ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
Diseño Manifold Facilidades de Superficie II
Abrahan Gregorio Chele Bravo
Profesor: Msc. Romel Erazo
1. Conten tenido ! Con"enido!!!! Con"enido!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
#! In"roducci$n! In"roducci$n!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!# !!!!# %! O&'e"i(os!!! O&'e"i(os!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!# !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!# )! Nor*as + c$di,os aplica&le aplica&les!!!!!! s!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!% !!!!!!!!!!!!!% -! .losario .losario de "/r*inos!!!!! "/r*inos!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!% !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!% 0! Pla"afor*a Pla"afor*a de producci$n 12el 12elll Pad3!!!!!!!!!!!! Pad3!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!) !!!!!!!) a! Po4o!!!!!!!!! Po4o!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! &! M5l"iples o recolec"ores de en"rada!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! en"rada!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!c!
Con'un"o Con'un"o de *edici$n *edici$n 1S6id 1S6id de de *edici$ *edici$n3!!!!!! n3!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!0 !!!!!0 7! Funda*en"os Funda*en"os "e$ricos "e$ricos de diseño!!!!!!! diseño!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!7 !!!!!!!7 a!
Sis"e*a Sis"e*a *5l"iple *5l"iple 1*anifold 1*anifold33 + l8nea l8nea de "ranspor" "ranspor"e!!!!!!! e!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!7 !!!!!!!!!!7 i!
Par9*e"ros Par9*e"ros de diseño!!!!!!!! diseño!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!7 !!!!!7 &! Se,uridad!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Se,uridad!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!: !!!!: c! Diseño l8neas l8neas de producci$n!!!! producci$n!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!: !!!!!!!!!!!!: d! Diseño *anifold *anifold de producci producci$n $n + prue&a!!!! prue&a!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!: !!!!!!!!!!!!: i! Diseño ;idr9ulico!!! ;idr9ulico!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!< !!!!!!!!!!!!!!!!!!!< ii! Diseño *ec9nico!!!! *ec9nico!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!< !!!< e!
=9l(ula =9l(ula en el *anifold!!! *anifold!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!! :! Diseño de sis"e*as sis"e*as in"e,rales!!! in"e,rales!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!! a! Da"os a*&ien"ales!! a*&ien"ales!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!! &! Condiciones del fluido!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! fluido!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!# !!!# c!
Condiciones Condiciones de flu'o!!!!! flu'o!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!) !!!!!!!!!!!!!!) i! Tipo Tipo de flu'o!!!!!!! flu'o!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!) !!!!!!!!!!!!!!!) ii! >idros"9"ica! >idros"9"ica!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!) !!!!!) iii! =elocidad elocidad de erosi$n!!!!!!! erosi$n!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!-
i(! i(! ?reas ?reas de ins"al ins"alaci aci$n $n de *anifol *anifold!!! d!!!!!! !!!!!!! !!!!!!! !!!!!! !!!!!!! !!!!!!! !!!!!!! !!!!!!! !!!!!! !!!!!!! !!!!!!! !!!!!! !!!!!!! !!!!!!! !!!!!! !!!!!!!! !!!!!!!!!! !!!!!!!!!! !!!!!!!!!! !!!!!!!!!! !!!!!!!!!d! Diseño *ec9nico!!!! *ec9nico!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!< !!!!!!!!<
2. ntrod!cci"n
Los *5l"iples de producci$n + de prue&a se u"ili4an para recolec"ar la producci$n de (arios po4os a una plan"a cen"rali4ada donde los po4os se pueden ser colocados indi(idual*en"e en producci$n +o prue&a! Pueden ser operados *anual*en"e o au"o*9"ica*en"e con (9l(ulas + con con"adores de "ie*po au"o*9"icos! Los *5l"iples de la producci$n + prue&a pueden ser diseñados para los ,rados ANSI + API para (arias presiones + (arios "a*años de "u&os! Las es"ran,ulaciones pueden ser incluidas para la reducci$n de la presi$n las cuales pueden ser fi'as o a'us"a&les ade*9s de *anuales o au"o*a"i4adas! O"ras ins"ru*en"aciones + con"roles se pueden proporcionar con las especificaciones del clien"e! El *5l"iple facili"a el *ane'o de la producci$n "o"al de los po4os Bue ;a de pasar por los separadores co*o "a*&i/n el aisla*ien"o de po4os para prue&as indi(iduales de producci$n! Por *edio de las in"erconeiones del sis"e*a + la disposici$n apropiada de (9l(ulas se facili"a la dis"ri&uci$n el *ane'o + el con"rol del flu'o de los po4os! En es"e docu*en"o se de"er*inar9n las &ases + cri"erios de diseño para el desarrollo de un *5l"iple de producci$n Bue recolec"ar9 la producci$n de ) po4os pe"roleros con "asas de producci$n (aria&les en el ran,o de %@@ a <@@ &lsd8a de fluido "o*ando en cuen"a las carac"er8s"icas cli*a"ol$,icas re,ulaciones a*&ien"ales nor*as in"ernacionales + "ecnolo,8a aplicada por las di(ersas operadoras nacionales + *ul"inacionales Bue ac"ual*en"e se encuen"ran operando den"ro de "erri"orio ecua"oriano!
%! #b$etivos
• • •
Definir las funciones + propiedades del recolec"or de en"rada 1*anifold3! Iden"ificar los fac"ores Bue afec"an al diseño de un *anifold! Eplicar un diseño &9sico de un *anifold para recolec"ar el flu'o desde ) po4os!
%. &ormas ' c"digos a(licables
Se aplican las *9s recien"es ediciones de las nor*as ,u8as c$di,os + especificaciones aplica&les de los si,uien"es or,anis*os o e*presas
Ins"ru*en" Socie"+ of A*erica 1ISA3 A*erican Pe"roleu* Ins"i"u"e 1API3 A*erican Na"ional S"andards Ins"i"u"e 1ANSI3 A*erican Socie"+ of Mec;anical En,ineers 1ASME3 A*erican Socie"+ for Tes"in, Ma"erials 1ASTM3 In"erna"ional S"andards Or,ani4a"ion 1ISO3 Na"ional Fire Pro"ec"ion Associa"ion 1NFPA3 Ins"i"u"e of Elec"rical and Elec"ronic En,ineers 1IEEE3 Na"ional Elec"rical Manufac"ures Associa"ion 1NEMA3 A*erican Ins"i"u"e of S"eel Cons"ruc"ion 1AISC3 A*erican 2a"er 2or6s Associa"ion 1A22A3 Unifor* uildin, Code 1UC3 Na"ional Associa"ion of Corrosion En,ineers 1NACE3 Or,ani4a"ion of Safe"+ and >eal"; A*erican 1OS>A3
). Glosario de t*rminos
Qo caudal de pe"r$leo 1arriles por d8a3
Qg caudal de ,as 1S"andard cu&ic fee" por d8a3
Ql caudal de l8Buido 1arriles por d8a3 R .OR relaci$n ,as G pe"r$leo ( (elocidad del fluido 1f"s3 T "e*pera"ura 1HF3 pop presi$n de operaci$n 1psia3
ρm densidad de la *e4cla de fluido 1li&rascu&ic fee"3
Din Di9*e"ro in"erno de "u&er8a 1pul,adas3 Dn Di9*e"ro no*inal de "u&er8a 1pul,adas3 e espesor de "u&er8a 1pul,adas3 Dout OD Di9*e"ro e"erno de "u&er8a 1pul,adas3 Re de Re+nolds 2 , ,ra(edad ft / s =e (elocidad de erosi$n 1f"se,undos3 Ai 9rea de ins"alaci$n de l8nea 1pul,adas cuadradas3 A min,e 9rea *8ni*a eBui(alen"e (¿2 )
(¿2 )
A min 9rea *8ni*a
A eqi 9rea eBui(alen"e de la l8nea
(¿2 )
2 A et 9rea "o"al eBui(alen"e (¿ ) J relaci$n en"re Ai + Ae" μ (iscosidad din9*ica del fluido 1l&ff" se,3 S. ,ra(edad espec8fica B sw Cor"e de a,ua 4 fac"or de co*presi&ilidad de ,as λ cons"an"e u"ili4ada para dar cri"erio de "ipo de flu'o circulan"e
+. Plataforma de (rod!cci"n ,-ell Pad
Es una sola locaci$n donde se reali4a la o&"enci$n + el direcciona*ien"o del crudo a cen"ros de facilidades de superficie de producci$n! Un 2ell Pad "iene co*o funci$n colec"ar *edir + direccionar ;acia una red de producci$n el fluido Bue se o&"iene de la perforaci$n de po4os! El (alor de presi$n a la Bue de&e "ra&a'ar la pla"afor*a + por "an"o "odos los eBuipos l8neas e ins"ru*en"os se de"er*ina de "al for*a Bue se pueda "ranspor"ar el fluido desde la 4ona de e"racci$n ;as"a el cen"ro de facilidades! Las pla"afor*as Bue se *on"an en la re,i$n orien"e de Ecuador se encuen"ran epues"as a condiciones &as"an"es ri,urosas "e*pera"uras ele(adas a&undan"es precipi"aciones acceso res"rin,ido locali4aci$n en 9reas pro"e,idas e"c! "odo es"o pro(oca Bue se apliBue un diseño OFF S>ORE en lu,ar de un diseño ON S>ORE lo Bue i*plica cu*plir ri,urosa*en"e los es"9ndares per"inen"es en diseño + cons"rucci$n! Se encuen"ra for*ada por dos sec"ores 9rea de po4os + 9rea de procesos 1"odo el eBuipo de superficie necesario para lo,rar la e"racci$n + direcciona*ien"o del crudo a la red de "ranspor"e ,eneral3! Eis"en ele*en"os co*unes en el diseño de una pla"afor*a! A con"inuaci$n se descri&e en for*a ,eneral los ele*en"os Bue la cons"i"u+en
a. Pozo
Es el lu,ar donde el proceso co*ien4a con la e"racci$n del crudo u"ili4ando el eBuipo necesario! Desde cada po4o se cons"ru+e una l8nea Bue "ranspor"a el fluido o&"enido al 9rea de procesos espec8fica*en"e al sis"e*a *5l"iple 1*anifold3! &! M/lti(les o recolectores de entrada Son arre,los *ec9nicos de "u&er8as + (9l(ulas Bue consis"en ,eneral*en"e en (arios "u&os colocados en posici$n ;ori4on"al paralelos uno con respec"o al o"ro + conec"ados a cada una de las l8neas de flu'o! Su funci$n es recolec"ar la producci$n de los po4os Bue lle,an a las es"aciones de flu'o + dis"ri&uirla ;acia los diferen"es procesos del sis"e*a! Sin e*&ar,o los arre,los de (9l(ulas coneiones + "u&er8as de&en ser de *anera "al Bue cuando sea reBuerido el flu'o de cada po4o indi(idual pueda ser aislado para prop$si"os de prue&a de po4os! Es"o es Bue el flu'o de cada po4o pueda ser lle(ado a un separador de prue&a para se,re,ar + *edir pe"r$leo o produc"os de des"ilaci$n producci$n de ,as + en al,unos casos producci$n de a,ua!
Fi,ura Manifold de pe"r$leo + ,as
1
.
c. Con$!nto de medici"n ,0id de medici"n
El colec"or de prue&a diri,e el fluido ;acia es"e eBuipo donde se procede a *edir + lue,o se encausa la producci$n a la l8nea de "ranspor"e ,eneral "al co*o se *ues"ra en la fi,ura #!
2 Fi,ura # Procesos &9sicos en una pla"afor*a de producci$n 12ell Pad3 .
Fi,ura % EsBue*a "8pico de producci$n pe"rolera .
3
. 3!ndamentos te"ricos de dise4o a. 0istema m/lti(le ,manifold ' l5nea de trans(orte
Un colec"or de producci$n de di9*e"ro no*inal ( d N ) de @ pul,adas reci&e el fluido pro(enien"e de los ) po4os pre(is"os! Las l8neas de di9*e"ro no*inal 0 pul,adas Bue conflu+en en el colec"or de producci$n poseen coneiones con el colec"or de a,ua de 0 pul,adas es"as coneiones "ienen la funci$n de reducir la (iscosidad del fluido si es Bue es necesario au*en"ando el cor"e de a,ua + per*i"iendo &a'a la ca8da de presi$n por la l8nea Bue "ranspor"a el fluido ;as"a la es"aci$n de producci$n! El caudal de a,ua Bue circula por el colec"or de a,ua de 0 pul, (iene del colec"or de a,ua in+ecci$n de @ pul, par"e del a,ua de es"e colec"or deri(a a "ra(/s de una (9l(ula reduc"ora de presi$n ;acia el colec"or de 0! Es"e colec"or "iene co*o finalidad proporcionar a,ua a una presi$n si*ilar a la de producci$n de los po4os para efec"o de recirculaci$n! Los colec"ores de producci$n de prue&a in+ecci$n de a,ua + recirculaci$n de a,ua de&en posee un sis"e*a para drenar ;acia un "anBue su*idero + una (9l(ula ,lo&o para reali4ar la reducci$n de presi$n + poder reali4ar el drena'e! Todo el fluido de los po4os Bue conflu+en en el *anifold de&e ser lue,o "ranspor"ado a "ra(/s de la l8nea de @ pul,adas! La cual lo direcciona ;acia la plan"a principal de procesa*ien"o! i. Parámetros de diseño
?rea de la pla"afor*a No! De po4os a perforarse ) Fluido "o"al *8ni*o %@@ PD Fluido "o"al *9i*o <@@ PD La "asa de flu'o + la presi$n de diseño es"9n de"er*inados "eniendo en cuen"a un
fac"or de se,uridad de @K API crudo 0G#@ API a 0@HF Tu&er8a di9*e"ro no*inal @ pul,adas sis"e*a *5l"iple 1*anifold3 de ) en"radas con l8neas de d N 0 pul,adas La (elocidad de erosi$n se considera para as8 e(i"ar fen$*enos de ca(i"aci$n Considerar las (9l(ulas + accesorios
b. 0eg!ridad
Aislar los eBuipos es o&li,a"orio para pro"e,er al personal en las superficies + de&e cu*plir las si,uien"es condiciones
Cuando la "e*pera"ura en superficie de la "u&er8a sea *a+or a %%
L8neas de producci$n se las considera a aBuellas Bue "ranspor"an el ;idrocar&uro pro(enien"e de los po4os de producci$n + lo lle(an a "odas las fases de proceso! El flu'o pro(enien"e de los po4os de producci$n es una *e4cla de ,asGcrudo + a,ua por lo Bue el es"udio de sus propiedades se lo reali4a duran"e la in,enier8a concep"ual + &9sica para reali4ar un correc"o diseño de "odo el proceso! Para "odos los an9lisis a reali4ar en es"as l8neas se de&e de"er*inar pri*ero la consideraci$n para "o*ar el "ipo de flu'o Bue circula por las l8neas de producci$n si para los c9lculos se lo considera co*o flu'o si*ple o &if9sico! Es"o se reali4a de acuerdo a los si,uien"es cri"erios o
Para flu'os donde el l8Buido es do*inan"e ( λ > 0,7 ) se pueden usar los cri"erios
o
dados para las l8neas de l8Buido! Para flu'os donde el ,as es do*inan"e ( λ <0,0001 ) se pueden usar los cri"erios
o
dados para l8neas de ,as Para flu'os &if9sicos se da (alores in"er*edios de λ d. 6ise4o manifold de (rod!cci"n ' (r!eba
Todo el fluido de los po4os Bue lle,an al *anifold 1sis"e*a *5l"iple3 es lue,o "ranspor"ado por la l8nea de @ pul,adas en la Bue se encuen"ra *on"ado un "rans*isor de presi$n el cual pro(oca un s;u" don 1apa,ado ,eneral3 de producci$n si es Bue las presiones de pro,ra*aci$n se so&repasan por *u+ al"a presi$n o por *u+ &a'a presi$n! La l$,ica de operaci$n se encuen"ra diseñada para Bue la l8nea opere nor*al*en"e den"ro de un de"er*inado ran,o de presiones en"re %@@G)@@ psi,! Si se ecede o si se encuen"ra por de&a'o de es"e ran,o l sis"e*a indicar9 la alar*a respec"i(a!
El apa,o ,eneral ocurrir9 cuando se "en,a )-@ psi, 1al"a presi$n3 o cuando se alcance #-@ psi, 1&a'a presi$n3 cerrando "odos los po4os! i. Diseño hidráulico El fac"or de so&rediseño para la lon,i"ud eBui(alen"e de las "u&er8as es del #@K! Tan"o las "u&er8as de proceso co*o de ser(icio se diseñan para el flu'o de diseño! La (elocidad *9i*a en las "u&er8as no de&e eceder la (elocidad de erosi$n! En &ase al (alor de la *8ni*a secci$n de 9rea reBuerida se,5n el API RP )E para el caso de las l8neas Bue pro(ienen de los po4os es"as l8neas son de 0 pul,adas + Bue lle,an al *anifold de prue&a
d N =8 pulgadas + producci$n
d N =10 pulgadas para de"er*inar su secci$n
es necesario conocer el di9*e"ro e"erior + espesor de pared! ii. Diseño mecánico Para el es"udio del diseño *ec9nico de las "u&er8as es"e se &asa en la nor*a ANSI %0G@ de <7@ para el c9lculo de espesor de pared! a. Espesor de pared de la tubería
N5*ero de 9rea en"re,ado por el clien"e! ?rea co*o facilidades de producci$n! Ta*año de l8nea di9*e"ro de la l8nea a usar en pul,adas! Tipo de ser(icio se refiere al flu'o Bue "ranspor"a de acuerdo a la "a&la #! Especificaci$n de la "u&er8a es la ca"e,ori4aci$n de la l8nea de acuerdo a la especificaci$n de "u&er8a donde +a se encuen"ra de"allado el espesor de pared *a"erial "ipos de conei$n + accesorios Bue se de&e u"ili4ar en "oda la in,enier8a de de"alle para la fa&ricaci$n de la l8nea! AL AU C CD D DF F. FL . >
Aire de ins"ru*en"os Aire de u"ilidades Sol(en"es Bu8*icos Drena'e cerrado Drena'e a&ier"o Diesel fuel .as co*&us"i&le .as de Bue*ador >idrocar&uro ,as Acei"e ;idr9ulico
L O> OL = 2F 2P 2S
>idrocar&uro l8Buido Acei"e calien"e Acei"e lu&rican"e Tu&er8a de desfo,ue A,ua con"raincendios A,ua po"a&le A,ua de producci$n
1Salina3 2U A,ua de u"ilidades 4 Ta&la Desi,naci$n del ser(icio de l8neas .
4 Fi,ura ) Sis"e*a para la desi,naci$n de l8neas .
e. 78lv!la en el manifold
Mien"ras un po4o se encuen"re en operaci$n una de las (9l(ulas en el *anifold de&e es"ar a&ier"a para reci&ir + diri,ir su producci$n si es Bue es"u(iese cerrada se podr8a producir acu*ulaci$n de presi$n + por lo "an"o rup"uras en las l8neas de flu'o!
Las (9l(ulas ins"aladas en el *anifold sir(en para pro;i&ir el re"orno del flu'o desde el po4o de *a+or presi$n! Se ins"alan co*5n*en"e en la en"rada de la l8nea del po4o al *anifold! Son conocidas co*o (9l(ulas c;ec6! Las (9l(ulas pueden ser de acci$n *anual o au"o*9"ica para a*&os casos el cuerpo de la (9l(ula de&e sopor"ar la presi$n Bue "iene el po4o ecep"o las di(isiones de presi$n Bue se ins"alan en el ca&e4al del po4o para pre(enir Bue las presiones co*ple"as del *is*o se "rans*i"an al *anifold es"as di(isiones pueden ser u"ili4adas por se,uridad! Los "ipos de (9l(ulas *a+or*en"e u"ili4adas para el &loBueo de en"rada a los *anifold son la (9l(ula &ola la de cla(i'a + de&en es"ar de&ida*en"e en,rasadas! 9. 6ise4o de sistemas integrales
Se ;a pre(is"o la perforaci$n de ) po4os los cuales apor"an con un caudal en"re %@@ + <@@ &arriles de flu'o por d8a al sis"e*a de producci$n! El fluido una (e4 e"ra8do de los po4os por */"odos de"er*inados ser9 colec"ado *edido + direccionado ;acia el cen"ro de facilidades de producci$n u&icada a # 6* de dis"ancia de la pla"afor*a de producci$n 12ell Pad3! a. 6atos ambientales
Te*pera"ura M9i*a re,is"rada %#H 1@!:HF3 o M8ni*a re,is"rada #::H 1-
Precipi"aciones Pro*edio anual %#:< ** 1#u*edad Pro*edio <@!)K o M9i*a re,is"rada <
Fuen"e PIL S!A! ase de Da"os Depar"a*en"o de In,enier8a Pro+ec"os In"e,rales del Ecuador b. Condiciones del fl!ido
API S. Q0@ HF Presi$n 1psi,3 Presi$n 1psia3 Te*pera"ura HF =iscosidad din9*ica =elocidad del flu'o .OR S. ,as s S.l8Buido
Po4o #@!<@) %-@ %0)!7 @ @!%@ ): @!-7 @!#: @!<%@<
Po4o # #@!<@) %-@ %0)!7 @ @!%@ ): @!-7 @!#: @!<%@<
Po4o % #@!<@) %-@ %0)!7 @ @!%@ ): @!-7 @!#: @!<%@<
Po4o ) #@!<@) %-@ %0)!7 @ @!%@ ): @!-7 @!#: @!<%@<
Ta&la # Condiciones del fluido de cada po4o 1Da"os asu*idos con caudales en"re %@@ + <@@ &arriles por d8a3! Calculando la S. 1,ra(edad espec8fica3 de pe"r$leo S G o=
141.5 131.5 + ° API
SG o=0.9041
Calculando la .ra(edad espec8fica del L8Buido SG =SGo ( 1− BS! ) + BS! SG =0.9309
Para encon"rar los caudales de las dis"in"as fases se reali4a los si,uien"es c9lculos Po4o 1i3 #
i 0<: --0
Pi ) @#
% %)<) :7: @ Ta&la % Caudales + presiones con las Bue "ra&a'a cada po4o! 1Asunciones3 a! Caudal del ,as Q g =G"#Q o Q g =85605.12 S$% / d
&! Caudal del pe"r$leo n
Q o=
Q ( 1− BS! ) ∑ = &
&
&
1
Q o=1783.44 ''l / d
c! Caudal de la fase l8Buida n
Q =
Q ∑ =
&
&
1
Q =2477 ''l / d
Calcular el λ λ =
Q Q + Q g
λ =0.139763
2 Ta&la ) Carac"er8s"icas de diseño para ;idrocar&uros .
c. Condiciones de fl!$o
i. Tipo de flujo Para de"er*inar el "ipo de flu'o +a sea es"e "rasien"e "ur&ulen"o o la*inar ;a+ Bue considerar la de"er*inaci$n del n5*ero de Re+nolds! D¿ ρ( μ
ℜ=
De donde ρ= ρm 1densidad de la *e4cla3
ρm=
12409 SG Pop + 2.7 # SG g Pop 198,7 Pop + #)* 3
ρm= 42.4826 l' / ft
ii. Hidrostática La eperiencia en la indus"ria *ues"ra Bue los flu'os con presencia de s$lidos li&res el (alor de C@@ para el caso de l8neas de uso con"inuo C#- uso in"er*i"en"e! Para el caso de las l8neas de flu'o con s$lidos li&res en las Bue no se espera corrosi$n o a su (e4 se las pro"e,e con in;i&idores el (alor de C-@ a #@@ puede ser usado + (alores por arri&a de #-@ puede ser usado para las l8neas de uso in"er*i"en"e! Para es"e caso se u"ili4ar9 una cons"an"e de C 0@
iii. Velocidad de erosión Las l8neas de flu'o el *anifold + de*9s l8neas Bue sir(an para "ranspor"ar ,as l8Buido flu'os &if9sicos se de&en di*ensionar &as9ndose pri*ordial*en"e en la (elocidad de flu'o de&ido a Bue se "iene *a+or relaci$n en la erosi$n o corrosi$n de las paredes de la "u&er8a! Es"e des,as"e es proporcional*en"e au*en"ando a la (elocidad de flu'o con la presencia de ,ases + en presencia de ca*&ios de "ra+ec"orias + accesorios co*o es el caso de los codos! + e =
$ √ ρ m
+ e =24.5478 ft / segundos
Se de&e recordar Bue la (elocidad de erosi$n no es esencial*en"e la (elocidad con la Bue se fluir9 a "ra(/s del *anifold en ca*&io la (elocidad a la cual el fluido ocasionar9 la ca(i"aci$n en las diferen"es l8neas + eBuipos! iv. reas de instalación de manifold a. rea !ínima de Erosión Área mí nima de la sección requerida para evitar la erosi ón:
9,35 +
A min,e =
9,35 +
* ( G" # ) ) 21,25 Pop + e 1 ( 48 ) ( 110 + 459.67 )
A min,e =
A min ,e =0.5246
21.25 ( 350 + 14.7 ) 24.5478
¿2 1000 ''l
da
b. rea !ínima A min = Amin ,e Q A min=
0.5246∗2477 1000
2
A min=1.2994 ¿
c. rea de cada "ínea Di9*e"ro e"erno 1pul,3 Espesor 1pul,3 Di9*e"ro no*inal 1pul,3
0!0#-<:) @!#7<<# 0
STD )@
OD de l8nea de producci$n 1pul,3
@!7):@%
C/dula STD )@
Espesor de l8nea de producci$n
# @!%0##@)
1pul,3 Di9*e"ro no*inal 1pul,3
C/dula
@
OD de l8nea de prue&a 1pul,3 :!0#-<:) C/dula Espesor de l8nea de prue&a 1pul,3 @!%##@)7 STD )@ Di9*e"ro no*inal 1pul,3 : Ta&la - Di9*e"ros + espesores 1con su respec"i(a c/dula3 esco,idos para la l8nea de producci$n 6 + de prue&a .
?rea de L8nea de Po4os - ( D e −2 e )
2
A 11=
A 11=
4
- ( 6.625984 −2∗(0.279921) ) 4
2
2
A 11=28.901143 ¿
?rea EBui(alen"e A eq 1 =( ¿ lneas ) A 1 & A eq 1 =4∗28.901143 2
A eq 1 =115.604573 ¿
Co*pro&aci$n de un correc"o di*ensiona*ien"o A eq 1 > A min ( $oe/to dimensionamiento) 115.604573> 1.2994 ( $oe/to dimensionamiento )
?rea l8nea de producci$n - ( De −2 e )
2
A 12=
A 12=
4
- ( 10.748032 −2∗( 0.362204 ) ) 4
2
A 12=78.911339 ¿
?rea l8nea de prue&a - ( D e− 2 e )
2
A 13=
A 13=
4
- ( 8.625984 −2∗( 0.322047 )) 4
2
2
2
A 13=50.038163 ¿
?rea EBui(alen"e # A eq 2 = A 12+ A 13 A eq 2 =78.911339+ 50.038163 2
A eq 2 =128.949502 ¿
Co*pro&aci$n de un correc"o di*ensiona*ien"o A eq 2 > A eq 1 ( $oe/to dimensionamiento ) 128.949502> 115.604573 ( $oe/to dimensionamiento )
d. #álculo del caudal $ue pasa a trav%s de las líneas de los po&os' Co*o se conoce Bue "odos los po4os "ienen el *is*o di9*e"ro e"erno por lo "an"o se o&"u(o la *is*a 9rea + la *is*a relaci$n de 9rea disponi&le! 0 =
0 =
A11 A eq 1 28.901143 115.604573
0 =0.25 Q i= 0 Q l Q i=0.25 ( 698 + 556 + 345 + 878 ) Q i=619.25 ''l / da
e. #álculo del caudal $ue pasa a trav%s de las líneas de producción' 0 =
0 =
A12 A eq 2
78.911339
78.911339 + 50.038163
0 =0.6119
Q i= 0 Q l Q i=0.6119 ( 698 + 556 + 345 + 878)
Q i=1515.6763 ''l / da
f. #álculo del caudal $ue pasa a trav%s de las líneas de producción' 0 =
0 =
A13 A eq 2
50.038163
78.911339 + 50.038163
0 =0.3880
Q i= 0 Q l Q i=0.3880 ( 698 + 556 + 345 + 878 )
Q i=961.076 ''l / da
d. 6ise4o mec8nico
a. Presión !á(ima de )peración' P 1a2 =
2 3 t f S
D e −2 t f 4
P 1a2 =
2 ( 1 ) ( 0.3622 ) 20000 10.7480 −( 2) 0.3622 ( 0.4 )
P 1a2 =1385.32 psi
b. El factor de se*uridad final' P 1a2 n= P n=
1385.32 750
n =1.84 > 1.5 ( $oe/to )
7 Fi,ura - Confi,uraci$n ,eneral del *anifold de producci$n .
. Concl!siones
Para considerar el diseño de un *5l"iple de producci$n *9s conocido co*o *anifold ;a+ Bue "ener en cuen"a di(ersos fac"ores los cuales inclu+en carac"er8s"icas de los fluidos de los diferen"es po4os carac"er8s"icas de los separadores "u&er8as (9l(ulas e"c! De la *is*a *anera se de&e considerar las carac"er8s"icas del *edio donde se ins"alar9n los eBuipos
de"er*inados en especial para es"e docu*en"o el *anifold se de&e conocer las carac"er8s"icas *9i*as Bue sopor"an es"os eBuipos! Por es"a ra4$n se "o*a en cuen"a la se,uridad Bue se de&e *ane'ar con respec"o a las personas Bue operan los eBuipos! En "odo "ipo de indus"ria el diseño de&e es"ar &asado en nor*as re,ulaciones + le+es "an"o nacionales co*o in"ernacionales Bue se de&e cu*plir a ca&alidad para poder e(i"ar pro&le*as o co*plicaciones con la ins"alaci$n de los eBuipos! Se puede concluir Bue el di9*e"ro de en"rada + salida del *anifold es lo *is*o sin i*por"ar el flu'o (olu*/"rico Bue en"ra o sal,a de es"e eBuipos solo se "iene Bue e(i"ar el es"ar por de&a'o o so&repasar un ran,o de presiones de diseño del eBuipo +a *encionado! Espec8fica*en"e se eli,i$ (9l(ulas "ipo &ola en el diseño +a Bue es"as sir(en para cerrar + a&rir de *anera r9pida "a*&i/n porBue son ideales para caudales &a'os co*o el Bue se o&"u(o el cual a"ra(esar9 las l8neas ;as"a lle,ar al *anifold! Para decir Bue el di*ensiona*ien"o esco,ido as8 co*o el caudal circulan"e por cada l8nea ;a sido el correc"o se reali4$ una relaci$n en"re el 9rea de las diferen"es l8neas con respec"o a sus 9reas eBui(alen"es + con la producci$n "o"al!
1;. Referencias
;""p!sunr+pe"ro!co*di(isionV*anifold!;"*l Te*a Pe"roleu* EBuip*en"! Au"or SUNR! Re(isado #@-GG##
#
;""p&i&di,i"al!epn!edu!ec&i"s"rea*-@@@##%@CDG#<7:!pdf Te*a Diseño de una pla"afor*a de producci$n pe"rolera en la A*a4on8a ecua"oriana! Au"or Osaldo =illa*ar8nGAle Carrera! Lu,ar + Fec;a de pu&licaci$n ui"o *ar4o #@@!
%
;""p!*ono,rafias!co*"ra&a'os0&o*&eoG*ecanico&o*&eoG*ecanico!s;"*l Te*a o*&eo *ec9nico! Au"or An$ni*o! Fec;a de re(isi$n #@-GG##
)
Pe"roa*a4onas Codificaci$n Depar"a*en"o de In,enier8a + facilidades
-
Fuen"e PIL S!A! ase de Da"os Depar"a*en"o de In,enier8a Pro+ec"os In"e,rales del Ecuador
0
;""p!co"ainsa!co*ca"alo,osca"V@-!pdf T8"ulo Tu&o de acero sin soldadura para conducciones se,5n nor*as ASTM! Au"or Con"ain S!A! Fec;a de re(isi$n #@-GG##
7
;""p#!e*ersonprocess!co*si"ead*incen"erPMK#@=al(eK#@Au"o*a"ion K#@Docu*en"se""isMPFSVSpecsMu"ipor"VSpecifica"ion!pdf Te*a Mul"ipor" Flo Selec"or 1MPFS3! Au"or E*erson! Fec;a de re(isi$n #@-GG##
