Redes de coleta: a espinha dorsal da distribuição de energia upstream
Os dutos que formam redes de coleta (também conhecido como redes de captação) são um aspecto importante da distribuição de energia upstream. Eles são usados para transportar petróleo bruto ou gás natural das instalações do local de produção para um ponto de coleta central para distribuição posterior.
As redes de coleta são diferentes dos dutos de midstream, pois operam com pressões e fluxos mais baixos e também são menores em diâmetro. Elas são muito mais transitórias em seu comportamento, o que tem um efeito direto no ajuste de um sistema de detecção de vazamentos. Além disso, cada poço se comporta de forma diferente, sendo ligado ou desligado várias vezes por dia e injetando em diferentes taxas de fluxo. Isso pode tornar desafiadora a otimização de um sistema de detecção de vazamentos.
Como as redes de captação geralmente estão localizadas em áreas de alta consequência (HCAs) e locais remotos, a detecção de vazamentos é um requisito vital. Elas geralmente são multifásicas, transportando óleo, água e gás para as estações antes da separação. É fundamental que a tecnologia de detecção de vazamentos implementada em uma rede de coleta seja capaz de detectar vazamentos para a mistura de produtos variados na tubulação.
Neste blog, a Engenheira de Vendas e Suporte da Atmos na América Latina, Angela Maya, aborda as seguintes áreas relacionadas à detecção de vazamentos em redes de coleta:
- Desafios enfrentados pelos sistemas de detecção de vazamentos em redes de coleta
- Fatores que podem influenciar o desempenho dos sistemas de detecção de vazamentos
- Métodos de balanço de volume e onda de pressão negativa versus o modelo transiente em tempo real (RTTM)
- Exemplos de sistemas líderes de detecção de vazamentos que superam os desafios apresentados pelas redes de coleta
- Exemplos de uso de detecção de vazamento de projetos de redes de coleta
- Principais considerações para um sistema de detecção de vazamentos em redes de coleta
Desafios enfrentados pelos sistemas de detecção de vazamentos em redes de coleta
Há vários desafios importantes enfrentados pelos sistemas de detecção de vazamentos em redes de coleta, incluindo:
- A composição do produto é variável, dependendo do poço específico, do campo de produção e da região
- As medições de densidade geralmente não estão disponíveis para o sistema de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA)
- As redes de coleta podem ter muitas injeções e entregas
- Os poços podem ser adicionados semanalmente à medida que uma nova produção entra em operação
- A natureza dinâmica da injeção de vários poços com diferentes taxas de fluxo
- O acesso é limitado ao direito de passagem para adicionar instrumentação nas conexões de ramificação. Normalmente, há apenas dados de vazão e pressão disponíveis nas unidades de transferência de custódia nos poços e nas saídas
- A largura de banda de comunicação restrita limita a taxa de atualização do SCADA a minutos, na melhor das hipóteses1
Fatores que podem influenciar o desempenho dos sistemas de detecção de vazamentos
- O número e a qualidade dos sensores no duto
- Disponibilidade e qualidade do sistema de telecomunicações
- Cenários de operação da tubulação, como eventos transitórios de início e parada contínuos de injeções e entregas e condições de slack1
O sistema de detecção de vazamentos implementado precisa ser capaz de superar esses principais desafios e fatores que influenciam o desempenho para torná-lo confiável.
Métodos de balanço de volume e onda de pressão negativa versus o modelo transiente em tempo real (RTTM)
Há quatro fatores principais que precisam ser considerados ao selecionar um sistema de detecção de vazamentos:
- Alta sensibilidade para detectar pequenos vazamentos
- Tempo de resposta curto ao alarme
- Alta precisão na localização do vazamento
- Baixa taxa de alarmes falsos
Tanto o balanço de volume quanto o modelo transiente em tempo real (RTTM) detectam com sucesso vazamentos durante condições transientes, que ocorrem regularmente em redes de coleta. O método RTTM precisa aumentar o limite mínimo de tamanho de vazamento detectável durante as operações transitórias para reduzir os alarmes de vazamentos falsos e pode exigir instrumentação adicional.1 Isso, sem dúvida, o torna menos confiável e mais caro do que um sistema de detecção de vazamentos que usa o balanço de volume.
O método RTTM calcula os perfis em tempo real do fluxo, da pressão e da densidade (ou temperatura) ao longo da tubulação.2 O modelo monitora a discrepância entre os valores medidos e calculados potencialmente causados por um vazamento.3
Um balanço de volume estatístico (SVB) é um método de detecção de vazamentos usado no balanço de volume corrigido da tubulação em conjunto com a abordagem estatística para determinar se há um vazamento ou não3. Os sistemas de detecção de vazamentos, como o Atmos Pipe, usam o balanço de volume estatístico corrigido (SCVB), o primeiro de seu tipo lançado em 1995.
O SCVB foi implantado com sucesso em várias redes de coleta e é um método popular usado nos novos dutos do boom do xisto.1 Enquanto os métodos RTTM e de balanço de volume único dependem da precisão, o SCVB depende da repetibilidade das medições, o que o torna uma opção melhor para os requisitos de instrumentação e taxa de varredura. Além disso, o SCVB alcança boa confiabilidade e sensibilidade, mesmo que a instrumentação existente seja de precisão limitada, enquanto a atualização da instrumentação com precisão suficiente para suportar um método RTTM em redes de coleta pode incorrer em um alto CAPEX para atualização. Ademais, o ajuste de um RTTM à medida que novos poços são introduzidos pode ser demorado e caro.
Os métodos de onda de pressão negativa usam transmissores de pressão, mas eles devem ser vinculados a cada ramificação e adicionar essa instrumentação intermediária às redes de coleta pode ser difícil.1 De modo geral, os métodos de onda de pressão negativa podem fornecer uma detecção de vazamento muito sensível com um tempo de resposta mais rápido do que o RTTM e o SCVB.1 Tecnologias como o Atmos Wave são sofisticadas e eficazes em tubulações multifásicas. Diferentemente de outros métodos, as tecnologias que usam onda de pressão negativa não são limitadas pela mistura de líquido ou gás. O fluxo multifásico é difícil de medir e, em muitos casos, não é possível e, quando é medido, tem baixa precisão e repetibilidade. Isso faz com que a onda de pressão negativa seja o único sistema viável de detecção de vazamentos, pois funciona mesmo que não haja medição precisa de fluxo disponível.
Exemplos de sistemas líderes de detecção de vazamentos que superam os desafios apresentados pelas redes de coleta
Tecnologias como o Atmos Pipe e o Atmos Wave são ideais para uso em redes de coleta. Elas emglobam todos os quatro fatores principais que precisam ser considerados ao selecionar um sistema de detecção de vazamentos, mas também ajudam a superar os principais desafios associados às redes de captação.
Atmos Pipe
O Atmos Pipe é uma tecnologia comprovada em campo há mais de 25 anos. O software usa dados de fluxo e pressão do SCADA e de outros sistemas de controle para detectar e localizar vazamentos.
O sistema é adequado para tubulações de captação monofásicas porque pode detectar vazamentos em todas as condições operacionais e não há alteração no tamanho mínimo do vazamento durante transientes. O sistema de detecção de vazamentos também pode minimizar o efeito de mudanças nas propriedades do fluido, variações de oferta e demanda e falhas de instrumentos, incluindo falhas de telecomunicações.
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Atmos Wave
O Atmos Wave usa ondas de pressão negativa para detectar um vazamento usando medidores de pressão de resposta rápida. Os algoritmos detalhados filtram o ruído do processo e a interferência dos dados de pressão para criar um mapa tridimensional detalhado. Com isso, os operadores de dutos podem diferenciar de forma rápida e clara os eventos de vazamento ou roubo verdadeiros das alterações de pressão causadas por operações transitórias e indicar a perda de contenção de forma rápida e confiável.
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Hardware
Ele é adequado para linhas de coleta monofásicas porque pode detectar vazamentos em todas as condições operacionais e não há alteração no tamanho mínimo do vazamento durante transientes. O sistema de detecção de vazamentos também pode minimizar o efeito de mudanças nas propriedades do fluido, variações de oferta e demanda e falhas de instrumentos, incluindo falhas de telecomunicações.
Conheça as unidades AWAS Baixe as folhas de dados
Figura 1: Atmos Eclipse instalado em um duto modelo
Seu design de fixação também torna o Atmos Eclipse muito fácil e rápido de instalar para implementações rápidas. Várias opções de comunicação, incluindo TCP/IP, rádio de linha de visão, GSM (3/4G) e Modbus, significam que os dados são sempre transmitidos de volta para os controladores de dutos em tempo real. Isso supera as limitações de largura de banda normalmente associadas às linhas de coleta, em que um sistema SCADA pode levar minutos, na melhor das hipóteses, para ser atualizado.
As unidades de aquisição de dados AWAS também podem ser usadas com o Atmos Wave para superar os problemas de comunicação. O recurso de armazenamento central de dados significa que até 4,5 horas de dados podem ser armazenados para garantir que nada seja perdido se houver uma interrupção nas comunicações.
Figura 2: A linha da Atmos de unidades de aquisição de dados de pressão de três canais, alta velocidade e alta resolução (AWAS 3, 4, 6, 6G e 7)
Exemplos de uso de detecção de vazamento de projetos de redes de coleta
Como as redes de coleta estão a montante e intimamente ligadas ao processo de perfuração, elas apresentam vários cenários difíceis. Além de todos os desafios mencionados anteriormente, o sistema de detecção de vazamentos precisa ser capaz de lidar com a introdução de novas entradas no sistema, o que causa um esquema de tubulação muito dinâmico.
Para implementar com sucesso um sistema de detecção de vazamentos em redes de coleta, há um processo claro que precisa ser seguido. Na Atmos International (Atmos), há uma fase de coleta de informações em que a rede é analisada quanto aos esquemas da tubulação. Uma conexão remota é estabelecida com o servidor do sistema de detecção de vazamentos e o sistema é implementado no local e, em seguida, comissionado.
Figura 3: Processo de implementação de um sistema de detecção de vazamentos em redes de coleta
Em seguida, os engenheiros da Atmos iniciarão o ajuste para otimizar o sistema. O teste do sistema é realizado por meio de retiradas controladas de fluido para comprovar a funcionalidade do sistema de detecção de vazamentos. O cronograma de adição da instalação é planejado cuidadosamente para atender aos requisitos de instalação e manutenção futuros.
Os sistemas de detecção de vazamento da Atmos são flexíveis, de modo que os engenheiros podem incluir novos acréscimos facilmente para atender às necessidades do cliente. Esse não seria o caso dos sistemas RTTM, em que o modelo hidráulico precisa ser configurado e ajustado sempre que uma nova adição for necessária.
É importante que o sistema de detecção de vazamentos seja flexível e fácil de ajustar. Em um projeto concluído pela Atmos, cinco instalações foram adicionadas em uma semana e, posteriormente, mais e mais foram adicionadas à medida que o projeto avançava. Inicialmente, foi acordado que 24 segmentos seriam incluídos, mas no total foram acrescentados mais 75, resultando em um total de 99 segmentos.
Figura 4: Rede de captação com novas instalações adicionadas
A taxa de fluxo das linhas de coleta mais do que dobrou desde a conclusão do projeto inicial. O sistema de detecção de vazamentos foi capaz de manter um tamanho mínimo de vazamento de 1,5% (ou melhor), demonstrando como ele pode se adaptar aos requisitos variáveis das redes de coleta.
Principais considerações para um sistema de detecção de vazamentos em redes de coleta
Visto que as redes de coleta diferem muito das tubulações de midstream, é essencial levar algumas áreas em consideração. Isso se deve ao fato de as redes apresentarem desafios muito específicos.
É fundamental considerar o tipo de método usado pelo sistema de detecção de vazamentos. O método RTTM é evidentemente menos adequado para redes de coleta devido a seus requisitos de instrumentação, complexidade e taxa de varredura. Também pode haver requisitos de CAPEX para atualizar a instrumentação da rede a fim de manter o sistema RTTM. Os métodos SCVB e de onda de pressão negativa são mais confiáveis. Além disso, opções como o Atmos Wave Flow usam a abordagem de vários métodos para ajudar a reduzir a incerteza.
O hardware também pode ser usado como parte de uma estratégia de detecção de vazamentos para redes de coleta. Em áreas onde as comunicações são limitadas, por exemplo, uma unidade como o Atmos Eclipse pode ser usada para acessar dados importantes sobre a tubulação em tempo real.
A flexibilidade do sistema de detecção de vazamentos para se expandir à medida que a rede de coleta cresce também é importante. Para que a sensibilidade seja mantida, ele precisa trabalhar com o cronograma de adição de instalações. Conforme explicado acima, uma rede de coleta pode passar rapidamente de 24 para 99 instalações. Com isso, também é fundamental considerar o processo de implementação que o provedor realiza.
Referências
2 https://saudijournals.com/media/articles/SJEAT-1237-48.pdf
3 https://pipelinepodcastnetwork.com/episode-24-rttm-leak-detection-giancarlo-milano/