Escrito por 1:02 pm Artículos de Opinión

FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERÍAS

Dentro de la ingeniería petrolera existen áreas en la que se pueden encontrar diversas problemáticas que se deben afrontar, ya sea para optimización o diseño, y esta es el transporte de hidrocarburos.

La determinación de patrones de flujo, el gradiente de presión y fracción volumétrica de líquido, es un reto para la optimización del desarrollo para mejorar el diseño de los componentes de los sistemas que operen con flujo y así, reducir de manera significativa los costos asociados a la construcción y operación de los mismos.

La extracción, transporte y separación de fluidos, son actividades principales dentro de la industria petrolera. Se sabe que los pozos producen generalmente una mezcla de gas natural, agua y aceite (como fase líquida), obteniendo un flujo bifásico. Desafortunadamente, siempre pueden presentarse inestabilidades hidrodinámicas provocadas por el flujo bifásico dentro de una tubería, provocando problemas de operación.

FLUJO BIFÁSICO

Se le conoce como flujo bifásico, aquel flujo en dos fases que fluyen simultáneamente a través de una tubería. Esta es una fase gaseosa y una fase líquida, y en la industria petrolera este tipo de flujo se presenta desde la explotación y continúa hasta su proceso de refinación. Este se transporta a través de tuberías, por ese motivo es importante comprender los fenómenos que ocurren dentro de estas. Siendo los patrones de flujo, un modelo desarrollado en el que se consideran las propiedades del fluido para poder simular el comportamiento a través de las tuberías.

Figura 1.- Flujo bifásico. Fase líquida representada por el color gris, la fase gaseosa representada con el color blanco.

PATRONES DE FLUJO

Los patrones de flujo son las distintas configuraciones que se forman al unir dos o más fases por una tubería. Se han estudiado de manera teórica como experimentalmente con la finalidad de explicar el comportamiento y sus ventajas y desventajas en el transporte de hidrocarburos.

Las variables que influyen en el comportamiento del flujo son:

  • Inclinación de la tubería
  • Cantidad de agua en la tubería
  • Diámetro de la tubería
  • Velocidad de cada fase
  • Propiedades de los fluidos

Los patrones de flujo multifásico se clasifica en:

  • Flujo multifásico vertical
  • Flujo multifásico horizontal

Dentro de las actividades de la industria petrolera, anteriormente mencionado, queda claro que los fluidos producidos se trasladan del yacimiento al pozo, viajando a través de la tubería de producción o el espacio anular (según sea el método de producción), y esto implica tener problemas multifásico vertical. Durante el transporte del fluido hacia a la superficie, puede o no pasar a través de un estrangulador, posteriormente fluye con dirección a las líneas de descarga, presentándose flujo multifásico horizontal.

Lo importante ha destacar, es que cada patrón de flujo cuenta con una correlación que considera o no, algunas variables de la tubería y propiedades de los fluidos. Esto permite predecir las caídas de presión en tuberías. Algunos usos pueden ser los siguientes:

  • Diseño óptimo del aparejo de producción, debido a que se busca que la primera etapa de la producción de un pozo sea a través de su propia energía, es decir mantenga un flujo natural, permitiendo minimizar las pérdidas de presión.
  • Implementación de sistemas artificiales, implican muchas veces inyectar algún agente externo, ya sea en fase gaseosa o líquida, por lo cual se hace una evaluación de las pérdidas de presión en tuberías.
  • Diseño de tuberías, permiten determinar diámetros y longitudes óptimas de la tubería que transporta el fluido multifásico. Ejemplo, tuberías de producción, líneas de descarga, entre otros.

PATRONES DE FLUJO HORIZONTAL

Figura 2.- Flujo Estratificado [4].
Las dos fases se separan por gravedad, la fase líquida se localiza en la parte inferior de la tubería y la fase gaseosa en la parte superior. Este se subdivide en interfaz gas-líquido; estratificado suave y ondulante.

Figura 3.- Flujo Intermitente [4].
En la tubería se alterna la fase del líquido y gas. Por tapones de líquido que llenan la tubería y son separados por tapones de gas. Los patrones se  dividen en burbujas y tapones intermitentes.

Figura 4.- Flujo Anular [4].
El gas se concentra en el núcleo de la tubería como la fase continua, la fase dispersa es el líquido que genera una película alrededor de la tubería y llegan a existir gotas suspendidas en el gas.

Figura 5.- Flujo Disperso-Burbuja [4].
A tasas de flujo altas, la fase líquida es la fase continua, donde el gas se encuentra en forma de burbujas como fase dispersa.

PATRONES DE FLUJO VERTICAL

Figura 6.- Flujo Burbuja [5].

La fase continua es líquida (aceite) y la fase dispersa es el gas libre, que se presenta en forma de pequeñas burbujas, que se mueven a velocidades diferentes. En las paredes de la tubería está en contacto con la fase líquida.

 

            

Figura 7.- Flujo Slug [5].

La fase dispersa forma tapones de gas que ocupan prácticamente toda la tubería. La fase continua sigue siendo el líquido (aceite),  esté rodea la burbuja de gas y se mueven a bajas velocidades.

 

 

Figura 8.- Flujo de transición o Churn [5].

Se presenta un cambio en la fase continua, de líquida a gas. Las burbujas de gas se unen y el líquido puede entrar a la burbuja.

 

Figura 9. Flujo Anular [5].

La fase continua se presenta en forma de gas, el líquido es la fase dispersa y está en forma de gotitas. La fase dispersa genera una película en la pared de la tubería y la fase gaseosa se ubica en la parte central de la tubería.

 

 

 

Referencias

  1. Brill, J. P. (1999). Multiphase Flow in Wells (Primera ed.). Richardson, Texas: Society of Petroleum Engineers Inc.
  2. Flores, E. C. (12 de junio de 2017). Industría química. Obtenido de https://www.industriaquimica.es/articulos/20170612/flujo-vapor-gases-tuberia-ro#.XqR3IGhKjIU
  3. Multiphase Flow Production Model. (1994). Houston, Texas: Maurer engineering Inc.
  4. Peñarreta Tutillo, R. F. (noviembre de 2012). Determinación de los patrones de flujo multifásico en tuberías horizontales y selección óptima de tuberías de producción para el Campo Libertador. Quito.
  5. Researchgate. (s.f.). Researchgate. Obtenido de https://www.researchgate.net/figure/Figura-2-Patrones-de-flujo-en-tuberias-verticales-De-izquierda-a-derecha-a-Flujo-de_fig2_330934408

 

 

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Autor: Ing. Pamela Montserrat Cortés Torres

Contacto: pamela.cortes@dyscoep.com

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