Escuela de Ingeniería de Petróleos

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Análisis de alternativas para el aprovechamiento de los condensados excedentes del gas que se producen en un campo petrolero colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Roa Duarte, Carlos Efrain; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique
En el mundo, en buena parte de los campos petroleros con producción de gas asociado, debido al mayor precio del crudo frente al del gas, la atención de negocio se focaliza en la producción y comercialización del petróleo dejando de lado otros recursos generadores de valor como es el gas, sus condensados y eventualmente el agua de producción. Por lo anterior, todavía es común encontrar en dichos campos desperdicios del recurso gas y condensados mediante venteos o quemas en tea sin que se implementen políticas y estrategias que propendan por un aprovechamiento integral de dichos recursos. En el campo Estudio, aproximados 90 BPD de condensados terminan quemados en tea por la falta de facilidades para su recolección y estabilización, con lo cual se generan riesgos en la seguridad del personal por la descarga súbita de hidrocarburos líquidos a la tea ocasionando alta radiación térmica, problemas ambientales por grandes emisiones de CO2, deterioro de la imagen de la empresa y afectación de caja por la quema de productos valiosos En el desarrollo de este trabajo se presenta un ejemplo de la situación mencionada atrás y mediante herramientas comerciales de simulación numérica se modela el proceso actual y a partir de este, se plantean alternativas para la recuperación y estabilización del condensado del gas natural. Al final, mediante indicadores de tipo técnico y económico se evalúan las alternativas, se selecciona la mejor para viabilizar la iniciativa de monetizar el condensado desperdiciado y se propone un procedimiento que sirve de guía para obtener mayor eficiencia y rentabilidad con el negocio gas y condensado.
Análisis del sistema de calentamiento usado para productos pesados en centro de almacenamiento y comercialización sppb- énfasis en gerencia y economía de los hidrocarburos
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Pérez Sotomayor, Ingrid Paulina; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique
En el mercado de los hidrocarburos se encuentran variados tipos de sustancias líquidas con características particulares, así como son particulares las maneras que permiten su manejo, los procesos en los que se emplean hidrocarburos pesados manifiestan como principal restricción las implicaciones generadas por la alta viscosidad. En la industria nacional de hidrocarburos se evidencia la necesidad de implementar en terminales de almacenamiento mecanismos que permitan el procesamiento de productos hidrocarburos con altas viscosidades. En la terminal de la Sociedad Portuaria Puerto Bahia se implementa un sistema de calentamiento que permite disminuir la viscosidad a los hidrocarburos pesados para posteriormente usar el sistema de bombeo para la exportación del producto, ya que dicho sistema se encuentra restringido a una viscosidad máxima definida. Debido a la necesidad que se tiene en la terminal para disminuir la viscosidad de los productos pesados, se suscitan costos que pueden presentar significativamente una disminución de los mismos implementando mejoras u optimizaciones en el sistema de calentamiento y a la vez disminuir impactos ambientales, dichas mejoras son los resultados arrojados luego de realizar un análisis energético. Para tal fin se asumió el sistema como un volumen de control global permitiendo de esta forma determinar la capacidad calorífica especifica del hidrocarburo pesado almacenado en los tanques asignados en la terminal en el momento del análisis, este se realizó a partir de la energía suministrada al sistema por gas natural empleado como combustible y el aprovechamiento del mismo el cual es evidenciado en el cambio de temperatura que presentó el producto almacenado en el tanque que se encontraba sometido al proceso de calentamiento.
Desarrollo de un modelo numérico para flujo multifásico en estado estable para sistemas de recolección de crudo
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Valle Tamayo, Gustavo Andres; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique
Un nuevo algoritmo solución para analizar flujo bifásico en redes de recolección de crudo, desde cabeza de pozo hasta separador, es presentado. Este algoritmo es adoptado en un modelo computacional por medio de la programación orientada a objetos. Se fundamenta en la resolución en marcha de las variables hidráulicas, siendo una modificación al propuesto inicialmente por Tian & Adewum. Para su ejecución, no hay necesidad de generar arreglos matriciales complejos, ya que adopta el esquema de las reglas de Kirchhoff. Asimismo, se modificaron algunas correlaciones de flujo, para que se adaptaran al algoritmo propuesto. En adición, se plantea un modelo jerárquico para modelar la transmisión de los fluidos por la red de flujo. Esta metodología se ha implementado utilizando una colección de clases en java para el modelado estructurado de sistemas altamente no lineales, a través de la jerarquización de variables, clases y subclases como componentes de un modelo. Esta investigación presenta una aplicación funcional de la metodología orientada a objetos para modelar una red de transmisión de fluido bifásico (i.e. gas, líquido). Los resultados derivados de la herramienta desarrollada fueron comparados con un software comercial, y se encuentra que el algoritmo propuesto tiene un buen desempeño respecto a esta. El modelo computacional fue desarrollado bajo los estándares de HCI (i.e. Human Computer Interaction) para garantizar un software amigable e intuitivo al usuario final.
Desarrollo de una herramienta computacional con modelos termodinámicos analítico experimentales de mezcla de aguas, para el gerenciamiento de la precipitación de los minerales inorgánicos FeS, FeS2, Fe2O3, FeCO3, SrSO4, BaSO4, CaCO3 y SiO2, en pozos que producen de dos formaciones
(Universidad Industrial de Santander, 2022-06-24) Arias Gómez, Carlos Alfonso; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique; Durán Serrano, Javier; Prieto Jiménez, Natalia; León Bermúdez, Adán Yovani
En el presente trabajo de investigación se construyó una herramienta computacional para la estimación, balance y proposición de análisis fisicoquímicos representativos para cada formación productora, utilizados en el modelamiento de la estabilidad de la mezcla de aguas, con el software comercial de preferencia del usuario y el ajuste de criterios de precipitación de minerales analizados, teniendo en cuenta los eventos históricos reportados de precipitación de minerales inorgánicos. La herramienta computacional crea las curvas de precipitación de cada mineral analizado, que permiten identificar de forma directa los rangos de mezclas en los cuales se pueden desarrollar conjuntamente las dos formaciones productoras sin problemas críticos de precipitación de minerales inorgánicos en los pozos, resultados requeridos para la toma de decisiones de gerenciamiento de la precipitación de los minerales inorgánicos analizados en este tipo de pozos. En la investigación se destaca el modelo estadístico de comparación de propiedades fisicoquímicas propuesto para la caracterización de cada agua de formación, la libertad de uso de herramientas comerciales de confianza para los modelamientos de estabilidad de aguas, la incorporación de una comparación entre los eventos históricos de precipitación de minerales inorgánicos y los índices de tendencia incrustante para la obtención de criterios de precipitación propios del campo objeto de estudio. Finalmente, se destaca la utilidad de los resultados que se pueden obtener mediante la aplicación de la herramienta en un caso real colombiano para proponer escenarios de prevención de mezclas con problemas de precipitación desde el fondo hasta superficie de los pozos productores.
Evaluacion del desempeño operacional de la unidad recuperadora de vapor (vru) estacion intermedia sur campo abarco
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Villalba Arjona, Andres Mauricio; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique
En el campo Abarco ubicado en el municipio de Puerto Boyacá, cuenta con una unidad recuperadora de vapor (VRU) que está encargada de recuperar el gas que se separa inicialmente con un separador vertical bifásico (Surge Tank) y el otro es el gas asociado a los anulares de los pozos del mismo campo. Además de estos recupera lo vapores producidos en un tanque de contingencia TK-325 ubicado en el mismo lugar E.I.S.A (Estación Intermedia Sur de Abarco). Debido a la importancia frente a las regulaciones ambientales referente a la quema de gas, el factor económico que aporta este proceso y la optimización en la producción de los pozos petroleros, esta unidad se encuentra involucrada dentro de los equipos más importantes dentro del área de producción y operaciones. Algunos de los factores que afectan el funcionamiento del equipo son su constante funcionamiento y las condiciones variables que presenta el gas que se recupera. Es por esto, que nace la necesidad de realizar este trabajo con el fin de garantizar, mejorar y mantener la VRU en las mejores condiciones para que el gas que se recupera y se utiliza como gas combustible para generadores de vapor sea constante y de una buena calidad. *
Evaluación del desempeño de diferentes aminas en plantas de endulzamiento de gas natural para incrementar la capacidad de tratamiento de gas
(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-26) Holguín Galvis, Luis Ángel; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique; Peña Velásquez, Hermes; Ariza León, Emiliano
El endulzamiento de gas es un proceso de tratamiento donde los gases ácidos como CO2 y H2S son removidos gracias a una amina en una etapa de absorción química. El endulzamiento es sumamente necesario en la cadena del gas por lo que las plantas operativas han sido estudiadas con el fin de aumentar el flujo de gas tratado además de reducir la corrosión generada por la amina debido que la naturaleza. Para solucionar el problema de corrosión y aumentar el flujo de gas se ha estudiado la planta en torno al cambio de la amina empleada variando entre la MEA, DEA y MDEA o realizarse cambios en los equipos que permitan el objetivo. Teniendo en cuenta lo mencionado, en el presente trabajo de grado se abordó una planta de endulzamiento usando la herramienta de simulación numérica Aspen HYSYS para evaluar múltiples aminas y mezclas de ellas con el fin de encontrar aquella que permita aumentar la capacidad de absorción de contaminantes ácidos con el fin de reducir la corrosión y aumentar el flujo de gas tratado. Las aminas evaluadas fueron la MEA, DEA, DIPA, MDEA, DGA, TEA y las mezclas MDEA/DEA, MDEA/MEA, MDEA/PZ donde la di-isopropanolamina aumentó un 8% la capacidad de carga de gases ácidos además de reducir la corrosión un 79%. Finalmente, se realizó un estudio paramétrico variando condiciones de operación de la planta de endulzamiento con DIPA encontrando una reducción de la concentración de H2S y de agua de inyección, con la reducción de la temperatura en la torre contactora además de un esquema de recirculación de gas aumentando el flujo tratado 3 MMSCFD. Todas las evaluaciones realizadas en simulación sirvieron para plantear un esquema optimo de operación el cual permitiera aumentar el flujo de gas tratado y reducir la corrosión además de plantearse una metodología para el análisis de esta problemática de corrosión en otras plantas.
Evaluación técnico – económica de un proceso para proteger la planta de deshidratación de caídas súbitas de presión y arrastre de glicol, durante el cargue de módulos de gas comprimido
(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-15) Martínez Barros, David José; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique; Ribón Barrios, Helena Margarita; González Silva, Germán
El trabajo de esta investigación se enfoca en el desarrollo de alternativas que mitiguen el arrastre de glicol en sistemas de deshidratación de gas natural que contenga sistemas de gasoductos virtuales como opción de desarrollo y explotación. Dado que los hallazgos de gas en el país, cada día se encuentran más alejados del sistema nacional de transporte (SNT), teniendo la necesidad de utilizar alternativas de desarrollo como gasoductos virtuales. Dicho sistema requiere de altas presiones en su proceso de compresión y llenado de módulos de transporte de gas natural, generando en planta inconvenientes como el arrastre de glicol en la torre contactora; y en consecuencia causando daños mayores a los sistemas de generación, calidad de gas, medición y perdida de producción. Mediante la modelación dinámica, se estableció una alternativa exitosa para la mitigación del riesgo y variaciones abruptas de presión que pudiesen generar arrastres de glicol. Se determina la necesidad de válvulas de regulación en los sistemas de deshidratación de gas a fin de mantener constantes las presiones en la torre contactora. Realizando una evaluación económica mediante sensibilidad de variables, se invita a la industria, a establecer como buena práctica, la protección del sistema de deshidratación mediante la utilización de válvulas reguladoras de presión.
Mejoramiento de la recuperación de gas en la red de recolección de la zona sur de un campo del Magdalena medio a través del estudio de alternativas mediante simulación de procesos
(Universidad Industrial de Santander, 2024-07-17) Luque Ortiz, Isaac Santiago; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique; Roa, Carlos Efraín; Prieto Jiménez, Natalia
En el contexto de un campo de crudo pesado ubicado en el Magdalena Medio, se enfrenta un desafío crucial relacionado con su factor de recobro de aceite. La materia prima esencial para esta operación es el gas, que constituye aproximadamente el 35% de los costos operativos (OPEX). La eficiente utilización de este recurso no solo es vital para maximizar la producción de petróleo, sino que también incide directamente en la viabilidad económica del campo. En la situación actual, el campo no está aprovechando completamente el gas producido, resultando en el venteo de alrededor de un millón de pies cúbicos por día (MPCD). Esta práctica no solo genera emisiones ambientales, sino que también plantea el riesgo de sanciones regulatorias. Además, se observa un incremento significativo en los costos operativos, con un impacto negativo de aproximadamente 1.9 millones de dólares estadounidenses (USD) al año que aumentan el costo de levantamiento. Este aumento en los costos afecta directamente las reservas disponibles y el límite económico del campo. La necesidad de abordar eficazmente este problema radica en la oportunidad de utilizar el gas disponible, reducir las emisiones contaminantes y mitigar el impacto financiero negativo en el OPEX. Esta tesis desarrolla una estrategia integral para la gestión eficiente del gas, contribuyendo a la sostenibilidad ambiental, fortaleciendo la viabilidad económica del campo, asegurando una producción de petróleo más eficiente y sostenible a largo plazo.
Planteamiento de alternativas operacionales y tecnológicas de tratamiento del gas con alto contenido de CO2 en un campo de producción de hidrocarburos
(Universidad Industrial de Santander, 2023-05-27) Franco Sandoval, Leonardo; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique; Muñoz Navarro, Samuel Fernando; Reyes García, Paola Juliana
El presente trabajo tiene como objetivo evaluar un esquema operacional a baja y alta presión para el manejo del gas natural extraído de los Yacimientos de petróleo y gas con un contenido de dióxido de carbono (CO2) mayor al 2%, seleccionar una tecnología de trata-miento y simular el proceso de endulzamiento del gas natural con el software Hysys, como una propuesta de solución al impacto que genera un alto porcentaje contenido de dióxido de carbono (CO2) presente en la corriente de gas natural. Los impactos del CO2 en la corriente de gas natural en el proceso de producción están relacionados con la integridad de tuberías y equipos (fenómenos de corrosión en materiales) y la calidad del gas natural (poder calorífico, índice de Wobbe) que podría limitar la incorporación de producción de hidrocarburos y hacer los proyectos no viables por el incremento en los costos de inversión (metalurgia, nuevos procesos), disminución de la capacidad operativa en las facilidades de superficie, generación de riesgos por la pérdida de con-tención con sus afectaciones al entorno (medio ambiente y comunidades) así como la generación de pérdidas económicas representadas en diferidas de producción de petróleo y gas y un aumento del costo operativo (mantenimiento de las infraestructura) de los campos de producción de hidro-carburos. El desarrollo del estudio permitirá analizar de forma integral para un contenido de CO2 en la corriente de gas natural de 13,5% molar los conceptos técnicos relacionado con la calidad del gas natural, presión parcial y velocidad de corrosión por CO2, los criterios de selección de las tecnologías de endulzamiento de gas natural para la remoción del CO2 , simulación en el software Hysys, los riesgos asociados a la perdida de contención en facilidades de superficie y evaluación de resultados teniendo presente variables como la presión, caudal, composición del gas natural y costos. Una alta eficiencia en el proceso de remoción de CO2 en la corriente de gas natural tendrá un aporte complementario al proceso de transición energética en la meta de cero emisiones netas al año 2050 de gases efecto invernadero en Colombia (CCUS, por sus siglas en inglés), al viabilizar en los campos de petróleo y gas con baja presión de yacimiento ser candidatos para la implemen-tación de procesos de captura de dióxido de carbono, almacenamiento de CO2 y uso de dióxido de carbono en el proceso de recuperación mejorada de petróleo (EOR).
Propuesta técnico económica para ampliar la capacidad de endulzamiento de gas del campo oripaya-enfasis en ingeniería de gas y procesos
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Cataño Gutiérrez, Vladimir; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique
Existen diversas tecnologías que promueven la extracción de gases ácidos del gas natural, estas a su vez presentan variaciones que optimizan el proceso según: (i) condiciones particulares del gas a tratar, (ii) facilidades disponibles antes y después del endulzamiento, (iii) condiciones finales requeridas del gas tratado. El presente trabajo de grado propone analizar las condiciones operativas del proceso de endulzamiento actual con aminas en la planta de gas Oripaya ubicada a una hora al norte de Cúcuta, en el departamento de Norte de Santander, de manera que se entienda claramente las restricciones y problemas del mismo emitiendo un diagnóstico definitivo; al mismo tiempo se estudiaran tecnologías reconocidas a nivel mundial en endulzamiento de gas para tener una visión clara y herramientas técnicas que permitan tomar la mejor decisión a la hora de seleccionar un sistema de remoción de gases ácido. Uno de los temas resueltos está orientado a la capacidad y eficiencia del proceso que resulta en optimizaciones y reducción en la inversión inicial al seleccionar una alternativa que presenta los mejores atributos técnicos y económicos frente al proceso y sus condiciones. Por otro lado, se requiere implementar en el corto plazo los resultados derivados de la presente investigación debido a la necesidad de cumplir los acuerdos contractuales volumétricos con el cliente distribuidor en la ciudad de Cúcuta. Los resultados de la investigación beneficiarán directamente a la población del área metropolitana de esta ciudad con el abastecimiento de gas natural. Se espera en primera instancia conocer el estado actual a nivel mundial de las tecnologías para endulzamiento de gas y su aplicabilidad a este caso específico. Así mismo, se pretende aportar en el análisis comparativo de dichas tecnologías al tratar el gas del campo Oripaya con un porcentaje de CO2 del 10% molar y 14 ppm de H2S.
Rediseño de un sistema de recolección de gas para mitigar el flujo intermitente y la formación de condensados en un campo colombiano
(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-11) Torres Martínez, Eliana Yamile; Cabarcas Simancas, Manuel Enrique; González Silva, German; García Navas, Edison Odilio
En el presente documento se realiza una evaluación técnica y un rediseño de un sistema de recolección de gas, mediante el uso de un software comercial comúnmente utilizado. Este diseño es requerido para mitigar el fujo intermitente y la formación de condensados en un campo del oriente colombiano. La evaluación incluye un análisis de las variables operacionales que intervienen a la hora de realizar el diseño y la selección de los sistemas de recolección. También se describe el modelo de simulación del proceso actual, donde se evalúa el desempeño de las facilidades de campo. Adicionalmente, se formula una matriz de esquemas de manejo de fluidos para el proceso, las cuales permiten superar los actuales problemas de condensación y flujo intermitente. Por otra parte, se realiza la selección del mejor esquema de manejo de fluidos para el proceso actual, donde incluye criterios técnicos propuestos. El documento contiene alternativas de mejora mediante el uso de software al sistema de recolección de gas, las cuales evitan la condensación de gas y el flujo intermitente y aumenta la producción de gas hacia la planta de tratamiento. Por último, se realizan recomendaciones y conclusiones, las cuales buscan mejorar las condiciones operativas de producción y reducir los costos.

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