Flujo en baches para tuberas verticales submarinas.

INTRODUCCIN.Los pozos petroleros no son todos iguales. Los pozos submarinos, que se elevan desde el fondo del mar sin llegar hasta la superficie, tienen un comportamiento sumamente particular. Para construir estos pozos y mantenerlos en produccin se requiere tremendos esfuerzos; sin embargo, estos ya han comenzado a mostrar buenos resultados

De manera tcnica los sistemas de produccin submarina son instalaciones en donde el petrleo, el gas y el agua fluye desde los yacimientos a cabezales de produccin submarinos, luego a un mltiple de conexin y una lnea de flujo hasta alcanzar finalmente un conductor vertical (riser) que los conduce a la superficie donde sern procesados.De manera ms explcita el sistema de produccin consiste en lo siguiente: una vez que una bomba elctrica sumergible en la terminacin de los pozos impulsa los fluidos del yacimiento a miles de pies hasta el cabezal del pozo, los rboles submarinos ubicados en el cabezal de los pozos contienen vlvulas para controlar la presin y puertos para inyeccin de qumicos; estos rboles submarinos estn conectados por secciones de lneas de flujo que transportan los fluidos producidos desde el rbol hasta el mltiple de conexin (Manifold), el cual concentra la produccin de los pozos antes de enviarla a travs de la lnea de flujo a una plataforma o unidad flotante de almacenamiento. La produccin de cada pozo es conocida mediante el uso de un medidor de caudal multifsico montado en el mltiple. Una bomba impulsora submarina, localizada a la salida del mltiple, bombea los fluidos producidos a travs de la lnea de flujo para que luego suban por los conductores verticales (risers) a las plataformas de produccin. Un elemento de suma importancia son las lneas umbilicales, que van desde la plataforma van hasta unidades de terminales umbilicales submarinas antes de distribuirse hacia cada cabezal de pozo y al mltiple. Las lneas umbilicales suministran la energa elctrica e hidrulica para los elementos de control ubicados en los cabezales de los pozos y en el mltiple, y sustancias qumicas para suprimir la formacin de slidos e hidratos en las lneas de produccin. Las lneas umbilicales tambin transportan seales bidimensionales de control y comunicaciones entre la plataforma y las unidades de produccin submarinas.DesarrolloLos sistemas submarinos de produccin (SSP) son aquellos usados para la extraccin de hidrocarburos del fondo del mar sin importar la profundidad a la que se encuentren. Dependiendo de su complejidad, estos pueden variar desde un pozo satlite con lneas de flujo a una plataforma fija, hasta una plantilla con varios pozos produciendo hacia equipos flotantes.Los sistemas submarinos pueden dividirse en cuatro categoras basndose en el tirante de agua, tipo de estructura para la instalacin e intervencin, conexin de las lneas de flujo, conector de cabezal, vlvulas, sistemas de control, interfase de intervencin y la de produccin, risers (conductos) de intervencin y tapa del rbol.

La funcin de los risers submarinos es proporcionar un conducto para la transportacin de hidrocarburos, inyeccin de aguas o gas, bombeo neumtico, prueba de pozo, suministro de aire, suministro de nitrgeno, ventilacin o como gua para los paquetes elctricos, hidrulicos y de comunicacin, entre el equipo en el fondo marino y los sistemas de produccin flotante. Con el objetivo de lograr la mxima integridad estructural sin exponer al riser a excesivos arrastres hidrodinmicos, las lneas de flujo verticales se ensamblan en un paquete formando una sola unidad.

A lo largo de todo el Sistema Integral de Produccin se encuentra presente el flujo simultneo de gas y lquido conocido como flujo multifsico, es de relevante importancia en los sistemas submarinos de produccin principalmente debido a que los costos de produccin estn directamente relacionados con las caractersticas del fluido que se produce.De las diferentes configuraciones que pueden adoptar las fases al fluir simultneamente, el rgimen de flujo que resulta de un mayor inters particularmente en instalaciones submarinas de produccin es el flujo bache, lo anterior debido a que se trata de la produccin intermitente de tapones de lquido y burbujas de gas que pueden alcanzar dimensiones de varios cientos de metros de longitud y pueden ocasionar problemas como grandes fluctuaciones tanto en presiones como en gastos, aunado a eso pueden tambin causar:

Dao en el equipo: vibracin, impactos debidos a la carga, corrosin. Disminucin de la eficiencia de la separacin, resultando en una separacin pobre de los fluidos. Variaciones largas y abruptas en la carga de compresores, resultando en operaciones de compresin ineficientes. Paros frecuentes de equipo.

Puede hacerse una clasificacin de la formacin de tapones de lquido y gas en un sistema de acuerdo con su mecanismo, como sigue: Bacheo hidrodinmico: Los baches hidrodinmicos generados a partir del flujo estratificado inician por la inestabilidad de las olas en la interfase lquido-gas bajo ciertas condiciones de flujo. Bacheo severo: El lquido se acumula en la base del riser, bloqueando el flujo de la fase gas. Este paquete de lquido se acumula hasta que la presin del gas es lo suficientemente alta para superar la hidrosttica y empujar el bache de lquido hacia afuera del riser.Los baches pueden ser muy severos y causar grandes variaciones en la presin y en las descargas de lquido de la tubera. El bacheo severo es una situacin de rgimen transitorio que requiere un modelado dinmico para su descripcin y prediccin. En los casos en que las predicciones realizadas resultan en problemas de manejo de gas o lquido, debe determinarse el efecto del estrangulamiento adicional corriente arriba del separador. Si el sistema de transporte termina en un riser vertical a una plataforma de recoleccin, el recorrido del bache de la tubera horizontal al tubo ascendente resulta en efectos de flujo cclicos. Como el bache desacelera en el tubo vertical, la burbuja de gas que le sigue es comprimida; dicha compresin contina hasta que se genera la energa suficiente para empujar el bache hacia afuera del riser. Cuando la presin en la cabeza de los pozos es limitada, en el riser que va del suelo marino a la plataforma puede formarse una contrapresin debido a los baches, lo que limitar la produccin de los pozos. En tales circunstancias, las prdidas de presin vertical pueden reducirse si se coloca en el fondo marino un cachador de baches y las fases gas y lquido son separadas; el lquido bombeado a la superficie y el gas fluyendo libremente a la plataforma a travs de tubos separados. Una alternativa es la inyeccin de gas en la base del riser, lo que aligera la columna de fluido y minimiza las prdidas verticales de presin.

Remediacin y prevencin de los problemas del bacheo.Algunas de las posibles soluciones aplicables son: Reduccin de dimetros. Empleo de mltiples lneas de flujo de dimensiones diferentes. Bombeo neumtico y derivacin del gas.

Resumen:Los Sistemas Submarinos de Produccin son usados generalmente para la extraccin de hidrocarburos a grandes profundidades. Conociendo bsicamente, la profundidad del fondo del mar en donde se encuentra el o los pozos y otros parmetros, se puede determinar el tipo de SSP a utilizar. Los componentes indispensables en un SSP son seis: sistema de control, cabezales, rboles, risers, umbilicales y lneas de flujo; dependiendo de cmo estn localizados los pozos en el fondo del mar, se contar o no con mltiples o plantillas. Considerando que los hidrocarburos del Golfo un da se agotarn, resulta de gran importancia para PEMEX contar con una tecnologa de cmo extraerlos de aguas ms profundas, como la llamada dona petrolera.