17Revista Fuentes: El Reventn EnergticoVol. 8 N 1 de 2010 -
Ene/Jun- 17-28OPTIMIZACIN DEL TRANSPORTE POR OLEODUCTO DE CRUDO
PESADO CASTILLA Csar Augusto Garca1, Omar Cceres Rodrguez2, Fabio
Enrique Hernndez2, Luz Edelmira Afanador2, Lilia Rodrguez2, Pedro
Alfonso Casallas3, Guillermo Cruz4RESUMENDebido al incremento de
las reservas y produccin de sus crudos de la cuenca Llanos en el
oriente Colombiano, y a la declinacin en la produccin de los crudos
livianos utilizados tradicionalmente como diluyentes, y como
resultado de una evaluacin integral tcnica y econmica, Ecopetrol S.
A. decidi implementar un esquema de transporte por oleoducto
diluyendo los crudos pesados con Nafta.Utilizando las ecuaciones
bsicas de fujo de fuidos, se desarroll una metodologa que permite
estimar el mximo caudal de fuido para un oleoducto particular. Esta
herramienta fue utilizada para determinar el rgimen de fuido en el
cual el crudo viscoso Castilla puede fuir en rgimen laminar bajo
las mismas condiciones de cada de presin y caudal que un fuido de
baja viscosidad fuyendo en fujo turbulento. De esta manera, los
requerimientos de Nafta diluyente fueron minimizados. El uso de
este algoritmo, basado en la ecuacin explcita de Churchill y Usagi
para la estimacin del coefciente de friccin, permiti determinar que
la viscosidad ptima para la mezcla de crudo Castilla y Nafta estaba
en los alrededores de 300 cS a 30C para el oleducto Apiay Porvenir,
el principal cuello de botella en el sistema de evacuacin de crudos
pesados de la cuenca Llanos. La evaluacin tambin incluy el
desarrollo e implementacin de un esquema que permiti el transporte
segregado de los crudos livianos de Ecopetrol.La implementacin
oportuna de este esquema de transporte segregado del crudo pesado
Castilla utilizando Nafta como dluyente permiti que Ecopetrol fuera
capaz de incrementar la produccin de este crudo de 40 a 75 mil
barriles por da (KBPD) en un perodo de 5 aos. Las exportaciones del
Castilla blend promediaron 2.5 millones de barriles por mes en el
2008, convirtindose en el primer producto de exportacin de
Colombia.PalabrasClaves:CrudoPesado,Dilucin,Oleoductos,Nafta,Segregacin,Baches,Hidrulicadeoleoductos,
Comportamiento reolgico.ABSTRACTDue to the increase in reserves and
production of heavy crude oil in Colombias Llanos basin, and the
decline of production of light conventional crude oil used
traditionally as diluents, and as result of a comprehensive
technical - economic evaluation, ECOPETROL S.A decided to implement
a scheme of heavy oil transport by pipeline, using naphtha as
diluent.By using the basic equation of fow of fuids, a methodology
to estimate the maximum fow rate of transport of a particular
pipeline for a specifc fuid was developed. This tool was used to
determine the fow regime in which the Castilla viscous crude oil
can fow in laminar regime under the same conditions of pressure
drop and fow rate than a low viscosity fuid
fowinginturbulentfow.Thisway,thenaphtharequirementwasminimized.Byusingthisalgorithm,basedinthe
explicit equation of Churchill and Usagi for the estimation of
friction coeffcient, the optimum viscosity for the Castilla oil
naphtha blend was found to be close to 300 cSt at 30C for the Apiay
- Porvenir pipeline, the mail bottleneck in
EcopetrolpipelineinfrastructurefortheevacuationofheavyoilfromColombiasLlanosbasin.Theevaluationalso
included the development and implementation of scheme of
segregation of heavy and light crude oil.
TheopportuneimplementationofthesegregatedschemeofhandlingandtransportofCastillacrudeoildilutedwith
naphtha ECOPETROL was able to increase Castilla crude oil
production from 40 to 75 thousand barrels of oil per day (KBPD) in
a 5 year span. The exports of Castilla blend average 2.5 million
barrels per month during 2008, becoming Colombias main exportation
product.Keywords: Heavy crude oil, Dilution, pipeline , Naphta,
Segregation, Pipeline hydraulics, rheological behaviour.1.
Ecopetrol S.A Instituto Colombiano Del Petrleo. Bucaramanga.
Colombia. e-mail: [email protected]. Ecopetrol S.A
Instituto Colombiano del Petrleo. Bucaramanga. Colombia3. Ecopetrol
S.A Superintendencia de Operaciones. Apiay. Villavicencio.
Colombia4. Ecopetrol S.A Vicepresidencia de Transporte. Bogot.
Cundinamarca. ColombiaREVISTA FUENTES, El Reventn EnergticoVol. 8 N
118INTRODUCCIN Ante la marcada declinacin de las reservas
petrolferas colombianas y teniendo en cuenta los altos precios del
crudo a nivel mundial registrados en estos ltimos aos,
laEmpresaColombianadePetrleosECOPETROL
S.A.haplanteadotresestrategiasparamantenerla
autosufcienciapetroleradelpas:incrementarel
factorderecobroencamposmaduros,aprovecharlos campos descubiertos no
desarrollados y, especialmente,
desarrollarloscrudospesados.Comoresultadode
estaestrategia,Colombiahalogradoprolongarsu
autosufcienciaenvariosaos,monetizandoalmismo
tiempolasconsiderablesreservasdecrudospesados
existentesenelpas.LadecisindeECOPETROLse enmarca en el desarrollo
del negocio de crudos pesados,
unadelasprincipalesactividadescontempladasensu
planestratgicoparalosprximosaos,quebusca
alcanzarunaproduccinde1millndebarriles equivalentes de petrleo en
el 2015.Comoelementofundamentaldeestaestrategia, ECOPETROL S.A.
estructur e implement un proyecto
dedesarrolloincrementaldelcampoCastilla(crudode 12.2 API), en donde
ha logrado incrementar la produccin de crudo desde valores de 20
mil barriles por da (KBPD) en el ao 2000, a niveles de 75 KBPD en
el 2009.El aprovechamiento de estas reservas de crudos pesados
trajoconsigolanecesidaddeenfrentarunaseriede retos en las
diferentes etapas de produccin, transporte,
refnacinycomercializacin(Bastosetal.,2007y Cceres, Guarn &
Hernndez, 2008).En el caso particular del transporte, la alta
viscosidad de loscrudos,lasgrandesdistanciasentreloscamposde
produccinylossitiosdeaprovechamiento(refneras y puertos de
exportacin) y la necesidad de asegurar la
calidaddecrudoslivianoscomoeldeCusiana,quese transportan por la
misma red de oleoductos, plantearon
retostecnolgicosimportantesqueexigieronde acciones innovativas.
Despusdeevaluardiferentesalternativas,Ecopetrol
S.A.determinqueelesquemaptimodetransporte
delcrudoCastilladesdeelsitiodeproduccinenlos
LlanosOrientalesColombianoshastalarefnerade Barrancabermeja y el
puerto de exportacin de Coveas era la dilucin con Nafta.
Igualmente, para poder evacuar
estecrudopesadosinafectarlasmezclasdeotros
crudoslivianoseintermediosqueproduceColombia,
sediseeimplementunesquemadetransporteen
bachesseparadosdondesetransportanlamezclade
bajaviscosidaddelosllanosjuntoalamezcladealta viscosidad de crudo
Castilla y Nafta (Castilla Blend). La opcin ms rentable fue la
mezcla con Nafta, lo que ha posibilitado la exportacin del crudo
Castilla Blend, resolviendoeltemadeltransportequeseconstitua como
el mayor obstculo para poder trasladar el crudo pesado Castilla por
oleoducto, atravesando la cordillera de los Andes, hasta llegar al
puerto caribeo de Coveas (Cceres et al., 2008).En el presente
artculo se muestra cmo se determinaron
lascondicionesfuidodinmicasptimasparael transporte de la mezcla
Castilla a travs del tramo Apiay-Porvenir, el cual se constitua en
el principal cuello de botellaeneltransportedelcrudodesdeelcampode
produccinhastalospuntosdeaprovechamientoy comercializacin (Ocensa
& Embridge, 2004). MARCO TEORICO flujo de fluidos en
tuberaSeasumeunfuidomonofsico,newtonianoe incompresible, de
densidad y viscosidad , que fuye a un caudal Q a travs de una
tubera de dimetro d, desde el punto 1 al punto 2, tal como se
ilustra en la fgura 1.Figura 1.Flujo de fuidos en tubera.El
gradiente de presin interna del fuido est defnido
como(Bird,Steward&Lightfoot,1960yBoger& Halmos, 1991):LPP =
(1)Elgradientedepresintotalestdefnidocomola suma de: 1) el
gradiente de presin por gravedad, 2) el
gradientedepresinporfricciny3)elgradientede presin por
aceleracin.19Optimizacin del transporte por oleoducto del crudo
pesado castilla((
++ =n Aceleraci Friccin Gravedad LPLPLPLP (2)El componente de
aceleracin es muy pequeo a menos
queexistaunafasealtamentecompresibleabajas presiones. Por lo tanto,
el gradiente de presin en el caso de oleoductos y en unidades de
campo es:((
+ =MfdQLHLP52265521422 . 1 (3)Donde es la Presin interna en
libras por pulgada cuadrada (PSI) es la densidad del crudo en
gramos por mililitroL es Longitud de la tubera en metros
corresponde a la Altura de la tubera en metrosQ es el Caudal de
fuido en Barriles por da (BPD)d es el Dimetro interno de la tubera
en pulgadas fM es el factor adimensional de friccin de
MoodyLarelacindeconlagravedad APIestdadaporla siguiente
expresin:API +=5 , 1315 , 141 (4)Los deltas de presin, longitud y
altura estn defnidos a partir de la fgura 1 as:1 2 P P P = (5)1 2 L
L L = (6)1 2 H H H = (7)Elfactordefriccindependedelrgimendefujoy
larugosidaddelatuberaK.Sielfujoeslaminar,el factor de friccin es
funcin nicamente del nmero de Reynolds (Re), y es igual a 64/Re.
Para fujo turbulento, elfactordefriccinesfuncintantodelarugosidad
(K), como del nmero de Reynolds. A altos valores de
Re,elfactordefriccinesfuncinnicamentedela
rugosidad.Estecomportamientodelfactordefriccin se puede ver en el
Diagrama de Moody (Fig. 2) (Bird et al., 1960 y Churchill,
1977).ElnmerodeReynoldsesunparmetroadimensional
querelacionalasfuerzasdeinerciaconlasfuerzas
viscosas.Enmecnicadefuidos,seleconocecomo
factordeescala,puesrelacionaeltamaoyvelocidad del sistema con
propiedades fsicas del fuido (Boger & Halmos, 1991). Para
fuidos newtonianos, el nmero de Reynolds en unidades de campo est
defnido como: dQ26 , 92 Re = (8)Donde: , es la viscosidad del
fuido, cStFigura 2. Carta de Moody, factor de friccin en funcin de
Nmero de Reynolds.REVISTA FUENTES, El Reventn EnergticoVol. 8 N
120ClCulo explCito del faCtor de
friCCinParafujoturbulentoexisteunaseriedeecuaciones
implcitasquereemplazanelmtodogrfcopara
determinarelfactordefriccin.Conelfndeeliminar
elprocesoiterativoparaelclculodelfactordefriccin y simplifcar los
clculos de fujo de fuidos, Churchill & Usagi (1972)
desarrollaron la siguiente ecuacin explcita que permite extender el
clculo del factor de friccin para los regmenes de fujo laminar y
turbulento (Churchill & Usagi, 1972, Churchill, 1977 y CRANE,
1988).( )1215 . 11288(((
+ + |.|
\| =B ARefM (9)Donde los factores A y B corresponden a las
siguientes expresiones:169 , 027 , 071457 , 2((((((
|||||.|
\||.|
\|+ |.|
\|=dkReLn A (9a)1637530|.|
\|=ReB
Una vez calculado el factor de friccin se puede proceder a
calcular el gradiente de presin y el perfl de presiones a lo largo
de cualquier lnea de fujo utilizando la ecuacin 3.presin mxima de
operaCin Unodelosparmetrosquelimitalacapacidaddeun
OleoductoessuPresinMximadeOperacin(PMO)
(King&Crockes,1973).LaPMOesigualalaPresin
MximadeDiseo(PMD)multiplicadaporelfactorde
servicio(FS)(paralasevaluacionesdeestetrabajose defni un factor de
servicio de 90%):FS PMD PMO =
(10)LaPMDsedeterminautilizandolaecuacindeBarlow (King &
Crockes, 1973)DeS PMD = 2(11)Donde: e es el Espesor de la tubera en
pulgadasD es el Dimetro externo de la tubera en
pulgadasSeselMximoesfuerzopermisibleenlapareddela tubera en libras
por pulgada cuadrada (psi) y corresponde al 72% delEsfuerzo de
Cedencia (EC) del material en psi (King & Crockes, 1973):EC S =
72 . 0(12)CapaCidad mxima de transporteLa capacidad mxima de
transporte de los oleoductos est defnida como el caudal mximo de
fuido de una densidad yviscosidaddadaquepuedetransportarse,sinquela
presin interna sobrepase la presin mxima de operacin
(PMO)enningnpuntoalolargodelatubera.Esta variable se determina
haciendo uso de la teora de fujo de fuidos por tubera.Adems de
esto, se debe tener en cuenta la capacidad de
launidaddebombeo,lacualdependedelapotenciadel motor y el tipo y
efciencia de la bomba de despacho. Las estacionesdebombeo
ApiayyMonterreydeloleoducto ApiayElPorvenirpuedengenerarunapresinde
descarga hasta de 2.000 psi.ClCulo del perfil de temperaturaPara el
clculo de las propiedades de los fuidos a lo largo
delalneadefujo,serequiereelperfldetemperatura. Al mismo tiempo los
perfles de temperatura y de presin dependen de las propiedades de
los fuidos; por lo tanto es necesario un proceso iterativo para la
solucin del sistema.Paraacoplarlapresinylasprdidasdecalorsuele
utilizarseunalgoritmoparaelclculorigurosodel
comportamientofuidodinmicoenunatubera.Es
necesariaunasoluciniterativa,yaqueelcoefciente global de
transferencia de calor y el cambio de entalpia
dependendelapresin.Perosisedeterminanalgunos
coefcientespromedio,sepuedecalcularunperflde
temperaturaaproximadoindependientedelosclculo de las prdidas de
presin (Beggs, 1991). Laecuacinparaelclculodelatemperaturacomo
funcin de la localizacin L, es derivada por Ramey y es escrita
como:(13)DondeTL es la temperatura en la posicin L TS es la
temperatura de entrada (L=0)A es la distancia de relajacin defnida
como:21Optimizacin del transporte por oleoducto del crudo pesado
castillaDUWCAP=(14)w, es el fujo msicoCP es el calor especfco del
fuidoD es el dimetro de la tuberaU es el coefciente global de
transferencia de calorClCulo de la visCosidad de mezCla de
hidroCarburosParadeterminarlaviscosidaddeunamezclade hidrocarburos,
como el caso de crudo Castilla y Nafta, suele utilizarse la ecuacin
de Refutas, donde se defne unndicedeviscosidad(VBNViscosityBlending
Number) de los componentes (Al-Besharah, Akashah &
Mumford,1989):|| ( ) 8 , 0 53 5 , 14 97 5 , 10;+ + =cS t i iLN LN
VB N (15)DondeelVBNylaviscosidaddelamezclaestn defnidos como:( ) =i
i MW VBN VBN(15a)8 , 0534 , 14975 , 10||.|
\||.|
\| =MMVBNEXP EXP (15b)Wi eslafraccinmsicadeloscomponentesdela
mezcla.DESARROLLO EXPERIMENTAL Y
METODOLOGAAlutilizarNaftacomodiluyenteparaviabilizarel
transportedecrudospesadosporoleoducto,sehace
necesariodeterminarelpuntoptimoenelcual,conel mnimo de Nafta en la
mezcla, se logre el mximo caudal por oleoducto. Esto era
especialmente importante para el caso colombiano, ya que la Nafta
tena que ser trasportada por ms de 700 km, desde la refnera de
Barrancabermeja hastaelcampodeproduccin.Paradeterminareste
ptimo,sehizonecesariodesarrollarunametodologa que permitiera
evaluar el mximo caudal para fuidos de diferentes viscosidades para
cada uno de los oleoductos
existentesenColombia.Laevaluacinrealizadaindic que el trayecto
crtico corresponda al oleoducto Apiay Porvenir (125 km en su mayora
de 16 pulgadas).Conelfndedeterminarlasvariablesptimasde
operacin,sedesarrollunametodologaquepermite
calcularlamximacapacidaddetransportedeun
oleoductoparafuidosdediferentesviscosidades, teniendo como base los
perfles de presin y temperatura del oleoducto.La metodologa
utilizada es la siguiente:1.El oleoducto se divide en M secciones
de longitud lo sufcientemente pequeas de manera tal que permita
promediarlascaractersticasdelfuidoydeltubo. A los puntos de unin de
las diferentes secciones se les asigna un nmero N: el nmero 1 al
inicio de la primera seccin y el nmero N al fnal de la ltima
seccin. Por lo tanto N=M+1.2.A cada punto N del oleoducto se le
asignan los valores caractersticos de la tubera: Longitud desde el
punto inicialdelatubera(L),Alturadereferencia(H), Dimetro Externo
(D), Dimetro Interno (d), Espesor (e), Rugosidad (k) y Esfuerzo de
Cedencia (EC).3.Se determina la presin mxima de operacin PMO para
cada seccin de la tubera utilizando la ecuacin de Barlow, Ecuacin
11.4.SeingresalaTemperaturaAmbiente(Ts)decada
puntodelatubera.Latemperaturaambientede
cadaseccinsepuedecalcularcomoelpromedio
delastemperaturasambientedesupuntoinicialy fnal. Igualmente se
ingresa el coefciente global de
transferenciadelatubera(U)encadaunodelos puntos del oleoducto. 5.Se
ingresa el caudal del fuido (Q) fscalizado en el despacho a la
temperatura inicial del oleoducto (T1).
Secalculaelperfldetemperaturahaciaadelante hasta la temperatura
fnal del oleoducto (TN).6.Con base en la presin de recibo al fnal
del oleoducto (PN), se genera el perfl de presin hacia atrs hasta
estimar la presin inicial del oleoducto
(P1).7.Seestableceelperfldetemperaturaalolargodel
oleoducto(puntos1aN).Asumiendounvalorde temperatura del fuido para
el punto 2 (T2), se calcula la temperatura de la seccin 1 como el
promedio de su temperatura inicial (T1) y fnal (T2), se estima la
densidad () y la capacidad calorfca (Cp) del fuido a la temperatura
de la seccin 1. Con esa informacin
sedeterminaelfujomsico(W)yladistanciade relajacin (A) a lo largo de
la seccin 1.REVISTA FUENTES, El Reventn EnergticoVol. 8 N
1228.Seevalalatemperaturadelfuidoparaelpunto
2(T2).SielvalorasumidoyelvalorT2calculado
cumpleconunatoleranciapreestablecida,se
adelantaelclculodelatemperaturadelos
siguientespuntosysecciones.Sinocumpleconla tolerancia especifcada,
se repite el proceso tomando como valor de partida el ltimo
calculado.9.Se calcula la viscosidad del fuido () en funcin de la
temperatura correspondiente a cada seccin.10.
SeevalaelnmerodeReynolds(Re)encada seccin.11.
Secalculaelfactordefriccin(fM),seestimanlos deltas de longitud y
altura (L y H) y se evala el delta de presin (P) para cada una de
las secciones en que se dividi el oleoducto.12. Se calcula el perfl
de presin de los puntos N a 1. 13. Se determina el caudal mximo o
capacidad mxima detransportedefuidoatravsdeloleoducto asegurndose
que la presin (P) no supere la presin mxima de operacin (PMO).
Tambin se debe tener en cuenta que la presin inicial del oleoducto
(P1) no superelapresinmximaalcanzableporlaunidad de bombeo. El
clculo de la esta capacidad mxima se determina de manera
iterativa.Figura 3. Perfl de la red de oleoductos que permiten
evacuar la produccin de crudos pesados del campo
Castilla.23Optimizacin del transporte por oleoducto del crudo
pesado castillaRESULTADOS Y DISCUSINSISTEMA DE EVACUACIN DE CRUDO
PESADOS DESDE EL CAMPO CASTILLA HASTA LA REFINERA O PUERTO DE
EXPORTACINParalaevacuacindeloscrudosdelreadelosLlanos, ECOPETROL
cuenta con los siguientes oleoductos:Oleoducto Castilla Apiay que
se extiende por 43,6 kilmetrosentrelaestacindeTransferenciade
Castilla (ETC) y la estacin de Apiay.
OleoductoApiayElPorvenir,queseextiende por125,5kilmetrosentre
Apiayylaestacindel Porvenir, en el Piedemonte
Colombiano.EloleoductoCentraldelosLlanos(OCENSA),que atravieza la
rama oriental de la cordillera de los Andes,
aunaalturacercanaalos3000msnm,conectanto
laestacindeElPorvenirconVasconia,sitioen donde se determina la ruta
de los crudos: refnera de Barrancabermeja o puerto de exportacin de
Coveas. Este oleoducto se constituye en la columna vertebral de la
evacuacin de la totalidad de los crudos producidos
enlosllanos,yaquetienequetransportar,enforma segregada, las
diferentes mezclas de exportacin o de carga a las refneras
colombianas.El esquema de la red de oleoductos que permite evacuar
los crudos pesados del campo Castilla, as como laaltimetra
delsistemadetransporte(perfltopogrfco),semuestra en la fgura
3.CapaCidad de transporte del oleoduCto apiay-porvenir
Comosemencion,laevaluacinrealizadapor Ecopetrol S.A.result en
queelcuello debotella para la evacuacin de los escenarios de
produccin de crudos pesados se centr en el oleoducto Apiay
Porvenir. Este oleoducto se extiende por 125,5 kilmetros entre
Apiay y laestacindelPorvenir,enelPiedemonteColombiano. Cuenta con
una estacin de rebombeo en el km. 119,1, la estacin Monterrey, con
el objeto de facilitar el ascenso del crudo hasta el Porvenir (de
420 a 1132 metros sobre el nivel del mar) de 6.4 Km. El dimetro del
primer tramo, ApiayMonterrey, es en su mayora, de 16 pulgadas. El
dimetro Monterrey-Porveniresde12pulgadas.Latopografade este
oleoducto se muestra en la fgura
3.Paralaoptimizacindelesquemaoperativodel
oleoductoApiayElPorvenir,dondesebuscaba
maximizareltransportedeCrudoyminimizareluso
deNafta,secalculelcaudalmximoenfuncinde
laviscosidadydensidaddelcrudoconlassiguientes
consideraciones:Seconsideroperacinisotrmicadeloleoducto,
asumiendoquelatemperaturadelfuidoentodo
eloleoductoerade86F,consideradaqueesla
mnimatemperaturaalcanzablealascondiciones
normalesdeoperacin.Estopermiteteneren
cuentalasparadasdefujodeloleoducto,cuando
latemperaturadelfuidocaedeunos112Fala salida en Apiay, a valores
cercanos a la temperatura
ambiente.Porlotantolaviscosidadyladensidad
delcrudoutilizadasenelclculodelacapacidad mxima estn referenciadas
a 86F.Eltamaodelasseccionesenlasquesedividi
eloleoductocorrespondieronalperfltopogrfco disponible, con
secciones de unos 3 km de longitud comopromedio.
Yaquenoserealizarunclculo delperfldetemperatura,dondeserequiere
unadivisinmspequeaparadeterminarlas propiedades del fuido, esta
consideracin no afecta signifcativamentelosclculosdeprdidasde
presin. Porconsideracionesoperativas,lapresinde descarga de la
unidad de bombeo en Apiay no poda
superar1850psi.Delamismamanera,lapresin
dereciboenMonterreyyElPorvenirdebeserde mnimo 100 psi.Los valores
de entrada para las corridas hidrulicas son la Densidad y la
Viscosidad del fuido. Se obtiene
comoresultadounCaudalMximo,conelcualla
presindelfuidonosuperanilapresinmxima de operacin del oleoducto, ni
la presin mxima de descarga de la unidad de bombeo.Los resultados
se muestran en la fgura 4REVISTA FUENTES, El Reventn EnergticoVol.
8 N 124Losresultadosparaunamezclade18APImuestran
uncaudalmnimode84KBOPDparaunaviscosidad cercana a 165 cP y un
caudal mximo de 100 KBOPD
paraunaviscosidadde275cPaproximadamente.La
existenciadeestosvaloreslocalessepuedeexplicar
debidoalcambiodergimendefujoenlamedidaen
queseincrementalaviscosidaddelamezcla.Loque
indicanlosresultadosesquesetienefujoturbulento
silamezcladecrudosepreparaconunaviscosidad inferior a 165 cp, para
todos los valores de densidad API
evaluados.Estoimplicaunaltoconsumodediluyente para la preparacin de
mezclas Castilla con Nafta. Por
otraparteelfujoeslaminarsilamezcladecrudose
preparaconmsde275cpparatodoslosvaloresde densidad API evaluados, lo
que requiere menor consumo de Nafta. La zona intermedia en el rango
de viscosidad entre 165 y 275 cp, corresponde al rgimen de fujo de
transicin, el cual se caracteriza por ser inestable.
Sinembargo,laprincipalobservacindelosresultados expuestos en la
fgura 4, es que se pueden defnir pares de viscosidad, una baja y
otra alta, donde se tiene la misma capacidaddetransporte.
Asporejemplo,uncrudocon 275 cpde viscosidad se puede transportar
con el mismo caudal que un crudo de 60 cp, esto es a 100 KBOPD.
Acontinuacinsedescribecomoestosresultados permitieron tomar
decisiones innovadoras con el fn de
maximizarlaproduccindecrudoCastillareduciendo los requerimientos de
Nafta.Hastamediadosdelao2005,latotalidaddecrudo Castilla era
evacuado del campo en una mezcla con los otros crudos del rea, como
son Apiay y Chichimene, en la llamada mezcla Llanos (23API). Sin
embargo, en la medida en que el desarrollo del campo Castilla
permiti obtenervolmenesincrementalesdelcrudopesado
Castilla,paralelaaladeclinacindelosotroscampos, la preparacin de
esta mezcla se hizo insostenible, tanto por el incremento en
viscosidad como por reduccin en lagravedad
APIdelamezcla.Enlatabla1semuestra
unaproyeccinquepermitevisualizarelretoalquese enfrent ECOPETROL
S.A. cuando decidi maximizar la produccin de sus crudos pesados en
los llanos orientales.Figura 4. Capacidad Mxima de transporte del
Oleoducto Apiay El Porvenir.25Optimizacin del transporte por
oleoducto del crudo pesado castillaTabla 1.Comportamiento
proyectado de la mezcla llanos entre los aos 2004 2006.AO 2004 2005
2006Caudal de Crudo Castilla15 KBOPD (13,5 API)40 KBOPD (13 API)60
KBOPD (12API)Caudal de Crudo Mezcla Apiay/Chichimene32 KBOPD(24,5
API)28 KBOPD(24,5 API)23 KBOPD(24,5 API)Caudal de Crudo Llanos47
KBOPD68 KBOPD83 KBOPDDensidad Crudo Llanos21API 18API 15APINafta
para ajuste de Mezcla Llanos en 23API3 KBPD12 KBPD22 KBPDTotal
Mezcla Llanos50 KBOPD80 KBOPD105 KBOPDLa tabla 1 muestra que la
produccin del crudo Llanos prcticamente se duplicara entre los aos
2004 y 2006, y que su densidad API caera de 21 a 15API, esto debido
a la produccin incremental de crudo pesado Castilla.Incluso este
crudo sera cada vez ms pesado, ya que su masifcacin vendra del rea
Norte del campo, la cual ha mostrado crudos con densidad API
menores de 12.Estadinmicadeproduccindeloscrudosdelos Llanos,
requerira aumentar la cantidad de Nafta de unos 3 KBPD a 22 KBPD,
para ajustar la mezcla Llanos en
23API,antesdeenviarlaaloleoducto.Porotraparte, un crudo de 23API,
tiene entre 50 y 70 cp de viscosidad a 86F y, de acuerdo a la fgura
4, el caudal de este crudo por el oleoducto Apiay El Porvenir no
debe superar los 104 KBOPD, lo que es menor que la cantidad de
Mezcla Llanos para el ao 2006 de 105 KBOPD. As que el reto
planteado por el incremento de la produccin de crudo pesado estaba
dirigido a la disponibilidad de diluyente y a la capacidad del
oleoducto Apiay El
Porvenir.Inicialmenteseevalutcnicayeconmicamentela opcin de bajar
la cota de densidad para la mezcla Llanos de 23API. El resultado
mostr que se podra reducir este
valorhasta21API.Conestadecisinselograrabajar
losrequerimientosdeNaftade22a16KBPD.Ahora
bien,uncrudode21APItieneentre110y130cpde viscosidad a 86F y, de
acuerdo a la fgura 4 no se podra
transportarmsde89KBOPD,loqueseraunos10 KBOPD menos de la cantidad
requerida. Por lo tanto esta
decisinaliviaralaproblemticadeladisponibilidad de diluyente, ms no
la del transporte.Por lo tanto se plante la formacin de una nueva
mezcla compuesta con la mayora de crudo Castilla de 12API
yNafta,conunaviscosidadmayoraladelamezcla Llanos, de modo que se
pudiera transportar de manera
segregadaalamismaratadefujo.LamezclaCastilla
seratransportadaenrgimenlaminarmientrasquela mezcla Llanos sera
transportada en rgimen turbulento.De acuerdo a la fgura 4, se podra
manejar de manera segregada un crudo de 275 cp y uno de 60 cp a un
mismo fujo mximo de 100 KBOPD por el oleoducto Apiay El Porvenir.
Por lo tanto se determin el requerimiento de Nafta para reducir la
viscosidad del crudo Castilla a valores cercanos a los 275 cp. En
la fgura 5 se muestran las mediciones de viscosidad
delasmezclasdecrudoCastillacondiferentes
proporcionesdeNaftavirgen,realizadasenel Laboratorio de Fenmenos
Interfaciales y Reologa del Instutito Colombiano del Petrleo. Los
datos se reportan a86F;puedeapreciarsequelaviscosidaddelcrudo
Castilla,queoriginalmenteescercanaa8.000cSta 30C, se reduce
drsticamente con ligeros incrementos en el volumen de Nafta
diluyente. La cantidad de Nafta requerida para obtener una
viscosidad cercana a los 275 cp (290 cSt) en el bache pesado
Castilla, es de aproximadamente 18%vol, segn la anterior fgura.
Porlotanto,lasolucinalretoplanteadoparala
produccinincrementaldelcrudoCastillaparaelao
2006seralasegregacindelcrudoCastilladiluido
conNaftaaunaviscosidadcercanaalos300cSt.
Lasiguientetablamuestraelimpactoquetuvoesta decisin en el
requerimiento de Nafta y en la capacidad de transporte del
oleoducto Apiay El Porvenir.Tabla 2. Segregacin de Crudo
CastillaCrudosMezcla Llanos60 cSt 23 APIMezcla Castilla 300 cSt 18
APICaudal de Crudo Castilla2 KBOPD 58 KBOPDCaudal de Crudo Mezcla
Apiay/Chichimene23 KBOPD 0 KBOPDCaudal de Crudo 25 KBOPD 58
KBOPDDensidad Crudo 23 API 12 APINafta para ajuste de Mezcla 0 KBPD
11 KBOPDTotal Mezcla25 KBOPD 69 KBOPDREVISTA FUENTES, El Reventn
EnergticoVol. 8 N 126Figura 5. Curva reolgica de la mezcla de crudo
Castilla con Nafta virgen, segn informacin del laboratorio de
Reologa y Fenmenos Interfaciales del ICPFigura 6. Evolucin de la
viscosidad de la mezcla Castilla transportada por el
oleoducto.27Optimizacin del transporte por oleoducto del crudo
pesado castillaDeacuerdoalatablaanteriorsetransportaran94
KBOPDtotalesdecrudoendosbaches,unopesado denominado mezcla Castilla
y otro liviano denominado
mezclaLlanosoApiay.Estecaudaltotalesmenora
los100KBOPDdecapacidadmximadeloleoducto para transportar estas
mezclas (ver fg. 4). Por lo tanto
sepodramanejarotros5KBOPDdecrudoCastilla diluido con otros 1 KBPD
de Nafta. Adems de esto el requerimiento de Nafta se redujo en un
50% al planteado por el reto 2006 (comprese con la tabla 1)
Laimplementacindeestarecomendacinsehizo
gradualmente,evaluandocuidadosamentelosdiferentes
factoresdelaoperacin.Elajustedelaviscosidadde
lamezclaCastillaenlaEstacindeBombeoApiay
(EBA)serealizdemaneraprogresivaencuatrofases
paraalcanzar300cSt.Conayudadelaecuacin15se determinaron los
volmenes de crudo Castilla y diluyente
asermezcladosenlaestacin.Luegoderealizadala mezcla, se midi la
viscosidad real de la mezcla y se hace el ajuste necesario. Un
seguimiento de las mediciones de viscosidad de la mezcla Castilla
se muestran en la fgura
6.ActualmenteeloleoductoApiayPorvenirtransporta una mezcla Castilla
con viscosidad promedio de 295 cSt y una gravead API de
18,2.CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONESSeestableciunametodologaquepermiteestimarla
capacidadmximadetransportedelosoleoductosen
funcindelaviscosidadyladensidaddelasmezclas. Esta herramienta
permite defnir el escenario donde un crudo de alta viscosidad fuye
en rgimen laminar bajo lasmismascondicionesdecadadepresinycaudal
queunfuidodebajaviscosidadenrgimendefujo turbulento. De esta
manera, se optimiza el consumo de Nafta diluyente.Con base en la
determinacin de la capacidad mxima de los oleoductos, se determin
la viscosidad ptima de la mezcla Castilla, donde se maximiza el
transporte de crudo Castilla y se minimiza el requerimiento de
Nafta. SeestablecilaviscosidaddetrabajoparaelCastilla
Blenden300cSta30C,comolaapropiadaparael transporte por la
infraestructura existente. Con la implementacin oportuna del
sistema segregado demanejoytransportedecrudoCastilladiluidocon
Nafta se logr:1.Maximizarlautilizacindelainfraestructura
existenteparaelmanejosegregadodecrudos
pesadossinafectarlacalidaddelosotroscrudos
transportados.2.Demostrarlaviabilidaddemanejarporoleoductos
bachesdecrudosenregmenesdefujodiferentes (laminar y turbulento)
bajo las mismas condiciones de presin y
fujo.3.Maximizarelcrudopesadotransportadopor
oleoductosconlosmnimosrequerimientosde diluyente
(Nafta).4.Viabilizarlaproduccinincrementaldecrudo Castilla, de 40 a
ms de 60 KBPD. 5.Establecerunesquemaparaeltransportede
crudoCastilla,elcualestsiendoimplementado actualmente para el
manejo de otros crudos pesados
delpas,comosonSanFernando,Rubialesylos crudos del Valle Medio del
Magdalena.6.RecuperarlacalidaddelamezclaVasconia,la
cualmantienesusestndaresdecalidadalser
comercializadacomouncrudoconcontenidode
azufreinferiora1%(w/w)y23APIdedensidad,
yposicionarunanuevamezclaenelmercadode Centro Amrica y el Caribe:
El Castilla Blend.7.Validarelmodelohidrulicoqueutilizauna
ecuacinexplcitaextendidaparadeterminarel factor de friccin para los
regmenes de fujo laminar yturbulento(ChurchillyUsagi)ydeterminarlas
propiedadesfuidodinmicasdelasmezclasde
crudopesado/Naftaptimasparaeltransporteen funcin de la mejor
relacin crudo/Nafta.8.Validarelmodelodemezclado(VBN)propuesto
porlaecuacindeRefutas,conlosanlisis reolgicos realizados en el
Laboratorio de Reologa yFenmenosInterfacialesdelICP,parautilizarlo
para predecir la viscosidad de las mezclas de crudos y diluciones
de crudo pesadoAGRADECIMIENTOS
Losautoresagradecenlacolaboracindelpersonalde
operacionesdelasestacionesdebombeodeCastilla,
Apiay,MonterreyyPorvenir,ascomodelpersonaldel laboratorio de
Reologa del ICP.REVISTA FUENTES, El Reventn EnergticoVol. 8 N
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