Redes de captación: la columna vertebral de la distribución energética
Los ductos que forman las redes de recolección (también llamadas redes de captación o de acopio) son un aspecto importante de la distribución de energía aguas arriba (upstream). Se utilizan para transportar petróleo crudo o gas natural desde las instalaciones de producción hasta un punto central de recogida para su posterior distribución.
Las redes de acopio son diferentes de los ductos intermedios, ya que funcionan a presiones y flujos más bajos y tienen un diámetro menor. Su comportamiento es mucho más transitorio, lo que repercute directamente en la puesta a punto de un sistema de detección de fugas. Además, cada pozo se comporta de forma diferente, se enciende o se apaga varias veces al día e inyecta a caudales distintos. Esto puede dificultar la optimización de un sistema de detección de fugas.
Dado que las redes de recogida suelen estar situadas en áreas de altas consecuencias (HCA) y lugares remotos, la detección de fugas es un requisito vital. A menudo son multifásicas y transportan petróleo, agua y gas a las estaciones antes de su separación. Es crucial que la tecnología de detección de fugas implantada en una red de recogida sea capaz de detectar fugas en función de la mezcla de productos que haya en el ducto.
En este blog, la Ingeniera de Ventas y Soporte, Angela Maya, para Atmos en América Latina cubre las siguientes áreas relacionadas con la detección de fugas en redes de recolección:
- Desafíos a los que se enfrentan los sistemas de detección de fugas en las redes de recogida
- Factores que pueden influir en el rendimiento de los sistemas de detección de fugas
- Métodos de balance de volumen y onda de presión negativa frente al modelo transitorio en tiempo real (RTTM)
- Ejemplos de sistemas avanzados de detección de fugas que superan los retos que plantean las redes de recogida
- Casos prácticos de detección de fugas a partir de la recopilación de proyectos de redes
- Principales consideraciones para un sistema de detección de fugas en redes de acopio
Desafíos a los que se enfrentan los sistemas de detección de fugas en las redes de recogida
Los sistemas de detección de fugas en las redes de recolección se enfrentan a varios retos fundamentales, entre ellos:
- La composición del producto varía en función del pozo, el campo de producción y la región
- El sistema de control y adquisición de datos (SCADA) no suele disponer de mediciones de densidad
- Las redes de captación pueden tener muchas inyecciones y entregas
- Los pozos pueden añadirse semanalmente a medida que se pone en marcha la producción
- La naturaleza dinámica de la inyección desde numerosos pozos a diferentes caudales
- El acceso está limitado al derecho de paso para añadir instrumentación en las conexiones de derivación. Normalmente sólo se dispone de datos de flujo y presión de las unidades de transferencia de custodia en los pozos y en las salidas
- El escaso ancho de banda de las comunicaciones limita la frecuencia de actualización del SCADA a minutos, en el mejor de los casos
- El drenaje puede causar sobrepresión en la red, los conductos se llenan y las bombas de inyección funcionan de forma intermitente1
Factores que pueden influir en el rendimiento de los sistemas de detección de fugas
- El número y la calidad de los sensores en el ducto
- Disponibilidad y calidad del sistema de telecomunicaciones
- Escenarios de funcionamiento del ducto, como eventos transitorios de inicio y parada continuos de inyecciones y entregas y condiciones de sobrepresión de flujo1
El sistema de detección de fugas implantado debe ser capaz de superar estos retos fundamentales y los factores que influyen en el rendimiento para que sea confiable.
Métodos de balance de volumen y onda de presión negativa frente al modelo transitorio en tiempo real (RTTM)
Hay cuatro factores clave que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar un sistema de detección de fugas:
- Alta sensibilidad para detectar pequeñas fugas
- Corto tiempo de respuesta a la alarma
- Alta precisión en la localización de fugas
- Baja tasa de falsas alarmas
Tanto el modelo de balance de volumen como el de transitorios en tiempo real (RTTM) detectan con éxito fugas durante condiciones transitorias, que se producen con regularidad en las redes de captación. El método RTTM necesita elevar el umbral mínimo detectable del tamaño de la fuga durante las operaciones transitorias para reducir las falsas alarmas de fuga y puede requerir instrumentación adicional.1 Podría decirse que esto lo hace menos fiable y más costoso que un sistema de detección de fugas que utilice el balance de volumen.
El método RTTM calcula los perfiles en tiempo real de flujo, presión y densidad (o temperatura) a lo largo del ducto.2 El modelo controla la discrepancia entre los valores medidos y los calculados, potencialmente causada por una fuga.3
El balance de volumen estadístico (SVB) es un método de detección de fugas en el que se utiliza el balance de volumen corregido del ducto junto con el enfoque estadístico para determinar si hay una fuga o no3. Los sistemas de detección de fugas como Atmos Pipe utilizan el balance de volumen estadístico corregido (SCVB), el primero de su clase lanzado en 1995.
El SCVB se ha desplegado con éxito en numerosas redes de recolección y es un método popular utilizado en los nuevos ductos del boom del esquisto.1 Mientras que los métodos RTTM y de balance de volumen único se basan en la precisión, el SCVB se basa en la repetibilidad de las mediciones, lo que lo convierte en una mejor opción para los requisitos de instrumentación y la velocidad de exploración. Además, la SCVB logra una buena fiabilidad y sensibilidad, incluso si la instrumentación existente es de precisión limitada, mientras que la actualización de la instrumentación lo suficientemente precisa como para soportar un método RTTM en redes de recolección puede incurrir en un alto CAPEX para actualizar. Además, el ajuste de un RTTM a medida que se introducen nuevos pozos puede llevar mucho tiempo y ser costoso.
Los métodos de onda de presión negativa utilizan transmisores de presión, pero deben estar vinculados a cada ramal y añadir esta instrumentación intermedia a las redes de recolección puede resultar difícil.1 En general, los métodos de onda de presión negativa pueden proporcionar una detección de fugas muy sensible con un tiempo de respuesta más rápido que RTTM y SCVB.1 La tecnología como Atmos Wave es sofisticada y eficaz en ductos multifásicos. A diferencia de otros métodos, las tecnologías que utilizan la onda de presión negativa no están limitadas por la mezcla de líquido o gas. El flujo multifásico es difícil de medir y en muchos casos no es posible y, cuando se mide, tiene poca precisión y repetibilidad. Esto convierte a la onda de presión negativa en el único sistema viable de detección de fugas, ya que funciona aunque no se disponga de una medición precisa del flujo.
Ejemplos de sistemas avanzados de detección de fugas que superan los retos que plantean las redes de recogida
Tecnologías como Atmos Pipe y Atmos Wave son ideales para su uso en redes colectoras. Abarcan los cuatro factores clave que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar un sistema de detección de fugas, pero también ayudan a superar los principales retos asociados a las redes de acopio.
Atmos Pipe
Atmos Pipe es una tecnología probada en campo desde hace más de 25 años. El software utiliza datos de flujo y presión de SCADA y otros sistemas de control para detectar y localizar fugas.
Es adecuado para líneas de captación monofásicas porque puede detectar fugas en todas las condiciones de funcionamiento y no hay cambios en el tamaño mínimo de la fuga durante los transitorios. El sistema de detección de fugas también puede minimizar el efecto de los cambios en las propiedades de los fluidos, las variaciones en el suministro y la demanda y los fallos de los instrumentos, incluidos los fallos en las telecomunicaciones.
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Atmos Wave
Atmos Wave utiliza ondas de presión negativas para detectar una fuga mediante medidores de presión de respuesta rápida. Los algoritmos integrales filtran el ruido del proceso y las interferencias de los datos de presión para crear un mapa tridimensional detallado. Con ello, los operadores de ductos pueden diferenciar rápida y claramente las fugas o robos reales de los cambios de presión causados por operaciones transitorias y declarar la pérdida de contención de forma rápida y fiable.
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Hardware
Es adecuado para líneas de captación monofásicas porque puede detectar fugas en todas las condiciones de operativas y no hay cambios en el tamaño mínimo de la fuga durante los transitorios. El sistema de detección de fugas también puede minimizar el efecto de los cambios en las propiedades de los fluidos, las variaciones en el suministro y la demanda y los fallos de los instrumentos, incluidos los fallos en las telecomunicaciones.
Conozca las Unidades AWAS Ficha técnica
Figura 1: Atmos Eclipse instalado en un modelo de ducto
Su diseño de abrazadera también hace que Atmos Eclipse sea muy fácil y rápido de instalar para despliegues rápidos. Las múltiples opciones de comunicación, que incluyen TCP/IP, línea de visión por radio, GSM (3/4G) y Modbus, permiten que los datos se transmitan siempre a los controladores del ducto en tiempo real. De este modo se superan las limitaciones de ancho de banda que suelen asociarse a las líneas de conducción, en las que un sistema SCADA puede tardar minutos en actualizarse, en el mejor de los casos.
Las unidades de adquisición de datos AWAS también pueden utilizarse con Atmos Wave para superar los problemas de comunicación. La capacidad de almacenamiento central de datos permite guardar hasta 4,5 horas de datos para garantizar que no se pierda nada en caso de interrupción de las comunicaciones.
Figure 2: Atmos’ range of three channel, high-speed, high-resolution, pressure data acquisition units (AWAS 3, 4, 6, 6G and 7)
Casos prácticos de detección de fugas a partir de la recopilación de proyectos de redes
Dado que las redes de recogida se encuentran aguas arriba y están estrechamente vinculadas al proceso de perforación, presentan varios escenarios difíciles. Además de todos los retos mencionados anteriormente, el sistema de detección de fugas debe ser capaz de gestionar la introducción de nuevas entradas en el sistema, lo que provoca un trazado muy dinámico de los ductos.
Para implantar con éxito un sistema de detección de fugas en redes colectoras hay que seguir un proceso claro. En Atmos International (Atmos), hay una fase de recopilación de información en la que se analiza la red para conocer el esquema del ducto. Se establece una conexión remota con el servidor del sistema de detección de fugas y, a continuación, se implanta el sistema in situ y se pone en servicio.
Figura 3: Proceso de implantación de un sistema de detección de fugas en líneas de captación
A continuación, los ingenieros de Atmos inician la puesta a punto para optimizar el sistema. Las pruebas del sistema se llevan a cabo mediante extracciones controladas de fluido para probar la funcionalidad del sistema de detección de fugas. El programa de ampliación de la instalación se planifica cuidadosamente para cumplir los requisitos de instalación y mantenimiento en el futuro.
Los sistemas de detección de fugas Atmos son flexibles, de modo que los ingenieros pueden incluir nuevas adiciones fácilmente para satisfacer las necesidades del cliente. Este no sería el caso de los sistemas RTTM, en los que el modelo hidráulico debe configurarse y ajustarse cada vez que se requiere una nueva adición.
Es importante que el sistema de detección de fugas sea flexible y fácil de ajustar. En un proyecto que Atmos llevó a cabo, se añadieron cinco instalaciones en una semana, y después se fueron añadiendo más y más a medida que avanzaba el proyecto. Inicialmente, se acordó que se incluirían 24 segmentos, pero en total se añadieron 75 más, lo que dio como resultado un total de 99 segmentos.
Figura 4: Red de captación con las nuevas instalaciones añadidas
El caudal de las líneas de captación se ha más que duplicado desde la finalización del proyecto inicial. El sistema de detección de fugas ha sido capaz de mantener una fuga mínima del 1,5% (o mejor), lo que demuestra su capacidad de adaptación a los requisitos cambiantes de las redes de recogida.
Principales consideraciones para un sistema de detección de fugas en redes de acopio
Dado que las redes de recogida difieren mucho de los ductos intermedios, es esencial tener en cuenta algunos aspectos. Esto se debe a que las redes presentan retos muy específicos.
Es fundamental tener en cuenta el tipo de método que utiliza el sistema de detección de fugas. El método RTTM es evidentemente menos adecuado para las redes de recogida debido a sus requisitos de instrumentación, complejidad y velocidad de exploración. También podría haber requisitos de CAPEX para actualizar la instrumentación de la red para poder mantener el sistema RTTM. Los métodos SCVB y de onda de presión negativa son más fiables. Además, opciones como Atmos Wave Flow utilizan el enfoque multimétodo para ayudar a reducir la incertidumbre.
El hardware también puede utilizarse como parte de una estrategia de detección de fugas para redes de captación. En zonas donde las comunicaciones son limitadas, por ejemplo, se puede utilizar una unidad como Atmos Eclipse para acceder a datos clave del ducto en tiempo real.
También es importante la flexibilidad del sistema de detección de fugas para ampliarse a medida que crece la red de recogida. Para mantener la sensibilidad, es necesario que funcione con el programa de ampliación de la instalación. Como se ha explicado anteriormente, una red de recogida puede pasar rápidamente de 24 a 99 instalaciones. En este sentido, también es crucial tener en cuenta el proceso de implantación que lleva a cabo el proveedor.
Referencias
2 https://saudijournals.com/media/articles/SJEAT-1237-48.pdf
3 https://pipelinepodcastnetwork.com/episode-24-rttm-leak-detection-giancarlo-milano/