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 Longitud [m]

Fra

cció

n d

e vo

lum

en d

e g

as

Tiempo = 0 [días] Tiempo = 185 [días]

Figura 4.3. Variación de la fracción de volumen de gas contenido en la tubería antes y después de la corrida de diablos.

La figura 4.4 muestra el contenido total de líquido en el sistema. El tiempo en

esta figura inicia 10 minutos antes (por eso el signo negativo) de que inserte el

diablo en la tubería, esto con la finalidad de apreciar en la figura el momento en

que se inserta el diablo en la tubería. Se puede observar que hay un incremento

en el volumen de líquido contenido en el sistema con respecto al tiempo, éste va

de 11,445 a 11,451 barriles antes y después de realizado la corrida de diablos,

respectivamente, con estos resultados es evidente que la corrida de diablos

resultó ser eficiente para este caso. El inicio de la corrida de diablos está marcado

con el tiempo cero y el término de ésta se puede apreciar en la figura. El líquido

aumenta durante la operación porque el diablo va removiendo los fluidos que se

encuentran atascados en la tubería. El líquido se va incrementando conforme el

diablo avanza, y cuando el diablo está por llegar al riser-2, es el que asciende del

fondo marino a la superficie, hay un aumento de casi 70 barriles. Esto es porque el

diablo tiene que mover todo el líquido que ya había removido más el que se

encuentra en el riser-2 y además porque la presión aumenta y se comienza a

concentrar el gas en líquido. Después de que el diablo alcanza la receptora el


73

líquido contenido en la tubería disminuye hasta el punto donde se estabiliza y a

partir de este momento éstas son las nuevas condiciones de operación.

Contenido total de líquido en el sistema

11440

11450

11460

11470

11480

11490

11500

11510

11520

11530

-10 0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo [minutos]

Co

nte

nid

o t

ota

l de

líqu

ido

[B

BL

]

Líquido contenido en el sistemaSalida del diablo

Figura 4.4. Contenido total de líquido en el sistema con respecto al tiempo.

La figura 4.5 muestra el volumen de gas contenido en el sistema. Éste aumenta

al momento de introducir el diablo, hasta donde el diablo llega a la base del riser-2,

y después de esto disminuye porque la presión delante del diablo aumenta; y

después de que el diablo sale, la presión disminuye y hay liberación de gas, por

esta razón en la figura 4.4 el líquido disminuye ocupando el volumen el gas que se

libera, hasta llegar a las nuevas condiciones de operación. El contenido de gas en

la tubería tiene una ligera disminución de 1605 a 1604 barriles, esto es antes y

después de la corrida de diablos, respectivamente, ese volumen es ocupado por el

líquido total contenido en la tubería. La explicación del tiempo es la misma de la

figura 4.4.


74

Total de gas contenido en el sistema

1580

1585

1590

1595

1600

1605

1610

-10 0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo [minutos]

To

tal d

e g

as c

on

ten

ido

[B

BL

]

Gas contenido en el sistemaSalida del diablo

Figura 4.5. Contenido total de gas en el sistema con respecto al tiempo.

La figura 4.6 muestra la distribución del flujo másico de líquido para las

condiciones antes y después de realizar la corrida de diablos, 181 y 183 días de

iniciar la simulación, respectivamente. La operación se efectuó a los 182 días esto

con la finalidad de ver los efectos que tiene el realizar la limpieza. El beneficio de

haber realizado una corrida de diablos se ve en la curva del flujo másico de esta

figura, pues el flujo de líquido aumenta considerablemente. El incremento de flujo

de líquido es de aproximadamente de 0.35 kilogramos por segundo, que equivale

a un flujo másico de 30.24 toneladas por día. Este resultado se presenta en la

tabla 4.2.

Incremento del flujo másico después de la corrida de diablos

[Kg/s] [Kg/m] [Kg/h] [Kg/d]

0.35 21 1,260 30,240 Tabla 4.2. Incremento del flujo másico.

El incremento del flujo se debe a que el diablo remueve la mayor cantidad de

obstrucciones, ya sea líquido o parafina, que se encuentra en el interior de la

tubería y que impiden que los fluidos fluyan eficientemente. Al realizar la corrida de

diablos hay mayor flujo de líquido y es el objetivo que se quiere conseguir, y con

esto la eficiencia del sistema aumenta.


75

Flujo másico en el sistema

564

565

566

567

568

569

570

- 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000

Longitud [m]

Flu

jo m

ásic

o [

Kg

/s]

Líquido, Tiempo = 181 [días] Líquido, Tiempo = 183 [días]

Figura 4.6. Flujo másico de líquido con respecto a la longitud.

En sistemas de tuberías donde se tiene parafina asociada al aceite de

producción representa un problema, pues existe el riesgo que se pueda

interrumpir la producción debido a la acumulación de parafina en la tubería. La

figura 4.7 muestra el contenido de parafina en el fluido de producción, en forma

disuelta, suspendida y la suma de ambas, existe una gran acumulación de

parafina depositada en la pared de la tubería, por lo tanto se disminuye la

producción. Éste es el principal problema de nuestro caso base. En la figura 4.7 se

representan las características de fluido y de la parafina contenida. La parafina

disuelta es mayor que la parafina suspendida lo cual puede representar un

problema, en este caso se precipita y pasa a formar parte de la parafina

suspendida, ésta es la que se acumula con mayor rapidez y obstruye el flujo, esto

deriva mayores problemas como mayor presión de bombeo requerida. Se observa

que es muy elevada la cantidad de parafina en el fluido, la masa de parafina no es

afectada con el paso del tiempo, aún después de haber realizado la operación de

corrida de diablos se mantiene estable. La masa de parafina total asociada al

fluido de producción es de poco menos de 250 toneladas.

Después de realizar

la corrida de diablos


76

Masa de parafina en el fluido

0

50000

100000

150000

200000

250000

0 25 50 75 100 125 150 175 200

Tiempo [días]

Mas

a d

e p

araf

ina

[Kg

]

Masa de parafina disueltaMasa de parafina suspendidaMasa total de parafina

Figura 4.7. Masa de parafina en el fluido con respecto al tiempo.

Un mayor porcentaje de parafina asociada al fluido de producción, provocará

mayor acumulación de parafina sobre la pared la tubería; esto se ilustra en la

figura 4.8. La masa de parafina contenida en el sistema aumenta con el transcurso

del tiempo, el mayor incremento de masa depositada en la pared de la tubería es

antes de los primeros 25 días que son los mismos en donde el contenido de

líquido disminuyo drásticamente, ver figura 4.4, esto es porque la superficie entera

de la tubería se encontraba limpia, y la parafina se deposita a lo largo de toda su

extensión y después el incremento de acumulación es estable. Esta acumulación

se presenta básicamente por la baja temperatura, ya que como se mencionó

anteriormente la parafina se solidifica aproximadamente a una temperatura de 10

[ºC]. La temperatura que se tiene durante toda la tubería en el fondo marino oscila

entre 11.33 y 10.78 [ºC] al inicio y al final de la simulación, respectivamente. La

acumulación de parafina que se tiene representa sólo el 0.15 por ciento de la

masa de parafina asociada en el fluido de producción que está utilizando para este

caso. Una de las causas de que no se tenga una masa mayor de parafina

depositada es por la velocidad del fluido en el sistema, pues en promedio es muy

alta. Otra causa es que la temperatura del sistema está un poco por arriba de la


77

temperatura a la que la parafina se solidifica. Cabe mencionar que las condiciones

del fluido y de la parafina asociado no cambian, por lo que la acumulación de

parafina en la pared de la tubería aumenta cada vez más con el paso del tiempo.

Para disminuir la acumulación de parafina en la tubería en un lapso de tiempo se

debe realizar una medida correctiva como la corrida de diablos.

Parafina depositada en la pared de la tubería

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 25 50 75 100 125 150 175 200

Tiempo [días]

Mas

a d

e p

araf

ina

[Kg

]

Masa de parafina

Figura 4.8. Masa de parafina depositada en la pared de la tubería durante 185 días.

La figura 4.8 muestra la acumulación máxima de masa de parafina, es

aproximadamente de 364.57 kilogramos y la figura 4.9 muestra el valor máximo de

parafina removida por el diablo, 400 kilogramos, esto porque al efectuar la

operación la masa de parafina que se encuentra en el fluido se acumula al frente

del diablo. Al realizar la operación el diablo encuentra la masa de parafina

depositada en la pared de la tubería y empieza a desplazarla, el valor máximo se

registra cuando el diablo se encuentra al final de la trayectoria total. El diablo quita

la mayoría de la masa de parafina dejando sólo una cantidad mínima en toda la

superficie de la tubería de aproximadamente 15 kilogramos.

Nota: En las figuras 4.9, 4.10 y 4.11 el tiempo cero indica el tiempo en que el

diablo fue insertado en la tubería.

Tiempo de la

simulación.

185 días


78

En la figura 4.9 se aprecia que el diablo va removiendo la parafina que se

encuentra depositada en la superficie interior de la tubería incrementándose cada

momento hasta donde se extrae el diablo, llegando a un valor de masa total de

parafina removida de 400 Kilogramos. Este aumento de 40 kilogramos entre la

masa de parafina depositada y removida, es porque la misma parafina que fluye al

momento de la operación se va concentrando enfrente del diablo, la parafina

disuelta y suspendida en el fluido de producción se precipita y se acumula en el

frente del diablo, también interviene la velocidad del diablo. Al extraer el diablo ya

no se tiene incremento de parafina deposita, el haber realizado esta operación de

limpieza era necesaria pues si no se llagara a realizar se pueden llegar a

presentar más problemas y con mayores consecuencias. Con este análisis se

determina, que es muy poca la masa de parafina que se encontraba en la

superficie de la parafina con respecto al volumen de líquido transportado en el

sistema.

Parafina removida por el diablo

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Mas

a d

e p

afin

a [K

g]

Masa de parafina removida

Figura 4.9. Masa de parafina acumulada removida por el diablo.

En las ultimas tres imágenes (4.7, 4.8 y 4.9) se observó el comportamiento que

tiene la masa de parafina en el sistema con el paso del diablo y con respecto al

tiempo.


79

La velocidad del diablo a lo largo de la tubería se puede observar en la figura

4.10 junto con su posición con respecto al tiempo. Se distingue el momento en que

se introduce y cuando extrae el diablo de la tubería con ayuda de la lanzadora y la

receptora, respectivamente. La posición se observa conforme al desplazamiento

que tiene el diablo a través de la longitud de la tubería. La velocidad del diablo

durante la operación se mantiene estable con pequeñas variaciones debido a la

irregularidad del fondo marino donde se encuentra asentada la tubería. La

velocidad mínima del diablo es de 4.07 y la máxima de 4.27 [m/s]. Se puede

apreciar el momento en que se inserta a 182 [días], partiendo de la lanzadora,

alcanza una velocidad de 4.077 [m/s] y cuando se retira de la tubería después de

haber transcurrido 43.66 minutos. En esta figura la posición y la velocidad son

mutuamente dependientes.

Velocidad y posición del diablo

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

-10 0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Vel

oci

dad

[m

/s]

0

2000

4000

6000

8000

10000

VelocidadPosición

Po

sición

[m]

Figura 4.10. Velocidad y posición del diablo con respecto al tiempo.

Como se mencionó en el capítulo 2, la velocidad del diablo debe permanecer

entre 2 a 10 [MPH] (4.47 a 22.33 [m⁄s]) para líneas conductoras de líquidos, para

este caso la velocidad está por debajo de lo recomendado, esto no impide que la

corrida de diablos sea eficiente pues también con ésta velocidad se hace un buen

barrido de obstrucciones de la tubería. En la figura 4.11 se puede observar la


80

velocidad del diablo así como la velocidad del líquido y gas: 4.15, 4.39, 4.34 [m/s]

para el diablo, líquido, y gas, respectivamente. La velocidad del diablo es parecida

a la de los fluidos debido a que la operación se realiza con la presión que se está

usando para la producción, los fluidos son más rápidos que el diablo y esto es

porque se presentan fugas a través del diablo durante la operación.

Velocidad del líquido, gas y diablo

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

-10 0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Vel

oci

dad

[m

/s]

Líquido Gas Diablo

Figura 4.11. Velocidad de líquido, gas y diablo con respecto al tiempo.

Los resultados de la simulación para el caso base muestran que después de

haber realizado la corrida de diablos se mejoran las condiciones de flujo: se

asume que el diablo removería una gran cantidad de masa de parafina que estaba

obstruyendo el flujo, el flujo másico aumento, el contenido total de líquido y de gas

aumento, y el líquido y el gas fluyen con mayor facilidad.

El siguiente estudio paramétrico busca determinar cuáles son los parámetros

que más influyen en la corrida de diablos. Se busca también determinar que tipo

de diablo es el más adecuado para el sistema.


81

4.2 Estudio Paramétrico

La tabla 3.1, se presenta de nuevo con el objetivo de recordar las variables y/o

parámetros elegidos para realizar los estudios paramétricos y aquéllos que serán

analizados para especificar el comportamiento del sistema, detallando que el

propósito principal es estudiar el efecto que las variaciones de los primeros tienen

sobre los parámetros de medición de la corrida de diablos en el sistema.

Variables

Parámetros de Medición

Presión a la entrada del sistema [KPa]

Fracción de volumen de gas

Temperatura [ºC]

Rugosidad de la tubería [m]

Diámetro de la tubería, D [m]

Diámetro del diablo, [m]

Masa del Diablo Diablom [kg]

Tipo diablo

Sin acumulación de parafina

Flujo másico [Kg/s]

Contenido de líquido en el sistema

[barriles]

Fracción de volumen de líquido

Velocidad del diablo, DiabloV [m/s]

Acumulación de la masa de

parafina [Kg]

Tabla 3.1.Variables y parámetros de medición usados para el estudio paramétrico.

Antes de empezar a estudiar los resultados de las variables (diámetro de la

tubería y masa del diablo, fuerza de empuje, presión de entrada del sistema,

fracción de volumen de gas, temperatura, rugosidad, tipo de diablo y sin

acumulación de parafina) sobre el comportamiento del flujo másico, el contenido

de líquido en el sistema, la fracción de volumen de líquido, la velocidad del diablo,

y la acumulación de volumen de parafina, debemos saber que se puede llegar a

presentar resultados optimistas y pesimistas.


82

4.2.1 Variación de la Presión en la Entrada del Sistema

En las cinco figuras que se muestran a continuación (4.12 a 4.16) se presentan

los resultados obtenidos para los casos en los que la presión a la entrada del

sistema varía.

Las figuras muestran que cuando se tienen gastos o producciones grandes en

el sistema, las instalaciones operan de una manera más estable; es decir,

muestran una menor variación en las condiciones de flujo y parámetros

estudiados.

La tabla 4.3 muestran los valores de la presión a la entrada del sistema, que se

tomaron para realizar los diferentes casos para ésta sección.

Caso Presión a la entrada del sistema

1 11,600 [KPa] 118.287 [Kg/cm2] 1,682.429 psia

2(caso base) 11,700 [KPa] 119.306 [Kg/cm2] 1,696.933 psia

3 11,800 [KPa] 120.326 [Kg/cm2] 1,711.437 psia

4 12,000 [KPa] 122.366 [Kg/cm2] 1,740.44 psia

Tabla 4.3. Variación de la presión de entrada en el sistema.

La figura 4.12 muestra los resultados del flujo másico de líquido para los

diferentes valores de presión a la entrada del sistema. Los efectos que

proporcionan la variación de la presión al sistema de producción en estudio son

considerables. En todos los casos la corrida de diablos mejora las condiciones de

flujo en el sistema, entre menor es la presión de entrada al sistema, mayor es el

incremento del flujo másico que se transporta a través de la tubería. La tabla 4.4

muestra los resultados para los cuatro diferentes casos.


83

Presión a la entrada del sistema


[KPa] [Kg/s] [Kg/min] [Kg/h] [Kg/d] 11,600 0.49 29.4 1,764 42,336

11,700 (caso base) 0.35 21 1,260 30,240

11,800 0.315 18.9 1,134 27,216

12,000 0.27 16.2 972 23,328 Tabla 4.4. Incremento del flujo másico para las diferentes presiones.

El mayor incremento del flujo másico de líquido se presenta para la presión de

11,600 [KPa], esto es porque al tener una menor presión de empuje, el diablo

realiza la operación más lentamente y va removiendo una mayor cantidad de

parafina depositada en la pared de la tubería. Para las condiciones del caso base,

entre mayor es la presión a la entrada del sistema, mayor es el flujo másico de

líquido. En nuestro análisis es en el caso 4 con una presión de 12,000 [KPa]. Para

todos los casos el incremento de flujo másico de líquido se obtuvo de los datos

registrados para un día antes y uno después de haber realizado la corrida de

diablos.

Flujo másico de líquido

545

555

565

575

585

595

605

615

625

0 2000 4000 6000 8000 10000Longitud [m]

Flu

jo m

ásic

o d

e líq

uid

o [

Kg

/s]

Caso 1,tiempo =181 [días] Caso 2,tiempo = 181 [días] Caso 3,tiempo = 181 [días]Caso 4,tiempo = 181 [días] Caso 1,tiempo = 183 [días] Caso 2,tiempo = 183 [días]Caso 3,tiempo = 183 [días] Caso 4,tiempo = 183 [días]

Figura 4.12. Efecto de la presión a la entrada del sistema sobre el flujo másico de líquido.


84

La figura 4.13 muestra que la presión a la entrada del sistema afecta al líquido

contenido en la tubería, al tener una presión de entrada alta en el sistema es más

el contenido de fluido que se transporta en la tubería en un lapso de tiempo, por la

velocidad con la que esta viajando el fluido. Se muestra el momento en el cual el

diablo está realizando la limpieza, el líquido delante del diablo va aumentando

conforme avanza y al salir del sistema (cuando las curvas alcanzan el punto

máximo). El volumen de líquido desciende hasta normalizarse y éstas son las

nuevas condiciones de producción. El tiempo en esta gráfica comienza al

introducir el diablo a la tubería.

En la tabla 4.5 se presentan los datos antes y después de realizar la corrida de

diablos, así como el incremento que tienen cada uno de los casos en el contenido

total de líquido.

Caso Antes [BBL] Después [BBL] Incremento [BBL]

1 11,428.4 11,437.3 8.9

2 (caso base ) 11,445 11,451 6

3 11,460 11,465 5

4 11,488.9 11,493 4.1 Tabla 4.5. Contenido de líquido antes y después de la corrida de diablos.

Para todos los casos se mejoran las condiciones de operación, el incremento

parece no ser significativo, por ejemplo para el caso 1 donde la presión de entrada

del sistema es la menor, el incremento es el mayor, se registra un incremento en

el líquido contenido en la tubería de 8.9 barriles, después de realizar la corrida de

diablos, esto puede significar ganancias para un lapso de tiempo posterior.


85

Total de líquido contenido en la tubería

1140011420114401146011480115001152011540115601158011600

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Líq

uid

o c

on

ten

ido

en

la

tub

ería

[B

BL

]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

Figura 4.13. Efecto de la presión a la entrada del sistema sobre el líquido contenido en la tubería.

La figura 4.14 muestra la fracción de volumen de líquido contenido en la

tubería, para este caso la variación que se hizo a la presión a la entrada del

sistema tiene un efecto moderado en la fracción de volumen de líquido. La fracción

de volumen de líquido contenido en la tubería es directamente proporcional a la

presión de entrada pues para una presión alta es mayor el contenido de líquido

que se encuentra en la tubería. Para todos los casos se tiene un flujo inestable al

inicio de la simulación, porque se tiene líquido estancado en la tubería. El líquido

no fluye fácilmente pues la sección de la tubería asciende, actúa la gravedad, se

presenta el colgamiento de líquido, por la misma naturaleza del líquido al ser éste

más pesado se tiende a depositar en las partes bajas de la tubería. Después de

realizar la corrida de diablos se disminuye el líquido estancado, para todos los

casos, el líquido fluye con mayor facilidad. La presión de entrada en el sistema

mantiene las condiciones de flujo después de que el diablo remueve todo el líquido

estancado. El rango de variación de la presión a la entrada permite señalar que

entre mayor es la presión a la entrada del sistema, mejores serán las condiciones

de flujo y viceversa.


86

Fracción de volumen de líquido contenido en la tubería

0.80.820.840.860.880.9

0.920.940.960.98

1

0 2000 4000 6000 8000 10000Longitud [m]

Fra

cció

n d

e vo

lum

en d

e líq

uid

o

Caso 1, tiempo = 0[días] Caso 1, tiempo = 185[días] Caso 2, tiempo = 0[días]Caso 2, tiempo = 185[días] Caso 3, tiempo = 0[días] Caso 3, tiempo = 185[días]Caso 4, tiempo = 0[días] Caso 4, tiempo = 185[días]

Figura 4.14. Efecto de la presión a la entrada sobre la fracción de volumen de líquido.

La figura 4.15 muestra la parafina removida por el diablo para las diferentes

presiones, para éstas condiciones y para este caso la presión a la entrada del

sistema afecta en gran medida a la parafina que se deposita en la pared de la

tubería, esto es porque el fluido se mueve a mayor velocidad, esto hace que la

masa de parafina que se deposita sea menor y por lo tanto la masa de parafina

que remueve el diablo es menor. Se puede apreciar la diferencia de la masa de

parafina removida entre el caso 1 y el caso 4 de 585 a 275 kilogramos,

respectivamente, para el caso base (caso 2) la masa removida es de 400

kilogramos, esto de debe a que el diablo se mueve con mayor velocidad y

remueve con mayor facilidad a la parafina. La masa de parafina removida para

estos casos puede resultar insignificante comparada con los volúmenes de

producción pero puede resultar benéfico realizar corridas de diablos periódicas

para no tener una gran cantidad de masa de parafina depositada pues si es

excesiva puede que el diablo se estanque o se detenga y eventualmente generar

mayores problemas, tales como que la operación dure más tiempo de lo previsto o

se tengan que realizar operaciones con mayor presión a la entrada del sistema

para mover el diablo.


87

Parafina acumulada removida por el diablo

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Mas

a d

e p

araf

ina

[Kg

]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Salida del diablo

Figura 4.15. Efecto de la presión a la entrada sobre la parafina removida.

La velocidad del diablo y su posición también se ve afectada por la presión a la

entrada del sistema. La figura 4.16 muestra que la velocidad del diablo es

directamente proporcional a la presión a la entrada. Si la velocidad del diablo

excede el rango permitido puede causar problemas y no es recomendable manejar

velocidades altas pues puede ocasionar problemas y además no cumplir con las

tareas específicas eficientemente. La velocidad para los cuatro casos está un poco

por debajo de la velocidad recomendada. Como se explico en el capítulo 2 ésta

debe permanecer, para líneas conductoras de líquidos, de 2 a 10 [MPH] (4.47 a

22.33 [m/s]). La posición del diablo también se ve afectada pues entre mayor es la

presión a la entrada mayor es la velocidad, menos es el tiempo que tarda el diablo

en realizar la operación, viajar a través y salir de la tubería. Para esta figura, el

tiempo inicia a partir de que el diablo se introduce en la tubería, esto es, cuando

inicia la operación de la corrida de diablos.


88


0

1

2

3

4

5

6

-10 0 10 20 30 40 50 60Tiempo [minutos]

Vel

oci

dad

[m

/s]

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Velocidad, caso 1 Velocidad, caso 2 Velocidad, caso 3 Velocidad, caso 4Posición, caso 1 Posición, caso 2 Posición, caso 3 Posición, caso 4

Po

sición

[m]

Figura 4.16. Efecto de la presión a la entrada sobre la velocidad y posición del diablo.

Después de haber realizado el análisis paramétrico de los efectos que tiene la

presión a la entrada del sistema sobre la corrida de diablos, podemos decir que

nuestro caso base está en un rango aceptable (en las condiciones de operación),

pues sólo se tiene que incrementar la presión a la entrada cuidando que la

velocidad del diablo se mantenga estable y dentro de lo establecido, para no

provocar un mayor problema, y así remover la mayor cantidad de líquidos

estancados y parafina depositada en la pared de la tubería, con esto se aumenta

la eficiencia de la corrida de diablos y se mejoran las condiciones de flujo haciendo

más eficiente el sistema de producción.

4.2.2 Variación de la Fracción de Volumen de Gas

La siguiente variable a analizar es la fracción de volumen de gas contenido en

el fluido de producción. En esta subsección se analiza el efecto que tiene sobre el

flujo másico, el contenido de total líquido y otros parámetros que ya se han

mencionado anteriormente. La tabla 4.6 muestra cómo varia la fracción de gas

contenido en el líquido y la variación porcentual de la fracción de volumen de gas


89

con respecto al caso base. Ésta es una de las variables que puede cambiar

conforme siga operando el sistema de producción, pues con el tiempo se puede

incrementar la cantidad de gas contenido en el fluido. Esta variable representa las

condiciones que tiene el sistema de producción al realizar la operación de corrida

de diablos, pues con el tiempo una de las variables que cambia es la fracción de

volumen de gas contenido en el fluido. La cantidad de líquido puede ser en un

principio del 100 [%] pero con el paso del tiempo comienza a decrecer. Por esta

razón se eligió esta variable para ver como se comporta la corrida de diablos bajo

condiciones distintas. Los casos para este análisis son, varían en cuanto a la

cantidad de gas contenido en el fluido con respecto al caso base.

Variación [%]

Caso 1 Fracción de volumen de gas 0.0206 8.85

Caso 2 (caso base) Fracción de volumen de gas 0.0226

Caso 3 Fracción de volumen de gas 0.0246 8.85 Tabla 4.6. Variación de la facción de volumen de gas.

La figura 4.17 muestra el efecto de la fracción de volumen de gas sobre el flujo

másico de líquido. El lector puede observar que existe una diferencia considerable

entre los tres casos, esto es por hay una diferencia en el volumen de gas presente

en el líquido, a mayor cantidad de gas contenido en el fluido menor es el flujo

másico de líquido. Esta diferencia es menor de 10 kilogramos por segundo entre

cada uno de los casos. La variación es mínima entre el flujo másico de líquido

antes y después de haber realizado la corrida de diablos (181 y 183 días,

respectivamente). Existe un incremento en los tres casos, el máximo es de 40.608

toneladas por día y el mínimo de 24.624 toneladas por día siendo el primero en

donde se tiene mayor presencia de gas y el segundo el de menor. Ver tabla 4.7.

Con esto se puede afirmar que la corrida de diablos resultó ser eficiente para las

condiciones presentadas, y con estos tres valores de la fracción de volumen de

gas hay un incremento en la producción y esto hace que el sistema sea más

eficiente.


90

Incremento del flujo másico después de la corrida de diablos Fracción de volumen de gas


0.0206 0.285 17.1 1,026 24,624

0.022 (caso base) 0.35 21 1,260 30,240

0.0246 0.47 28.2 1,692 40,608 Tabla 4.7. Incremento del flujo másico para las diferentes presiones.

Para los tres casos el diablo cumple con el objetivo de remover los líquidos

estancados y parafina depositada en la pared de la tubería. Al terminar la corrida

de diablos el fluido fluye con mayor facilidad y es por eso que el flujo másico de

líquido incrementa.

La figura 4.17 y la tabla 4.7 muestran que en cualquier etapa de la producción

y en cualquier escenario (caso) la corrida de diablos resulta se eficiente, pues

aumenta el flujo másico, para estas condiciones y este sistema. Al existir gran

concentración de gas en el fluido de producción es mayor el incremento del flujo

másico de líquido después de realizar una corrida de diablos.


555

560

565

570

575

580

0 2000 4000 6000 8000 10000Longitud [m]

Flu

jo m

ásic

o d

e líq

uid

o

[Kg

/s]

Caso 1,tiempo = 181 [días] Caso 2,tiempo = 181 [días] Caso 3,tiempo = 181 [días]Caso 1,tiempo = 183 [días] Caso 2,tiempo = 183 [días] Caso 3,tiempo = 183 [días]

Figura 4.17. Efecto de la fracción de volumen de gas sobre el flujo másico de líquido.


91

La figura 4.18 muestra el efecto de la fracción de volumen de gas sobre el

líquido total contenido en la tubería antes y después de la corrida de diablos.

Existe una variación del volumen de líquido entre un caso y otro de 300 barriles;

esto se debe a la variación de la fracción de volumen de gas de los datos iniciales

(ver tabla 4.6). El mayor incremento en el total de líquido contenido en la tubería

después de realizar la limpieza interna del sistema con ayuda de la corrida de

diablos se presenta en el caso 3, de 9.6 barriles. A mayor presencia de gas menor

es la cantidad de líquido contenido en la tubería. La tabla 4.8 muestra el valor de

líquido contenido en la tubería antes y después realizar la corrida de diablos, así

como el incremento en cada caso, este representa la cantidad de barriles de

líquido adicionales en la tubería después de realizar la corrida de diablos para ese

instante, es el incremento de líquido que se esta trasladando por segundo.

Caso Antes [BBL] Después [BBL] Incremento[BBL]

1 11,593.6 11,598 4.4

2 (caso base ) 11,445 11,451 6


.


11250

11300

11350

11400

11450

11500

11550

11600

11650

11700

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Líq

uid

o c

on

ten

ido

en

la

tub

ería

[B

BL

]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Salida del diablo

Figura 4.18. Efecto de la fracción de volumen de gas sobre el contenido de líquido.


92

Al final de la corrida de diablos hay un incremento en el total de líquido

contenido en la tubería; esto es porque el diablo remueve el líquido estancado y se

va acumulando en frente de éste, después empieza a disminuir porque el diablo

llega a la receptora, en este punto la operación ha concluido hasta donde se

normaliza. El comportamiento en los tres casos es muy parecido; esto quiere decir

que la fracción de volumen de gas no afecta la operación de la corrida de diablos.

El efecto de la fracción de volumen de gas sobre la fracción de volumen de

líquido contenido en la tubería se muestra en la figura 4.19. Al inicio de la

simulación todos los casos presentan líquido estancado; la variación entre estos

es por la cantidad de gas contenido en la tubería. El líquido se estanca

principalmente por la distribución de la tubería. Para todos los casos, al final de la

corrida de diablos las condiciones de operación mejoran, el diablo remueve, los

líquidos estancados.


0.80.820.840.860.88

0.90.920.940.960.98

1

0 2000 4000 6000 8000 10000Longitud [m]

Fra

cció

n d

e vo

lum

en d

e líq

uid

o

Caso 1, tiempo = 0[días] Caso 1, tiempo = 185[días] Caso 2, tiempo = 0[días]Caso 2, tiempo = 185[días] Caso 3, tiempo = 0[días] Caso 3, tiempo = 185[días]

Figura 4.19. Efecto de la fracción de volumen de gas sobre la fracción de volumen de líquido.

La presión disminuye a lo largo de la producción debido a la liberación de gas

haciendo que para el final de la simulación las tres curvas presenten una

disminución en el contenido total de líquido. La variación de la fracción de volumen

de líquido entre el caso 1 y el 3 es de 0.04 y depende del valor de fracción de gas.


93

Para la parafina removida por el diablo, la fracción de volumen de gas presenta

un efecto considerable; el diablo remueve la parafina depositada y el fluido

estancado y la masa de parafina que está en forma disuelta y suspendida en el

fluido. El tener mayor cantidad de gas en el fluido hace que la cantidad de líquido

que fluye sea menor y por consiguiente menos parafina fluirá, y con esto la masa

de parafina acumulada en la pared de la tubería es menor; esto después de 6

meses de haber iniciado la producción. Esto es porque el gas fluye con mayor

facilidad y como el líquido viaja a una velocidad menor la parafina se deposita con

mayor facilidad. La fracción de volumen de gas es menor para el caso 1 y la mayor

para el caso 3. La masa de parafina removida es de 303.34 y 540.89 kilogramos,

respectivamente. Para los tres casos el diablo remueve la mayor cantidad de

parafina depositada. Esto lo muestra la figura 4.20. A mayor cantidad de gas en el

fluido de producción menor es la masa de parafina depositada y menor es la masa

de parafina que el diablo remueve.


0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Mas

a d

e p

araf

ina

[Kg

]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Salida del diablo

Figura 4.20. Efecto de la fracción de volumen de gas sobre la masa de parafina removida.

La velocidad y la posición del diablo son afectadas por la fracción de gas

contenido en el sistema de una manera mínima. Una vez que el diablo se

introduce a la tubería, viaja impulsado por la presión de entrada del sistema y si


94

existe volumen de gas mayor o menor esto no afecta la velocidad pues el diablo

va removiendo lo que esta frente de él; lo único que hace que el diablo se detenga

o que disminuya su velocidad es la cantidad de parafina depositada en la pared de

la tubería, esto lo muestra la figura 4.20. Para estos casos la masa de parafina

que el diablo remueve no varia mucho entre el caso 1 y el caso 3. La diferencia es

de 237.55 kilogramos, esta masa no es demasiado grande para que el diablo

disminuya su velocidad en forma drástica. Por lo que respecta a la posición, ésta

depende de la velocidad del diablo, la cual no varía en forma considerable entre

un caso y otro, por lo tanto el diablo recorre la tubería en casi el mismo tiempo.


00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

-10 0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Vel

oci

dad

[m

/s]

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Velocidad, caso 1 Velocidad, caso 2 Velocidad, caso 3Posición, caso 1 Posición, caso 2 Posición, caso 3

Po

sición

[m]

Figura 4.21. Efecto de la fracción de volumen de gas sobre la velocidad y posición del diablo.

Después de realizar el análisis se puede decir que para estas condiciones,

estos escenarios pueden presentarse si se realiza la corrida de diablos en

cualquier etapa de la vida productiva del sistema pues la fracción de volumen de

líquido puede cambiar con el tiempo.


95

4.2.3 Variación de la Temperatura del Sistema

La siguiente variable a analizar es la temperatura. Se espera que al calentar

una sección de la tubería, la masa de parafina sea menor y que afecte el tiempo

entre una corrida de diablos y otra. Para este análisis es necesario recordar el

perfil de la tubería, ver figura 4.22. Esta variable se eligió para ver los efectos que

tiene el transmitir calor en el sistema, (en el riser-1 y riser-2) partiendo del caso en

estudio (caso base), sobre el flujo másico, el total de líquido contenido en el

sistema, la masa de parafina depositada y removida por el diablo. Otros

parámetros como la velocidad del diablo, la fracción de volumen de líquido no

presentan cambios considerables; solo los primeros son donde se aprecia los

efectos de transmitir calor a la tubería. La tabla 4.9 muestra la forma en que se

varió la temperatura en el sistema para los diferentes casos.

Perfíl de la Tubería

-225

-175

-125

-75

-25

25

-500 500 1500 2500 3500 4500 5500 6500 7500 8500 9500 10500

Longitud [m]

Pro

fun

did

ad [

m]

Tubería horizonta-1 Riser-1 Tubería horizontal-2 Riser-2 Tubería horizontal-3

Figura 4.22. Perfil de la tubería, para el incremento de la temperatura.

El calor es trasmitido al riser-1 y al riser-2 por medio de un cable eléctrico que

se extiende a lo largo de toda su longitud.

Zonas elegidas para transferirles calor


96

Tubería horizontal-1 [ºC]

Riser-1 [ºC]


Riser-2 [ºC]


Caso 1 20 20 10 20 20

Caso 2 25 25 10 25 25

Caso 3 30 30 10 30 30

Caso 4 40 40 10 40 40

Tabla 4.9. Distribución de la temperatura en la tubería.

La figura 4.23 muestra el efecto que tiene la variación de la temperatura en el

riser-1 y riser-2 sobre el flujo másico de líquido. Se decidió sólo poner las curvas

para el caso 1 y caso 4 para que se puedan apreciar los efectos que se tienen

antes y después de la corrida de diablos. Las curvas se generaron para un día

antes y día después de realizar la corrida de diablos, 181 y 183 días de

simulación, respectivamente; para estos dos escenarios el caso 1 es el que

maneja mayor flujo de líquido, esto es porque la temperatura en los risers 1 y 2 es

la menor y por consiguiente el cambio de temperatura del fluido al estar en

contacto con la tubería que se encuentra en el lecho marino es menos drástico y la

parafina que se deposita es menor haciendo que fluya con mayor facilidad los

fluidos.


563

564

565

566

567

568

569

570

571

0 2000 4000 6000 8000 10000Longitud [m]

Flu

jo m

ásic

o d

e líq

uid

o

[Kg

/s]

Caso 1,tiempo = 181 [días] Caso 4,tiempo = 181 [días]

Caso 1,tiempo = 183 [días] Caso 4,tiempo = 183 [días]

Figura 4.23. Efecto de la temperatura sobre el flujo másico de líquido.

Después de realizar

la corrida de diablos


97

Al ser mayor la temperatura del fluido, la viscosidad del mismo disminuye y

fluye con mayor facilidad y la parafina permanece disuelta en el aceite hasta que

se encuentra con una temperatura menos, al sufrir el cambio de temperatura se

precipita la parafina y se deposita en la pared de la tubería.

Calentar los risers 1 y 2 hace que la parafina se deposite con mayor facilidad,

porque el fluido se encuentra con un cambio de temperatura drástico al llegar al la

tubería horizontal que se encuentra en el lecho marino, Al transcurrir 181 días de

que el sistema esté en operación (simulación), el flujo másico para el caso 1 es de

569.465 [Kg/s]; y de 568.545 [Kg/s] para el caso 4, esta diferencia de 0.92 [Kg/s]

representa producir 79,488 kilogramos más de líquido por día.

La tabla 4.10 muestra el incremento que tiene el flujo para los cuatro casos de

esta sección. El mayor incremento es el del caso 4. Esto es porque existía mayor

masa de parafina depositada en la tubería que obstruía el flujo y el diablo removió

la mayoría y por que la viscosidad del líquido para el caso 4 es la menor.


[Kg/s] [Kg/m [Kg/h] [Kg/d] Caso 1 0.305 18.3 1,098 26,352

Caso 2 (caso base) 0.35 21 1,260 30,240

Caso 3 0.425 25.5 1,530 36,720 Caso 4 0.5 30 1,800 43,200

Tabla 4.10. Incremento del flujo másico para las diferentes temperaturas

El efecto de la temperatura sobre el total de líquido contenido en la tubería

durante la corrida de diablos lo muestra la figura 4.24. Desde que se introduce el

diablo a la tubería existe una ligera diferencia para los cuatro casos, de menos de

cuatro barriles, siendo el de mayor contenido del líquido el caso 1 y el de menor el

caso 4, Esto es principalmente porque al aumentar la temperatura en el riser-1, el

fluido está a una temperatura mayor a la tubería que se encuentra en el lecho

marino (tubería horizontal-2). Al estar en contacto el líquido con esta tubería la


98

diferencia de temperatura provoca que se solidifique y se acumule mayor cantidad

de parafina, ocupando volumen y reduciendo el área de flujo.


11400

11420

11440

11460

11480

11500

11520

11540

0 10 20 30 40 50 60Tiempo [minutos]

Líq

uid

o c

on

ten

ido

en

la

tub

ería

[B

BL

]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Salida del diablo

Figura 4.24. Efecto de la temperatura sobre el líquido contenido en la tubería.

A mayor temperatura en el riser-1y riser-2, mayor es la cantidad de parafina

depositada en la pared de la tubería por el mismo cambio de temperatura y es

menor el líquido que se transporta a través de la tubería.

El efecto de la temperatura sobre la masa de parafina depositada es

considerable pues al existir una caída en la temperatura en el sistema la parafina

se acumula con mayor facilidad en la tubería. El contenido del líquido en la tubería

es menor y se reduce la eficiencia del sistema. La figura 4.25 muestra los efectos

que tiene la acumulación de parafina al incrementar la temperatura en la tubería.

Para estas condiciones, a mayor calentamiento del riser-1 y riser-2 mayor es la

masa de parafina que se deposita en la pared de la tubería, a lo largo de 6 meses

se ve una considerable variación entre estos casos. Lo que se pretende es que la

masa depositada en la pared de la tubería sea mínima, entonces lo que se debe

de hacer es evitar grandes cambios de temperatura, como en el caso 1 donde la


99

temperatura se disminuye, con esto es menor el cambio de temperatura y menos

la masa de parafina que obstruye el flujo.

Masa de parafina depositada

0

100

200

300

400

500

600

0 25 50 75 100 125 150 175 200Tiempo [días]

Mas

a d

e p

araf

ina

dep

osi

tad

a [K

g]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

Figura 4.25. Efecto de la temperatura sobre la masa de parafina depositada.

Otra alternativa para que la caída de la temperatura no sea tan drástica es que

la temperatura en todo el sistema sea la misma, esto se puede lograr si se calienta

la tubería que se encuentra en el lecho marino hasta alcanzar la temperatura de

las tuberías que se encuentran a temperatura ambiente, pero esto puede resultar

poco práctico, pues seria costoso tratar de calentar kilómetros de tubería y no es

muy recomendable si los beneficios son mínimos.

La figura 4.26 muestra el efecto de la temperatura sobre la masa de parafina

removida por el diablo. Ésta depende directamente de la masa de parafina

depositada en la pared de la tubería, pues el diablo remueve la mayor cantidad de

parafina acumulada y de líquidos estancados que se encuentra obstaculizando el

flujo. Para el caso 4 donde se registra la mayor cantidad de parafina removida de

600 kilogramos, es donde se depositó la mayor cantidad de parafina, ver figura

4.25, y es también donde se tiene el mayor incremento de flujo másico de líquido,

ver tabla 4.10.


100


0

100

200

300

400

500

600

700

0 10 20 30 40 50 60Tiempo [minutos]

Mas

a d

e p

araf

ina

[Kg

]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 salida del diablo

Figura 4.26. Efecto de la temperatura sobre la masa de parafina removida.

En el caso 1 donde la temperatura del riser 1 y riser 2 disminuye se registra la

menor masa de parafina removida. Esto no quiere decir que el diablo no removió

la masa depositada sino que no se tiene gran acumulación de parafina en la

tubería porque en el sistema no hay una caída de temperatura considerable, hay

que recordar que la parafina se solidifica a una temperatura promedio de 10 [ºC]

(50.00 [ºF]), en el caso 1 es donde se tiene la menor temperatura en el riser 1 y 2.

Existe un aumento en la masa de parafina removida, la parafina disuelta y

suspendida se precipitan y conforme el diablo se mueve se deposita parafina,

delante de este, adicional a la que remueve.

La temperatura influye considerablemente en el comportamiento de la parafina

que se deposita en la pared de la tubería, si la temperatura del fluido aumenta la

viscosidad disminuye, por lo tanto el fluido se mueve con mayor facilidad, la

parafina permanece disuelta, pero al encontrarse con una temperatura menor en

el sistema las condiciones del fluido cambian, la parafina disuelta y suspendida de

precipitan y se depositan en la pared de la tubería, al incrementarse ésta el

contenido de líquido en la tubería disminuye al igual que el flujo másico de líquido,


101

este último no se restablece aun y cuando se realiza la corrida de diablos,

haciendo el sistema menos productivo.

Para este caso y estas condiciones el incrementar la temperatura en el riser 1 y

2 no es recomendable para reducir la masa de parafina depositada; es mejor

mantener estable la temperatura en el todo sistema tratando de no llegar a

temperatura inferiores a 10 [ºC] (50 [ºF]), temperatura a la cual la parafina se

solidifica. O tener en todo el sistema una temperatura promedio alta para tratar de

evitar que la parafina se deposite, además el fluido podría moverse con mayor

facilidad, pues la viscosidad del mismo disminuirá. Se debe de realizar una

evaluación para saber si los beneficios que se logran al calentar o enfriar la

temperatura superan a los de realizar corrida de diablos rutinaria, considerando

también los costos de cada opción.

4.2.4 Variación Rugosidad de la Tubería

La rugosidad de la tubería es una variable que se debe considerar pues ésta

es una de las primeras condiciones que obstruyen el flujo y también es

responsable de que la parafina, para el caso en estudio, se deposite con mayor

facilidad. La rugosidad de la tubería es un factor que depende del proceso de

fabricación de la misma. Este valor es el que tiene una tubería cuando es nueva,

pero cuando ya ha sido utilizada es diferente y más cuando se le ha realizado una

operación como la corrida de diablos pues la fricción que produce el diablo con la

tubería puede llegar a rasparla el interior de la tubería y cambiar el valor y la

distribución de la rugosidad.

La rugosidad de la tubería se varió de tal manera que se abarcaran valores

menores y mayores al que tiene el caso en estudio (caso base). Estos valores se

muestran en la tabla 4.11.


102

Factor de Rugosidad [m]

Caso 1 0.00003

Caso 2 (caso base) 0.00005

Caso 3 0.00008

Caso 4 0.00009

Caso 5 0.0001

Tabla 4.11. Variación de la rugosidad de la tubería.

La figura 4.27 muestra el efecto de la rugosidad sobre el flujo másico de

líquido. Existe un comportamiento diferente entre los cinco casos; esto es porque

al tener una rugosidad mayor es más fácil que la parafina se deposite. Para el

caso 5 donde la rugosidad es 1x10-4 [m] el flujo másico de líquido es el menor

antes y después de realizar la corrida de diablos. En donde se tiene la mayor

presencia de flujo másico de líquido es con la rugosidad de 3x10-5 [m] (caso 1).

Ésta es la menor de todos los casos, aun y cuando es la rugosidad más pequeña

de estos cinco casos y después de realizar la corrida de diablos no se logra que el

flujo másico en los casos restantes aumente de tal forma que iguale al del caso 1.


520

530

540

550

560

570

580

590

600

0 2000 4000 6000 8000 10000Longitud [m]

Flu

jo m

ásic

o d

e líq

uid

o [

Kg

/s]

Caso 1,tiempo = 181 [días] Caso 2,tiempo = 181 [días] Caso 3,tiempo = 181 [días]Caso 4,tiempo = 181 [días] Caso 5,tiempo = 181 [días] Caso 1,tiempo = 183 [días]Caso 2, tiempo =183 [días] Caso 3, tiempo =183 [días] Caso 4, tiempo =183 [días]Caso 5, tiempo =183 [días]

Figura 4.27. Efecto de la rugosidad sobre el flujo másico de líquido


103

Es recomendable elegir una tubería que tenga una rugosidad adecuada para

que el sistema funcione de manera eficiente. La figura 4.27 muestra el efecto que

tiene el realizar una corrida de diablos en tuberías de diferentes rugosidades

después de una producción de seis meses y de haber depositado masa de

parafina en la pared de la tubería que obstaculiza el flujo. La diferencia que existe

entre el caso 1 y el caso 5 es de 0.67 [kg/s]; esto es 57,888 kilogramos por día. Es

importante elegir en el diseño del sistema una tubería con una rugosidad óptima

para conseguir que el sistema sea lo más eficiente posible.

La tabla 4.12 muestra el incremento del flujo másico después de realizar la

corrida de diablos para diferentes rugosidades. Al terminar la corrida de diablos el

fluido fluye con mayor facilidad y el flujo másico de líquido aumenta.

Incremento del flujo másico después de la corrida de diablos Rugosidad [m]


0.00003 0.315 18.9 1,134 27,216

0.00005 (caso base) 0.35 21 1,260 30,240

0.00008 0.53 31.8 1,908 45,792

0.00009 0.65 39 2,340 56,160

0.0001 0.985 59.1 3,546 85,104

Tabla 4.12. Incremento del flujo másico para las diferentes rugosidades.

La figura 4.28 muestra el efecto de la rugosidad de la tubería sobre el total de

líquido contenido en la tubería durante la corrida de diablos. En todos los casos se

incrementa cuando el diablo viaja por la tubería y comienza a descender en el

momento en que el diablo llaga a la receptora.


104


11400

11420

11440

11460

11480

11500

11520

11540

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Líq

uid

o c

on

ten

ido

en

la

tub

ería

[B

BL

]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5

Figura 4.28. Efecto de la rugosidad de la tubería sobre el contenido de líquido.

Durante la corrida de diablos el contenido de líquido aumenta porque el diablo

remueve los líquidos contenidos en la tubería, el mayor incremento es el del caso

2, en donde el diablo se mueve a una velocidad tal que al salir no provoca un

vació y después de un lapso de tiempo la condiciones de operación se normalizan.

Para los otros casos de esta sección, después de que el diablo sale el líquido

disminuye drásticamente y después se normaliza. En todos los casos las nuevas

condiciones de operación del sistema son después de que el sistema se

normaliza.

Después de realizar la corrida de diablos y de esperar a que el líquido alcance

las nuevas condiciones de operación, hay un incremento para todos los casos en

el total de líquido contenido en la tubería. El diablo limpia la tubería y remueve los

líquidos estancados. El mayor incremento en el total de líquido contenido en la

tubería se presenta en el caso 5 de 19 barriles más de los que se tenían antes de

realizar la corrida de diablos. La tabla 4.12 muestra el valor del contenido total de

líquido antes y después de realizar la corrida de diablos, así como el incremento

que se obtuvo en cada caso, este representa la cantidad de barriles de líquido

adicionales en la tubería después de realizar la corrida de diablos para ese


105

instante. A mayor rugosidad mayor es el incremento que se tiene en el contenido

total de líquido después de realizar una corrida de diablos.

Caso Antes [BBL] Después[BBL] Incremento[BBL]

1 11,445.9 11,458.6 4.7

2 (caso base ) 11,445 11,451 6

3 11,442.5 11,451.9 9.4

4 11,442.8 11,455.5 12.7

5 11,442 11,461 19 Tabla 4.13. Contenido de líquido antes y después de la corrida de diablos.

La figura 4.29 muestra la forma en que se deposita la parafina en función de la

rugosidad de la tubería y la masa de parafina acumulada removida por el diablo.

Sólo se graficaron los valores máximos para cada caso; estos son los que se

registraron antes de introducir el diablo para la masa de parafina depositada y

después de que la corrida de diablos termino para la masa de parafina acumulada

que el diablo removió. Existe un crecimiento estable de la masa depositada en la

pared de la tubería conforme la rugosidad de la tubería aumenta.

Masa de parafina

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001 0.00012

Rugosidad [m]

Mas

a d

e p

araf

ina

[Kg

]

Parafina depositadaParafina removida

Figura 4.29. Efecto de la rugosidad de la tubería sobre la masa de parafina depositada y removida

por el diablo.


106

A valores de rugosidad mayores a 9x10-5 [m] la masa de parafina que se

deposita aumenta rápidamente. Esto puede ser provocado porque el flujo viaja a

través de una tubería que le impide fluir con facilidad y ocasiona que la parafina se

deposite en mucha mayor cantidad y en menor tiempo. El comportamiento de la

masa de parafina depositada con respecto al tiempo es estable y para un valor de

rugosidad mayor a 9x10-5 [m] la cantidad de masa depositada aumenta

rápidamente a diferencia de los otros casos. Existe la posibilidad de que el

simulador sufra inestabilidad numérica en los cálculos. La tabla 4.14 muestra los

valores de la masa depositada en la pared de la tubería en función de la

rugosidad.

Rugosidad [m] Parafina depositada [Kg]

Caso 1 3 x10-5 297.363

Caso 2 5 x10-5 364.572

Caso 3 8 x10-5 582.377

Caso 4 9 x10-5 740.256

Caso 5 10 x10-5 1,217.28 Tabla 4.14. Masa depositada en la tubería en función de la rugosidad.

El análisis anterior también afecta a la masa de parafina removida. Al tener una

rugosidad de tubería alta, la masa de parafina depositada es mayor y por

consiguiente la masa de parafina que remueve el diablo es alta. La figura 4.30

muestra la masa de parafina removida por el diablo para el caso 5, con una

rugosidad de la tubería de 1 x10-4[m], es mucho mayor que en los otros casos de

ésta sección. Para los casos restantes los resultados son como se esperaban

pues al existir una rugosidad pequeña es menos la resistencia al flujo, la masa que

se deposita es menor y se deposita más lentamente. Para todos los casos la

parafina que se deposita es menor a la que el diablo remueve; esto es

principalmente porque al momento de introducir el diablo se mueve a cierta

velocidad provocando que en el frente del diablo se deposite parafina y tiene que

ser removida junto a la que se deposito en la tubería.


107


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Mas

a d

e p

araf

ina

[Kg

]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Salida del diablo

Figura 4.30. Efecto de la rugosidad de la tubería sobre la masa de parafina removida.

La velocidad y la posición del diablo son afectadas por la rugosidad de la

tubería de una manera mínima. El diablo viaja propulsado por la presión a la

entrada del sistema, su velocidad disminuye al ir removiendo los líquidos

estancados y la parafina. La rugosidad tiene un efecto adicional ya que si la

tubería tiene una rugosidad alta hará que el diablo viaje más lento de lo que

viajaría si tuviese una rugosidad pequeña. Para el caso 1 y el caso 2 la velocidad

del diablo es mayor a 4 [m/s] en toda la trayectoria y para los casos restantes

donde la rugosidad es mayor a 5 x10-5 [m] la velocidad está por debajo de los 4

[m/s], esto ocasiona que la posición del diablo o la duración de la corrida de

diablos sea más lenta. Esto lo muestra la figura 4.31. A menor rugosidad de la

tubería, el diablo se mueve a mayor velocidad y el tiempo de la corrida de diablos

es menor, y viceversa.


108


00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

-10 0 10 20 30 40 50 60Tiempo [minutos]

Vel

oci

dad

[m

/s]

0

2000

4000

6000

8000

10000

Velocidad, caso 1 Velocidad, caso 2 Velocidad, caso 3 Velocidad, caso 4Velocidad, caso 5 Posición, caso 1 Posición, caso 2 Posición, caso 3Posición, caso 4 Posición, caso 5

Po

sición

[m]

Figura 4.31. Efecto de la rugosidad de la tubería sobre la velocidad y posición del diablo.

Cuando se tenga que instalar un nuevo sistema de producción se debe realizar

una selección adecuada del sistema nuevo. Elegir una tubería que tenga una

rugosidad apropiada, para no ocasionar problemas, durante la producción y

durante las operaciones de limpieza como la corrida de diablos.

4.2.5 Variación del Diámetro de las Tuberías, del Diablo y Masa

del Diablo

En esta subsección se modifican simultáneamente tres variables. Para este

análisis los datos fueron obtenidos del catálogo de la compañía Girardind, en

donde se muestran los diferentes diámetros de tuberías así como de los diablos

incluyendo la masa de estos últimos. Esta variación no se puede realizar en la

realidad, pues es poco práctico y muy costoso tener cambiar las tuberías, válvulas

y otros equipo que se utilizan en un sistema para la producción si es que no se

realiza un buen diseño de las instalaciones; sin embargo, se efectuó la simulación

para dar una idea real al lector, con datos que se encuentran en la industria

petrolera de estas tres variables, de cómo pueden afectar la producción y la


109

eficiencia de los sistemas. La única variable que puede llegar a ser estable

dependiendo de la instalación es el diámetro de la tubería, el diámetro del diablo y

su masa se ajustan a ésta pues ya se tienen establecido sus valores.

Se decidió utilizar para el análisis de esta sección medidas del diámetro de la

tubería mayores y menores a las del caso base para estudiar cual es el efecto que

tiene sobre las condiciones del sistema. La tabla 4.15 muestra los valores

utilizados para este análisis.

Clase

Tamaño nominal de la tubería

Diámetro de la esfera

Masa

Caso Inflable [in] [cm] [in] [cm] [lbs] [Kg]

1 16” 16” 40 15.60” 39.6 65 29.48

2 18” 18” 45 17.35” 48.8 81 36.74

Caso Base, 3 20” 20” 50 19.70” 50.0 110 49.9

4 22” 22” 55 21.80” 55.4 143 64.86

Tabla 4.15. Variación del diámetro de la tubería, del diámetro del diablo y del peso del diablo (Girardind, 2005).

La figura 4.32 muestra el efecto que tienen estas tres variables sobre el flujo

másico de líquido en la tubería. Antes de realizar la corrida de diablos se tiene un

flujo másico que disminuye proporcionalmente al tamaño de la tubería, esto es por

el área de flujo de cada tubería; para un diámetro grande es mayor el área en

donde el fluido puede fluir. Al realizar la operación el incremento del flujo másico

parece ser despreciable en los cuatro casos de esta sección para pero la tabla

4.16 muestra el incremento que tiene el flujo másico para cada caso y en la figura

4.32 muestra los resultados para un día antes y un día después de la corrida de

diablos (181 y 183 días de simulación).



Caso 2

0.62 37.2 2,232 53,568 Caso 3 (caso base) 0.35 21 1,260 30,240

Tabla 4.16. Incremento del flujo másico para los cuatro casos.


110

Al realizar la corrida de diablos se puede observar que para un diámetro de

tubería pequeño el incremento del flujo másico de líquido es grande así mismo el

mayor incremento que se obtuvo en esta sección y con estas condiciones es el del

caso 1, con un diámetro de tubería de 0.45 metros.


300350400450500550600650700750800

0 2000 4000 6000 8000 10000Longitud [m]

Flu

jo m

ásic

o d

e líq

uid

o [

Kg

/s]

Caso 1,tiempo = 181 [días] Caso 2,tiempo = 181 [días] Caso 3,tiempo = 181 [días]Caso 4,tiempo = 181 [días] Caso 1,tiempo = 183 [días] Caso 2, tiempo =183 [días]Caso 3, tiempo =183 [días] Caso 4, tiempo =183 [días]

Figura 4.32. Efecto del diámetro de la tubería, del diablo y masa del diablo sobre el flujo másico de

líquido.

El tiempo en la figura 4.33 inicia en el momento en que se inicia la corrida de

diablos. Para este sistema de tuberías, el total del líquido contenido en la tubería

también es afectado por las dimensiones del diámetro de la tubería. Si éste

disminuye también disminuye el contenido de líquido y viceversa, por las

características del sistema, esto lo muestra la figura 4.33.


1 7,372.29 7,378.87 6.58

2 9,269.56 9,283.37 13.81

3 (caso base ) 11,445 11,451 6

4 13,847.4 13,851.6 4.2 Tabla 4.17. Contenido de líquido antes y después de la corrida de diablos.


111

La tabla 4.17 muestra el incremento en todos los casos del líquido contenido

en la tubería después de que el diablo ha salido del sistema y de que se ha

normalizado el flujo. En el caso 4 hay un incremento del líquido cuando la corrida

de diablos se está realizando; esto es porque hay mayor presencia de líquidos.


6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

15000

0 10 20 30 40 50 60Tiempo [minutos]

Líq

uid

o c

on

ten

ido

en

la

tub

ería

[B

BL

]

Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4Fi

gura 4.33. Efecto del diámetro de la tubería, del diablo y masa del diablo sobre el líquido contenido en la tubería.

La figura 4.34 muestra el comportamiento de la fracción de volumen de líquido

contenido en la tubería es casi el mismo al inicio de la simulación para los cuatro

casos de esta sección, pero al terminar la corrida de diablos y que las condiciones

de flujo mejoran, la fracción de volumen de líquido es afectada por las

dimensiones de la tubería, entre menor es el diámetro del sistema menor es el

impacto. Para el caso 1 en donde se tiene el menor diámetro (diablo y tubería) no

mejora del todo pues sigue teniendo líquido en el sistema que no fluye. En

tuberías de diámetros pequeños el diablo remueve el líquido de producción

estancado y la parafina depositada, pero después de un corto tiempo el líquido se

vuelve a estancar. Al estar el líquido estancado en la tubería actúa la gravedad y

el colgamiento de líquido, si el diámetro de la tubería aumenta el líquido estancado


112

disminuye, y es entonces cuando la eficiencia del sistema aumenta pues es mayor

el líquido que se transporta a través de la tubería.


0.80.820.840.860.88

0.90.920.940.960.98

1

0 2000 4000 6000 8000 10000Longitud [m]

Fra

cció

n d

e vo

lum

en d

e líq

uid

o

Caso 1, tiempo = 0 [ días] Caso 1, tiempo = 185 [días] Caso 2, tiempo = 0 [días]Caso 2, tiempo = 185 [días] Caso 3, tiempo = 0 [días] Caso 3, tiempo = 185 [días]Caso 4, tiempo = 0 [días] Caso 4, tiempo = 185 [días] Caso 5, tiempo = 0 [días]Caso 5, tiempo = 185 [días]

Figura 4.34. Efecto del diámetro de la tubería, del diablo y masa del diablo sobre la fracción de

líquido contenido en la tubería.

El comportamiento de la masa de parafina depositada en la pared de la tubería

y la masa de parafina que remueve el diablo, es muy variado con respecto al

diámetro de la tubería. Los resultados después de realizar la corrida de diablos los

muestra la tabla 4.18.

Caso Diámetro [cm]

Masa de parafina depositada [Kg]

Masa de parafina removida [Kg]

1 40 489.311 563.934

2 45 755.18 831.891

3 50 364.572 398.423

4 55 408.482 288.95

Tabla 4.18. Relación de la masa de parafina en función del diámetro.

Al inicio de la simulación, cuando el sistema se encuentra limpio en su interior,

la mayor acumulación de parafina se presenta en las tuberías de diámetros

grandes, en los casos de 50 y 55 [cm], esto es porque hay una mayor área en


113

donde la parafina se puede depositar y después se deposita en forma gradual.

Para los diámetros pequeños, los de 40 y 45 [cm], al inicio es muy poca la parafina

que se deposita, hay una menor área, y después de un largo periodo al existir una

menor área de flujo el fluido comienza a presentar una mayor resistencia a fluir y

es cuando la parafina se acumula en la tubería en mayor cantidad. También hay

un mayor arrastre debido a que la velocidad del flujo también es mayor en la

tubería más pequeña.

Para estas condiciones cuando se tienen diámetros de tuberías menores o

iguales a 50 [cm], el diablo aparentemente remueve la mayor cantidad de parafina

acumulada en la tubería y la que se depositó durante la operación de limpieza.

Cuando el diámetro de la tubería es mayor o igual a 55 [cm] el diablo no remueve

el total de la masa de parafina que está depositada en la pared de la tubería. No

es recomendable tener un sistema de tuberías con diámetros grandes pues al

realizar la corrida de diablos el diablo debe tener el mismo diámetro exterior y

después de hacer la simulación no cumple eficientemente su tarea de remover la

parafina depositada en la pared de la tubería. Ver tabla 4.18.

Los sistemas con diámetros mayores a 50 [cm] pueden necesitar una presión

mayor a la que se esta utilizando en el sistema para poder real8izar eficientemente

la tarea de remover la mayor cantidad de los depósitos, parafina, que se

encontraban en la tubería.

La presión de entrada que se esta utilizando en el sistema (119.3 [kg/cm²])

parece no ser suficiente para remover la mayoría de la parafina depositada en la

tubería de 55 [cm] de diámetro.

La velocidad del diablo y la posición del mismo dependen de las dimensiones

del sistema, de la tubería y del diablo, para este estudio, en los cuatro casos

parten de una velocidad inicial de cero y a un tiempo de 182 días de haber iniciado

la simulación se realiza la corrida de diablos al insertar el diablo en la tubería. Si el


114

diámetro de la tubería es pequeño, 0.4 metros, la velocidad promedio que tiene

durante la operación es la menor comparada con la de los otros casos siendo más

alta la del diámetro de 0.5 metros. En los casos 1, 2 y 3 la velocidad se mantiene

dentro de el rango permitido que como ya se explicó en la sección 2, ésta debe

permanecer para líneas conductoras de líquidos de 2 a 10 [MPH] (4.47 a 22.33

[m⁄s]). Para el caso 4, donde se tiene un diámetro de 55 centímetros, el diablo

alcanza una velocidad máxima de más de 5 [m/s] pero después desciende hasta

tener una velocidad de más de 3 [m/s], esto es porque el diablo es muy pesado y

adicional al peso de la parafina que el diablo ha removido, la presión no es lo

suficientemente alta para mantener la velocidad del diablo. La posición del diablo

depende de su velocidad; si el diablo se mueve a mayor velocidad éste hará más

rápido el recorrido dentro de la tubería. Esto lo muestra la figura 4.35.


0

1

2

3

4

5

6

-10 0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [s]

Vel

oci

dad

[m

/s]

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Velocidad, caso 1 Velocidad, caso 2 Velocidad, caso 3 Velocidad, caso 4Posición, caso 1 Posición, caso 2 Posición, caso 3 Posición, caso 4

Po

sición

[m]

Figura 4.35. Efecto del diámetro de la tubería, del diablo y masa del diablo sobre la velocidad y

posición del diablo.

La dimensión del diámetro de la tubería es un valor que no se puede variar

pues resulta poco práctico renovar todas las tuberías de una instalación sólo para

resolver un problema que se pude prevenir. Para conocer el diámetro de esta

tubería con el cual se pueda tener un mejor aprovechamiento de él, donde se


115

pueda manejar la producción en la instalación con un flujo de fluidos más estable,

se debe decidir durante el diseño de la instalación.

4.2.7 Variación del tipo diablo en la simulación

Con ayuda del simulador OLGA podemos analizar el comportamiento para

diferentes diablos como ya se mencionó en el capítulo 2. En esta sección se

realizó la simulación ocupando un diablo largo (tren de diablos) para estudiar

cuales son las ventajas de utilizarlo o si es que en la simulación no se ve alguna

mejoría al realizar ésta. El lector debe recordar que en la simulación, los

movimientos del tren de diablos se calculan para un solo diablo y un tren de

diablos se inserta en la tubería con espacios entre los diablos llenados de fluido de

la corrida de diablos.

El propósito de realizar este análisis es determinar que tipo de diablo es el más

eficiente para este sistema.

La tabla 4.19 muestra los datos adicionales que se utilizan para realizar la

corrida de diablos con un diablo largo. Datos del diablo corto se utilizan en

combinación con éstos.

Tabla 4.19. Datos adicionales para la corrida de diablo largo.

Nota: la longitud del diablo es la distancia que hay entre el primer diablo y el

último.

Masa del diablo

49.9 [Kg] Temperatura inicial

5 [ºC]

Viscosidad 8 [cp] Longitud 10 [m] Capacidad calorífica

2,000 [J/Kg ºC] Densidad 800 [Kg/m3]

Conductividad 0.4 [W/m ºC] Periodo de inyección

2 [min]


116

La figura 4.36 muestra el comportamiento del líquido total contenido en la

tubería durante la corrida de diablos. Existe un cambio en el momento de

introducir el diablo, pues el líquido disminuye y a lo largo de la operación presenta

grandes variaciones cuando se utiliza un diablo largo. Esta variación se debe a

que la introducción del diablo largo a la tubería es lenta y a que el espacio entre el

diablo largo se encuentra ocupado en su totalidad por líquido. Al final de la corrida

de diablos los dos tipos de diablos cumplen con el propósito de la limpieza interior

de la tubería. Las condiciones del sistema después de terminar la corrida de

diablos, para los dos casos son las mismas.


10500

11000

11500

12000

12500

13000

13500

14000

14500

15000

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Líq

uid

o c

on

ten

ido

en

la

tub

ería

[B

BL

]

Caso 1 Caso 2

Figura 4.36. Efecto del tipo de diablo sobre el contenido total de líquido.

La figura 4.37 muestra que la fracción de volumen de líquido contenido en la

tubería, no presenta variación para ambos tipos de diablo (corto y largo). Esto es

principalmente porque no hay incremento en la cantidad de líquido pues para el

diablo corto es propulsado por el mismo fluido de producción, al igual que para el

diablo largo y además el espacio es ocupado por el fluido de producción que se

está manejando en el sistema. Otro aspecto a considerar en la simulación es que

la masa y el volumen del diablo no se consideran, por que se considera como

parte de fluido, así no afecta en los resultados pues es un solidó de 49.9 [kg].


117


0.80.820.840.860.880.9

0.920.940.960.98

1

0 2000 4000 6000 8000 10000

Longitud [m]

Fra

cció

n d

e vo

lum

en

de

líqu

ido

Caso 1, tiempo = 0[días] Caso 1, tiempo = 185[días]Caso 2, tiempo = 0[días] Caso 2, tiempo = 185[días]

Figura 4.37. Efecto del tipo de diablo sobre el volumen de líquido.

La masa de parafina depositada en la pared de la tubería es la misma para los

dos casos pues no cambiaron las condiciones de operación a las que se

encuentra el sistema, sólo se realizó la simulación para saber cual de los dos

diablos hace una mejor limpieza en la tubería. La masa de parafina removida por

el diablo es diferente en los dos casos, ver figura 4.38. El diablo corto empieza a

remover parafina en el momento en que se introduce, mientras que el diablo largo

lo hace después del periodo de introducción del mismo. La diferencia de la masa

removida es menor de 50 kilogramos, ambos removieron casi por completo la

parafina depositada. Hay que recordar que en el recorrido del diablo por la tubería

se va depositando parafina delante de él, por eso es que la parafina removida por

el diablo es mayor a la que estaba depositada en la tubería entes de realizar la

corrida de diablos. Mientras mayor sea la parafina depositada en la tubería mayor

será la parafina removida.


118


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Mas

a d

e p

araf

ina

[Kg

]

Caso 1 Caso 2

Figura 4.38. Efecto del tipo de diablo sobre la masa de parafina removida.

La velocidad del diablo largo (caso 2) es muy diferente a la velocidad del diablo

corto (caso 1) al igual que la posición, pues el diablo largo tiene un periodo de

introducción más largo y es mayor que el diablo corto, esas son las principales

causas del porque existe tal diferencia, esto lo muestra la figura 4.39.


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

-10 0 10 20 30 40 50 60Tiempo [minutos]

Vel

oci

dad

[m

/s]

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Velocidad, caso 1 Velocidad, caso 2 Posición, caso 1 Posición, caso 2

Po

sición

[m]

Figura 4.39. Efecto del tipo de diablo sobre la velocidad y posición del diablo.


119

El diablo largo recorre la tubería y realiza la limpieza más rápido que el diablo

corto. El realizar la limpieza en un menor tiempo hace que sea menor la masa de

parafina que remueve el diablo. Si la velocidad del diablo es alta, el tiempo que

tarda el diablo en recorrer el sistema (toda la tubería) es menor, la posición del

diablo es afectada.

Después de haber realizado el análisis del tipo de diablo, la limpieza que

realizan ambos es aceptable. Para estas condiciones la simulación demostró que

el diablo ha utilizar para la limpieza de la tubería es el diablo corto. Se debe utilizar

un diablo largo si al momento de realizar la corrida de diablos se desea

inspeccionar, si se tienen grandes cantidades que un solo diablo no pudiera

remover.

4.2.8 Corrida de diablos sin acumulación de parafina

Este análisis se realizó para saber el comportamiento del sistema de

producción después de la corrida de diablos sin tener la presencia de parafina en

el líquido, y que tanto beneficia al comportamiento del diablo no tener parafina

depositada en la pared de la tubería. Para este caso la obstrucción al flujo del

fluido se presenta por el mismo líquido estancado en la tubería. El propósito de

este caso es compararlo con el caso base y saber cual es el impacto de la

parafina en los resultados finales.

Para este análisis el caso 1 es el caso base, el cual tiene parafina asociada a

el líquido, mientras que el caso 2 no tiene presencia de parafina.

La figura 4.40 muestra el efecto de la parafina sobre el flujo másico de líquido

en el sistema. El comportamiento de las curvas es diferente pues aún antes de la

corrida de diablos hay una diferencia en el flujo másico, de 20 [kg/s], la razón de

que sea menor para el caso 1 donde se tiene presencia de parafina, es que la

masa que se deposita en la pared de la tubería durante 181 días ocupa un


120

volumen y obstruye el flujo. En el caso 2 donde no se tiene presencia de parafina,

es mayor el flujo másico. La diferencia del flujo másico después de la corrida de

diablos entre el caso 1 y el caso 2 es de 22.55 [Kg/s]. Al realizar la corrida de

diablos en el caso 2 se presenta el mayor incremento; éste se debe a que la

tubería no tiene presencia de parafina; y el caso 1, en donde se tiene parafina

después de la corrida de diablos, la tubería no queda totalmente limpia. Esta

pequeña (casi despreciable) masa ocupa un volumen en la tubería y es la

causante de que en los dos casos no se observe el mismo incremento.


560

565

570

575

580

585

590

595

0 2000 4000 6000 8000 10000

Longitud [m]

Flu

jo m

ásic

o d

e líq

uid

o

[Kg

/s]

Caso 1,tiempo = 181 [días] Caso 2,tiempo = 181 [días]Caso 1,tiempo = 183 [días] Caso 2,tiempo = 183 [días]

Figura 4.40. Efecto de la presencia de parafina sobre el flujo másico de líquido.

La tabla 4.20 muestra los resultados, para las condiciones de los dos casos,

del incremento del flujo másico después de realizar la corrida de diablos. El

incremento que tiene el flujo másico después de realizar una operación de

limpieza cuando no se tiene parafina asociada al líquido de producción es de

168,912 [kg/d] más de lo que se tiene antes de la limpieza.


121


[Kg/s] [Kg/m] [Kg/h] [Kg/d] Caso 1 0.35 21 1260 30,240 Caso 2 1.955 117.3 7038 168,912

Tabla 4.20. Incremento del flujo másico para los cuatro casos.

La figura 4.41 muestra el efecto de la parafina sobre el contenido total de

líquido en el sistema durante la corrida de diablos. Existe una diferencia entre el

caso 1 y el caso 2 de 4.9 barriles de líquido por segundo. El caso 1 es el que tiene

menor cantidad de líquido en la tubería, porque el diablo va removiendo los

líquidos estancados y parafina depositada que ocupan volumen en la tubería, y en

el caso 2 no existe parafina. En ambos casos el líquido contenido aumenta porque

el diablo va empujando todo lo que se encuentra de frente. El diablo cumple con el

objetivo de limpiar la tubería en ambos casos.


11420

11440

11460

11480

11500

11520

11540

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Líq

uid

o c

on

ten

ido

en

la

tub

ería

[B

BL

]

Caso 1 Caso 2 Salida del diablo

Figura 4.41. Efecto de la presencia de parafina sobre la fracción de volumen de líquido.

La tabla 4.21 muestra el incremento del líquido contenido en la tubería para los

dos casos después de que la corrida de diablos ha terminado, y de que el flujo se


122

ha normalizado. En el caso 2 el incremento del líquido es muy pequeño y es

porque en la tubería no había depósitos de parafina que ocuparan volumen.


1(caso base ) 11,445 11,451 6


El efecto de la parafina sobre la fracción de volumen de líquido en el sistema

es despreciable, después de realizar la corrida de diablos las tuberías quedan

prácticamente limpias y el fluido puede fluir sin ninguna dificultad. El diablo en

ambos casos removió todo lo que obstruía el flujo, como es el líquido estancado, y

la parafina depositada sólo para el caso 1, esto lo muestra en la figura 4.42. La

corrida de diablos resultó ser una operación eficiente al momento de realizar la

limpieza de la tubería, para las condiciones a las se encontraban los dos sistemas.


0.80.820.840.860.880.9

0.920.940.960.98

1

0 2000 4000 6000 8000 10000

Longitud [m]

Fra

cció

n d

e vo

lum

en

de

líqu

ido

Caso 1, tiempo = 0[días] Caso 1, tiempo = 185[días]Caso 2, tiempo = 0[días] Caso 2, tiempo = 185[días]

Figura 4.42. Efecto de la presencia de parafina sobre la fracción de volumen de líquido.

La parafina depositada en la pared de la tubería, para estas condiciones, no

representa un obstáculo sobre la velocidad y posición del diablo, pues la presión

es lo suficientemente alta para mantener el diablo a una velocidad estable en


123

ambos casos. La masa de parafina no es tan pesada para detener el diablo, ni

siquiera para disminuir considerablemente su velocidad. El diablo recorre la

tubería aproximadamente en el mismo lapso de tiempo para ambos casos. Ver

figura 4.43.


00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

-10 0 10 20 30 40 50 60

Tiempo [minutos]

Vel

oci

dad

[m

/s]

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Velocidad, caso 1 Velocidad, caso 2 Posición, caso 1 Posición, caso 2

Po

sición

[m]

Figura 4.43. Efecto de la presencia de parafina sobre la velocidad y la posición del diablo.

Después de haber realizado este análisis se puede determinar que para este

caso la parafina no tiene un gran impacto pues en la mayoría de los parámetros

estudiados no presentan una variación considerable. Esto es principalmente

porque la masa de parafina para el caso base es pequeña comparada con el total

de líquido que maneja el sistema. Este análisis representa el comportamiento de la

corrida de diablos y los resultados que se tienen al realizarla en un sistema donde

no se tiene presencia de parafina. Si se tuviera cantidades muy altas de parafina

depositada en la tubería el diablo podría detenerse y provocar mayores

problemas; por eso la corrida de diablos debe realizarse en periodos cortos

dependiendo de las características del sistema, como es el fluido y las

instalaciones.

124

CAPÍTULO 5. DISCUSIÓN

Se mostró en el estudio del caso base de simulación la operación de corrida de

diablos en el sistema en cuestión, el cual presentaba acumulación de parafina y

líquido estancado. Esto representaba una baja en la eficiencia del sistema. Por

estas razones se realizaron análisis paramétricos para saber el comportamiento

que tendría el sistema si cambiaran sus condiciones (las variables y/o los

parámetros), tales como la presión a la entrada del sistema, la temperatura en el

sistema, la rugosidad de las tuberías, así como el diámetro de las tuberías, del

diablo y la masa de éste, algunas propiedades del fluido como la fracción de

volumen de gas y la concentración de parafina y otras de operación como el tipo

de diablo.

Al realizar el análisis de cada una de los variables en el estudio paramétrico se

observa claramente cuáles son las que tienen mayor impacto en los resultados, y

con esto, cuales se deben considerar al revisar el comportamiento de la corrida del

diablo y del sistema antes, durante y después de la operación. Con estos

CAPÍTULO 5 DISCUSIÓN

125

resultados se pueden elaborar predicciones sobre las condiciones que se

mejorarán y en que medida se aumentará la eficiencia del sistema.

El criterio para elegir las variables para el análisis del caso base se basó en el

impacto que tienen sobre la operación la corrida de diablos en el sistema. Así

mismo los parámetros se eligieron en función al impacto que sufrieron al cambiar

cada una de las variables. Las variables y los parámetros se eligieron con un

criterio particular ya que no es usual encontrarlos en la literatura.

Una de las aportaciones más importantes de este trabajo son los resultados

teóricos obtenidos en el capítulo 4, en donde se presenta el impacto que tienen las

diferentes variables al realizar la corrida de diablos y cuáles son los beneficios en

el sistema, pero no todas las variables afectan de igual forma, incluso en el

análisis de algunos parámetros la diferencia es mínima e incluso nula, y en otros

los resultados no se mantienen o nunca se alcanzan.

El diámetro de las tuberías fue una de las variables analizadas. Éste afecta,

obviamente, directamente al diámetro del diablo y a su masa, aunque es

impráctico tener que cambiar todo el sistema para solucionar un problema que se

puede prevenir si se elige el diámetro de las tuberías adecuado en el diseño de la

instalación, pero este análisis ilustra el comportamiento que se tendría si el

diámetro de la tubería fuera pequeños y grandes; las limitaciones que se

presentan para los primeros es que no se mantiene las condiciones después de

que diablo termina la operación, mientras que para los segundos si se mantienen,

además pueden incrementar la producción, aunque se debe elegir el diámetro

adecuado pues puede ser contraproducente tener un diámetro de tubería muy

grande porque se pueden tener caídas de presión muy elevadas.

Otro de los parámetros es la presión a la entrada del sistema. Este es uno de

los parámetros con mayor relevancia pues si la presión es muy pequeña puede

llegar a inducir una pegadura del diablo en complicidad con la cantidad de parafina


126

depositada en la tubería, y si la presión es muy alta la velocidad puede aumentar

hasta un punto tal que el diablo no estará en la velocidad recomendada, para

líneas conductoras de gas natural de 5 a 15 [MPH] (11.18 a 33.47 m⁄s), y para

líneas conductoras de líquidos de 2 a 10 [MPH] (4.47 a 22.33 m⁄s), además

puede no cumplir con el objetivo principal de limpiar lo mejor posible a la tubería.

Por lo mismo se debe elegir la presión a adecuada. Esta variable afecta a todo el

sistema pues si disminuye, la fracción de volumen de gas aumenta. Esta última

variable que se analizó pero, como se describió en el capítulo 4, tiene un impacto

mínimo sobre los resultados. Si la fracción de volumen de gas en el sistema

aumenta, el contenido de líquido disminuye y por lo tanto la parafina asociada en

el líquido que se maneja en el sistema es menor y esto da como resultado que la

parafina depositada en el sistema sea menor.

La temperatura es una de las variables que se debe observar con

detenimiento, ya que si se tienen grandes caídas en la temperatura en el sistema,

la parafina se acumulará en exceso. Esto provoca que el sistema sea más

deficiente pues la producción que maneja disminuye. Otra cosa que puede

provocar es que las operaciones de limpieza, las corridas de diablos, se tenga

que hacer más frecuentemente.

La rugosidad de la tubería es una de las variables que tiene efectos

considerables en el sistema, pues al aumentar la rugosidad la cantidad de parafina

que se acumula en la pared de la tubería aumenta, y por lo tanto el líquido

contenido en el sistema disminuye. Esto hace que el sistema sea menos eficiente.

Si la tubería tiene una rugosidad alta hará que el diablo viaje a una velocidad

menor por el rozamiento que existe entre la tubería y el diablo. Existe la posibilidad

de que el simulador sufra inestabilidad numérica en los cálculos si la rugosidad de

la tubería es mayor a 9x10-5, o esto puede ser provocado por que el caso en

estudio es un modelo práctico.


127

En los resultados se observa que para las características del sistema el diablo

corto y el tren de diablos son adecuados para realizar la operación de limpieza.

Esto se debe a que el diablo corto se utiliza para limpiar la tubería, ver sección

2.11.4, y el tren de diablos se utiliza para realizar otras tareas como la inspección

de la tubería además de realizar la limpieza de la tubería. La elección de utilizar el

diablo corto para la limpieza fue la adecuada pues el objetivo principal es el de

limpiar la tubería.

Se realizaron corridas de diablos sin parafina para analizar que sucede en el

sistema si no se tiene la presencia de ésta. Se observa que tiene un impacto

considerable en los resultados para este sistema pues la masa de parafina total

que se removió para el caso con parafina y después de seis meses de producción

fue de 400 kilogramos.

Considerar una combinación de las variables estudiadas para optimizar los

resultados de la corrida de diablos es una opción excelente para lograr que las

condiciones del sistema sean estables.

La selección de la propuesta de solución debe realizarse tomando en cuenta

aspectos tanto técnicos como económicos. Una herramienta importante para esto

es el uso de simuladores de flujo, pues éstos se pueden utilizar para realizar un

diseño de instalaciones óptimo o para analizar el comportamiento de sistemas

existentes. Esto si se usan adecuadamente.

El simulador presenta irregularidades para las condiciones del sistema que se

estudio, al que se le hizo la simulación, cuando se utiliza el diablo largo, en

específico cuando se obtiene los resultados teóricos del líquido contenido en la

tubería, esto puede ser provocado por las características del sistema y del fluido

que se utilizaron en la simulación.

128

CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 Conclusiones

1. La corrida de diablos es un proceso de gran importancia en la Industria

Petrolera debido a los beneficios que ofrece a la producción de

hidrocarburos. Ésta debe realizarse periódicamente en cada una de las

instalaciones de producción bajo condiciones de flujo y de operación.

2. La elaboración de estudios numéricos mediante el empleo de simuladores de

flujo representa una herramienta muy útil, porque permiten cuantificar de

manera aproximada la cantidad y velocidad del líquido que se transporta, el

tiempo y la cantidad de depósitos que se acumulan en el interior de la

tubería, conocer el impacto que podría tener si se alteran las condiciones de

operación establecidas y/o existentes, como la presión, temperatura, etc, en

el funcionamiento del sistema. La selección de las técnicas debe involucrar

tanto a la parte técnica como a la económica.

CAPÍTULO 6 CONCLUSIÓN

129

3. Las principales causas del por que se debe realizar una corrida son: después

de que la tubería se construye, acumulación excesiva de parafinas en la

tubería, la disminución de la producción, el flujo presente en la tubería es

excesivamente turbulento, cuando se necesita mayor energía para el bombeo

de los fluidos, en el producto final se tiene un gran porcentaje de impurezas

como parafinas o agua.

4. El principal problema que se presenta en la corrida de diablos es que el

diablo se detenga o se pierda en la tubería cuando la operación se está

realizando y los parámetros que ayudan a resolverlo son la presión y el

volumen.

5. Las siguientes variables: diámetro de las tuberías, presión a la entrada y la

temperatura del sistema, la fracción de volumen de gas, son algunas de las

más importantes para el estudio del sistema de corrida de diablos. La presión

a la entrada del sistema resultó ser muy importante para mantener controlada

la operación.

6. Los datos obtenidos de parámetros tales como flujo másico, líquido contenido

en la tubería, fracción de volumen de líquido en el sistema, son mediciones

que ayudan a analizar el sistema y a identificar el grado de estabilidad o

inestabilidad del mismo.

7. Si el diámetro de la tubería del sistema de transporte es grande, la presión de

bombeo que impulsa al fluido debe ser alta para evitar que el fluido se mueva

lentamente y la parafina se deposite en cantidades excesivas.

8. La principal función del diablo largo es inspeccionar el interior de la tubería,

por esta razón el diablo corto, que está diseñado para remover escombros

depositados en la tubería, realiza en el sistema una mejor limpieza.

CAPÍTULO 6 CONCLUSIÓN

130

9. El aumento de la masa de parafina depositada en la pared interna de la

tubería es favorecido cuando la cantidad de gas presente en el fluido que se

transporta es pequeña, ya que existe mayor cantidad de parafina asociada al

fluido.

10. La presión de bombeo en el sistema baja, diámetro de la tubería grande,

rugosidad alta, son parámetros que contribuyen y favorecen la acumulación

de depósitos, escombros, condensados y/o parafina en la pared interna de la

tubería.

6.2 Recomendaciones

1. Para obtener resultados más confiables y de una forma más eficiente, se

deben utilizar parámetros más detallados de las características físicas del

sistema, de la composición de fluido y parámetros de la simulación.

2. El problema que se presentó en este trabajo es un estudio breve de la corrida

de diablos, se recomienda analizar sistemas simplificados y más complejos,

casos reales, de campo de instalaciones de PEMEX.

3. Antes de tomar cualquier decisión es necesario haber realizado un número

de corridas suficientes que involucren todos probables escenarios y

parámetros.

4. En estudios posteriores pueden incluirse otros aspectos como la corrosión,

tapones de hidratos, manejar tres fluidos, y utilizar la transferencia de calor a

lo largo de la tubería, entre otros.

5. Realizar una corrida de diablos mínimo cada seis meses en cada sistema de

transporte de hidrocarburos para que su rendimiento se mantenga estable.

131

APÉNDICE

Archivo de datos de entrada al simulador (base.inp) !******************************************************************************* !- CASE Definition !------------------------------------------------------------------------------- CASE AUTHOR="Elvis ", \ DATE="Abril del 2005", \ INFO="Ejemplo de tesis", \ PROJECT="Corrida de diablos", \ TITLE="Diablo Corto" ! !******************************************************************************* !- OPTIONS Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! Setting Calculation Options OPTIONS DEBUG=OFF, PHASE=TWO, POSTPROCESSOR=OFF, SLUGVOID=SINTEF, STEADYSTATE=ON, \ TEMPERATURE=ADIABATIC, WAXDEPOSITION=ON ! !******************************************************************************* !- FILES Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! Input Files ! User should write the names of restart file, PVT file ! and compressor file here if, they exist FILES PVTFILE="flow-pig.tab", WAXFILE="ol-wax-1.wax" ! !*******************************************************************************

APÉNDICE

132

!- INTEGRATION Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! Integration INTEGRATION CPULIMIT=100000 d, DTSTART=0.001 d, ENDTIME=185 d, MAXDT=4 d, MINDT=0.001 d, \ STARTTIME=0 s !******************************************************************************* ! GEOMETRY Definition !******************************************************************************* GEOMETRY LABEL=GEOM-1, XSTART=0 m, YSTART=0 m PIPE LABEL=PIPE-1, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=2, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=100 m, \ YEND=0 m PIPE LABEL=PIPE-2, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=8, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=100 m, \ YEND=-200 m PIPE LABEL=PIPE-3, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=2, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=1000 m, \ YEND=-200 m PIPE LABEL=PIPE-4, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=4, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=2000 m, \ YEND=-195 m PIPE LABEL=PIPE-5, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=2, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=2500 m, \ YEND=-195 m PIPE LABEL=PIPE-6, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=4, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=3500 m, \ YEND=-190 m PIPE LABEL=PIPE-7, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=4, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=4500 m, \ YEND=-190 m PIPE LABEL=PIPE-8, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=4, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=5500 m, \ YEND=-185 m PIPE LABEL=PIPE-9, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=6, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=7000 m, \ YEND=-185 m PIPE LABEL=PIPE-10, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=4, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=8000 m, \ YEND=-180 m PIPE LABEL=PIPE-11, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=4, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=9000 m, \ YEND=-175 m PIPE LABEL=PIPE-12, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=6, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=10100 m, \ YEND=-175 m PIPE LABEL=PIPE-13, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=7, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=10100 m, \ YEND=0 m PIPE LABEL=PIPE-14, DIAMETER=0.5 m, NSEGMENTS=2, ROUGHNESS=5e-005 m, XEND=10200 m, \ YEND=0 m, ZEND=2 m !

APÉNDICE

133

!******************************************************************************* !- NODE Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! NODE Definitions NODE LABEL=INLET, TYPE=TERMINAL, X=0 m, Y=0 m NODE LABEL=OUTLET, TYPE=TERMINAL, X=10200 m, Y=0 m !******************************************************************************* ! BRANCH Definition !******************************************************************************* BRANCH LABEL=BRAN-1, FLOAT=ON, FLUID="1", FROM=INLET, GEOMETRY=GEOM-1, TO=OUTLET ! !******************************************************************************* !- POSITION Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! Definition for Position of Plug POSITION LABEL=PLUGSTART-1, BRANCH=BRAN-1, PIPE=PIPE-1, SECTION=2 POSITION LABEL=PLUGTRAP-1, BRANCH=BRAN-1, PIPE=PIPE-14, SECTION=2 POSITION LABEL=RISERBASE-1, BRANCH=BRAN-1, PIPE=PIPE-2, SECTION=8 POSITION LABEL=RISERTOP-1, BRANCH=BRAN-1, PIPE=PIPE-1, SECTION=2 POSITION LABEL=RISERBASE-2, BRANCH=BRAN-1, PIPE=PIPE-13, SECTION=1 POSITION LABEL=RISERTOP-2, BRANCH=BRAN-1, PIPE=PIPE-14, SECTION=1 ! !******************************************************************************* !- BOUNDARY Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! Boundary Definitions BOUNDARY GASFRACTION=2:-1 -, NODE=INLET, PRESSURE=2:117 bara, TEMPERATURE=( 10, \ 25 ) C, TIME=( 0, 2500 ) d, TYPE=PRESSURE, WATERFRACTION=2:0 -, WAXFRACTION=2:1 - BOUNDARY GASFRACTION=3:1 -, NODE=OUTLET, PRESSURE=3:101.9716 kp/cm2, TEMPERATURE=( 2:25, \ 10 ) C, TIME=( 0, 1500, 2500 ) d, TYPE=PRESSURE, WATERFRACTION=3:0 -, \ WAXFRACTION=3:1 - !******************************************************************************* ! INITIALCONDITIONS Definition !******************************************************************************* INITIALCONDITIONS BRANCH=BRAN-1, INTERPOLATION=HORIZONTAL, PIPE=PIPE-1, TEMPERATURE=2:77 F INITIALCONDITIONS BRANCH=BRAN-1, INTERPOLATION=VERTICAL, PIPE=PIPE-2, TEMPERATURE=8:10 C INITIALCONDITIONS BRANCH=BRAN-1, INTERPOLATION=LENGTH, PIPE=( PIPE-12, PIPE-11, \ PIPE-10, PIPE-9, PIPE-8, PIPE-7, PIPE-6, PIPE-5, PIPE-4, PIPE-3 ), \ TEMPERATURE=40:10 C INITIALCONDITIONS BRANCH=BRAN-1, INTERPOLATION=VERTICAL, PIPE=PIPE-13, TEMPERATURE=7:10 C INITIALCONDITIONS BRANCH=BRAN-1, INTERPOLATION=HORIZONTAL, PIPE=PIPE-14, TEMPERATURE=2:25 C !*******************************************************************************

APÉNDICE

134

! WAXDEPOSITION Definition !******************************************************************************* WAXDEPOSITION BRANCH=BRAN-1, DIFFCOEFFMULT=1 , AGEINGTIME=0.5 d, MAXROUGHNESS=0 m, \ VISCOPTION=TABULAR, VISMULTIPLIER=( 1, 1 ) , WAXPOROSITY=0.5 -, WAXTABLE="WAXTAB", \ WAXVOLFRACTION=( 0, 1 ) - ! !******************************************************************************* !- CONTROLLER Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! Controllers CONTROLLER LABEL=Control, AMPLIFICATION=-0.00035 , BIAS=0.02 , BRANCH=BRAN-1, \ DERIVATIVECONST=0 s, INTEGRALCONST=18 s, MAXSIGNAL=1 , MINSIGNAL=0 , \ PIPE=PIPE-14, SECTIONBOUNDARY=2, SETPOINT=44 , STROKETIME=100 d, TIME=0 s, \ TYPE=PID, VARIABLE=GG ! !******************************************************************************* !- VALVE Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! Choke Definition VALVE LABEL=CHOKE-1, BRANCH=BRAN-1, CD=0.84 , CONTROLLER=Control, DIAMETER=0.5 m, \ PIPE=PIPE-14, SECTIONBOUNDARY=3 ! !******************************************************************************* !- PLUG Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! PLUG Definition PLUG LABEL=PLUG-1, DIAMETER=500 mm, INSERTTIME=182 d, LAUNCHPOSITION=PLUGSTART-1, \ LEAKAGEFACTOR=0 , LINEARFRIC=150 Ns/m, MASS=49.89522003792 kg, QUADRATICFRIC=0 Ns2/m2, \ STATICFORCE=1000 N, TRAPPOSITION=PLUGTRAP-1, TYPE=SHORT, WALLFRICTION=1000 Ns/m ! !******************************************************************************* !- PRINTINPUT Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! PRINTINPUT Definition PRINTINPUT KEYWORD=GEOMETRY ! !******************************************************************************* !- OUTPUT Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! Output Definition OUTPUT COLUMNS=4, DTOUT=185 d OUTPUT BRANCH=BRAN-1 OUTPUT VARIABLE=( UL, UG, GD, GL, GG, AL, PT, BE, GA, RMTOT, ID, BOU, LIQC, DPZ, \ VOL, DPT, UPIG, ZZPIG, CONTR )

APÉNDICE

135

! !******************************************************************************* !- TREND Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! TREND Definition TREND DTPLOT=5 h TREND BRANCH=BRAN-1, VARIABLE=( LIQC, GASC ) TREND DTPLOT=1 m, POSITION=PLUG-1, VARIABLE=( ZZPIG, UPIG ) TREND VARIABLE=( VOLGBL, NINTGR, HT ) TREND DTPLOT=1 m, POSITION=PLUGTRAP-1, VARIABLE=( UL, UG ) ! !******************************************************************************* !- PROFILE Definition !------------------------------------------------------------------------------- ! Profile Plot Definition PROFILE DTPLOT=1 d, VARIABLE=( PT, AL, TM, HOL, GLT, GG ) ! ENDCASE

136

LISTA DE TABLAS

Capítulo II. Marco Teórico

Tabla 2.1 Clasificación de diablos 21

Tabla 2.2 Diablos de acero 26

Tabla 2.3 Diablo ligero de espuma 30

Tabla 2.4 Diablo de espuma de densidad media 31

Tabla 2.5 Diablo pesado de espuma 31

Tabla 2.6 Tipos de diablos sólidos 35

Capítulo III. Formulación del Problema

Tabla 3.1 Variables y parámetros de medición usados para el estudio paramétrico

61, 81

Tabla 3.2 Propiedades del fluido de producción 64

Tabla 3.3 Propiedades de la parafina acumulada en pared de la tubería 64

TABLAS

137

Capítulo IV. Resultados

Tabla 4.1 Principales parámetros y características del sistema para el caso base de simulación

69

Tabla 4.2 Incremento del flujo másico 74

Tabla 4.3 Variación de la presión de entrada en el sistema 82

Tabla 4.4 Incremento del flujo másico para las diferentes presiones 83

Tabla 4.5 Contenido de líquido antes y después de la corrida de diablos 84

Tabla 4.6 Variación de la facción de volumen de gas 89

Tabla 4.7 Incremento del flujo másico para las diferentes presiones 90


Tabla 4.9 Distribución de la temperatura en la tubería 96

Tabla 4.10 Incremento del flujo másico para las diferentes temperaturas 97

Tabla 4.11 Variación de la rugosidad 102

Tabla 4.12 Incremento del flujo másico para las diferentes rugosidades 103


Tabla 4.14 Masa depositada en la tubería en función de la rugosidad 106

Tabla 4.15 Variación del diámetro de la tubería, del diámetro del diablo y del peso del diablo

109

Tabla 4.16 Incremento del flujo másico para los cuatro casos 109


Tabla 4.18 Relación de la masa de parafina en función del diámetro 112

Tabla 4.19 Datos adicionales para la corrida de diablo largo 115

Tabla 4.20 Incremento del flujo másico para los cuatro casos 121


138

LISTA DE FIGURAS

Capítulo II. Marco Teórico

Figura 2.1 Diablo 7

Figura 2.2 Incrustaciones cristalinas 9

Figura 2.3 Escombros removidos por el diablo 10

Figura 2.4 Método convencional de lanzamiento 11

Figura 2.5 Diagrama del lanzamiento 12

Figura 2.6 Curva tipo U y Curva tipo S 13

Figura 2.7 Método convencional de recepción 13

Figura 2.8 Diagrama de recepción 14

Figura 2.9 Producción antes y después de la corrida de diablos 16

Figura 2.10 Detector del diablo 20

Figura 2.11 Tipo de diablos 21

Figura 2.12 Diablo de cilindro 24

Figura 2.13 Diablo esfera 27

Figura 2.14 Diablo tipo esfera 28

Figura 2.15 Diablo espuma 29

FIGURAS

139

Figura 2.16 Esquema del diablo espuma en operación 32

Figura 2.17 Diablo sólido 34

Figura 2.18 Diablo de gel 37

Figura 2.19 Tren de diablos con el diablo de gel 38

Figura 2.20 Diablo medidor del diámetro interno 39

Figura 2.21 Diablo cámara 40

Figura 2.22 Imagen captada por el diablo cámara 40

Figura 2.23 Diablos bidireccionales 42

Figura 2.24 Tren de diablos 43

Figura 2.25 Flujo de trabajo 45

Figura 2.26 Herramienta MFL 46

Figura 2.27 Herramienta Ut 48

Figura 2.28 Modelo de flujo de la corrida de diablos 52

Figura 2.29 Regiones durante la corrida de diablos 53

Figura 2.30 Representación de la discretización de las tuberías 55

Capítulo III. Formulación del Problema

Figura 3.1 Representación esquemática, con ampliación del sistema de corrida de diablos en tuberías

59

Figura 3.2 Perfil de la tubería 62

Figura 3.3 Condiciones ambientales en el modelo 65

Figura 3.4 Condiciones “estables” de operación-caso base 67

Capítulo IV. Resultados

Figura 4.1 Variación de la presión al inicio y final de la simulación con la posición

70

Figura 4.2 Variación de la fracción de volumen de líquido contenido en la tubería

71

Figura 4.3 Variación de la fracción de volumen de gas contenido en la tubería

72

FIGURAS

140

Figura 4.4 Contenido total de líquido en el sistema en el tiempo 73

Figura 4.5 Contenido total de líquido en el sistema en el tiempo 74

Figura 4.6 Flujo másico de líquido y de gas 75

Figura 4.7 Masa de parafina en el fluido 76

Figura 4.8 Masa de parafina depositada en la pared de la tubería 77

Figura 4.9 Masa de parafina acumulada removida por el diablo 78

Figura 4.10 Velocidad y posición del diablo 79

Figura 4.11 Velocidad del sistema 80

Figura 4.12 Efecto de la presión a la entrada sobre el flujo másico de líquido

83

Figura 4.13 Efecto de la presión a la entrada sobre el líquido contenido en la tubería

85

Figura 4.14 Efecto de la presión a la entrada sobre la fracción de volumen de líquido

86

Figura 4.15 Efecto de la presión a la entrada sobre la parafina removida

86

Figura 4.16 Efecto de la presión a la entrada sobre la velocidad y posición del diablo

88

Figura 4.17 Efecto de la fracción de volumen de gas sobre el flujo másico de líquido

90

Figura 4.18 Efecto de la fracción de volumen de gas sobre el contenido de líquido

91

Figura 4.19 Efecto de la fracción de volumen de gas sobre la fracción de volumen de líquido

92

Figura 4.20 Efecto de la fracción de volumen de gas sobre la masa de parafina removida

93

Figura 4.21 Efecto de la fracción de volumen de gas sobre la velocidad y posición del diablo

94

Figura 4.22 Perfil de la tubería, para el incremento de la temperatura 95

Figura 4.23 Efecto de la temperatura sobre el flujo másico de líquido 96

Figura 4.24 Efecto de la temperatura sobre el líquido contenido en la tubería

98

Figura 4.25 Efecto de la temperatura sobre la masa de parafina depositada

99

FIGURAS

141

Figura 4.26 Efecto de la temperatura sobre la masa de parafina removida

100

Figura 4.27 Efecto de la fracción de volumen de gas sobre el flujo másico de líquido

102

Figura 4.28 Efecto de la rugosidad de la tubería sobre el contenido de líquido

104

Figura 4.29 Efecto de la rugosidad de la tubería sobre la masa de parafina depositada

105

Figura 4.30 Efecto de la rugosidad de la tubería sobre la masa de parafina removida

107

Figura 4.31 Efecto de la rugosidad de la tubería sobre la velocidad y posición del diablo

108

Figura 4.32 Efecto del diámetro de la tubería, del diablo y masa del diablo sobre el flujo másico

110

Figura 4.33 Efecto del diámetro de la tubería, del diablo y masa del diablo sobre el líquido contenido en la tubería

111

Figura 4.34 Efecto del diámetro de la tubería, del diablo y masa del diablo sobre la fracción de líquido contenido en la tubería

112

Figura 4.35 Efecto del diámetro de la tubería, del diablo y masa del diablo sobre la velocidad y posición del diablo

114

Figura 4.36 Efecto del tipo de diablo sobre el contenido total de líquido

116

Figura 4.37 Efecto del tipo de diablo sobre el volumen de líquido 117

Figura 4.38 Efecto del tipo de diablo sobre la masa de parafina removida

118

Figura 4.39 Efecto del tipo de diablo sobre la velocidad del sistema 118

Figura 4.40 Efecto de la presencia de parafina sobre el flujo másico de líquido

120

Figura 4.41 Efecto de la presencia de parafina sobre la fracción de volumen de líquido

121

Figura 4.42 Efecto de la presencia de parafina sobre la fracción de volumen de líquido

122

Figura 4.43 Efecto de la presencia de parafina sobre la velocidad y la posición del diablo

123

142

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