Nitrógeno I Manual del Estudiante
HALLIBURTON
NITRÓGENO I INTRODUCCION Sección 1 - EL NITRÓGENO
El nitrógeno, está alrededor nuestro. Que tan frío es el e l nitrógeno líquido? El nitrógeno líquido es más fácil de transportar El nitrógeno gaseoso ocupa mucho más volumen Como se obtiene el nitrógeno líquido del aire? or que usamos el nitrógeno? Sección 2 - SEGURIDAD EN LAS OPERACIONES CON NITRÓGENO
!a importancia de la seguridad al traba"ar con nitrógeno or que ha# que respetar el nitrógeno? eligros eligros asociados con el nitrógeno Quemaduras por frío $e%ciencia de o&ígeno 'ire líquido in(amable )ragili*acón # falla de líneas E&pansión no controlada rácticas seguras para traba"ar con nitrógeno +euniones de seguridad nspeccionar es protegerse Materiales criog-nicos # no criog-nicos álvulas de alivio /unca toque equipo congelado Elementos de protección personal Sección 3 BOBEO ! CON"ERSIÓN DEL NITRÓGENO
Cómo es el proceso de conversión de nitrógeno? El nitrógeno en los tanques de almacenamiento 0ombas de nitrógeno # sistema de bombeo mportancia de la presión de succión resión de saturación apori*adores apori*adores direct1%red apori*ador (ameless 2non %red3 apori*adores indirectos !íneas de transferencia de nitrógeno !íneas de succión !íneas de priming 4istema de descarga 4istema de a"uste de temperatura 2tempering3
ariaciones en el sistema de succión 4uministro directo de nitrógeno 4uministro de nitrógeno con bomba booster 4istema combinado con bomba booster # suministro directo Sección # - E$UIPOS DE ALACENAIENTO DE NITRÓGENO L%$UIDO
5anques de almacenamiento de nitrógeno 5anque interno 5anque e&terno Elementos de seguridad de los tanques de nitrógeno álvula de via"e 2road relief3 álvulas de alivio 2válvula relief3 del tanque interno $iscos de ruptura Medidores e indicador de llenado tr#coc6 4istema de transferencia de líquido 4istema de presuri*ación del tanque 5ransferencia de nitrógeno líquido de tanque a tanque rocedimiento de transferencia para tanques fríos rocedimiento de transferencia para tanques calientes
Sección & - UNIDADES DE NITRÓGENO
7nidades de conversión de nitrógeno 7nidades de bombeo tipo trailer 2tpu3 7nidades de bombeo móvil 2mpu3 46id pumping units 2spu3 5railers de transporte de nitrógeno 5anques estacionarios
Sección ' -APLICACIONES DE NITRÓGENO ! CALCULOS BASICOS APLICADOS
'plicaciones del nitrógeno Conceptos básicos urga # presuri*ación de equipos 4ervicio de detección de fugas $espla*amiento de marranos en tuberías $espla*amiento de (uidos de un Coiled 5ubing )ractura con gas $espla*amiento de tuberías # de anular 'nular de aislamiento con nitrógeno Ca8oneo 2pun*amiento3 underbalance con nitrógeno E+)14tim 2Ca8oneo en sobre1balance3 erfCon 9#dra1:etting con nitrógeno /itrógeno en (uidos de ;or6over !evantamiento con nitrógeno 2"etting3
Estimulación con nitrógeno 'cido espumado )ractura me"orada con nitrógeno Cementación espumada Elementos del +ig up álvulas del 4istema de $escarga álvulas Cheque <5=s de despresuri*ación álvulas !o15orc Mangueras 4istemas seguridad de restricción de líneas ANE(OS
4ección . Manual /itrogen $ata for >il ell 4ervices 4ección . Manual /itrogen $ata for >il ell 4ervices
INTRODUCCION
NITRÓGENO I 0E/E/$> '! C7+4> $E E/5+E/'ME/5> /5+@AE/> B
En este curso, se cubren los siguientes aspectos básicos EL NITRÓGENO ropiedades del /itrógeno # de su obtención. SEGURIDAD CON EL NITRÓGENO Cuando se mane"a o se traba"a con /itrógeno, nada es más importante que la seguridad. CON"ERSION DEL NITRÓGENO) Cómo se hace la conversión del nitrógeno de estado líquido a estado gaseoso. SISTEAS DE ALACENAIENTO) Cómo se almacena el nitrógeno. Construcción de los tanques para nitrógeno, precauciones de sobre1 presuri*ación # procedimientos de transferencia. E$UIPOS DE NITRÓGENO) E"emplos de equipos de 9alliburton usados en los procesos de conversión # bombeo de nitrógeno. APLICACIONES DEL NITRÓGENO) $iferentes tipos de traba"os en los que se usa el nitrógeno # principios básicos de rig1up. CALCULOS BASICOS CON NITRÓGENO) Cálculos en aplicaciones de solo nitrógeno.
El nitrógeno es una valiosa herramienta usada en la industria petrolera. El reali*ar este curso le a#udará a entender sus usos # sus peligros.
Sección 1
EL NITRÓGENO E! /5+@AE/>, E45D '!+E$E$>+ /7E45+>. !o me"or del nitrógeno, es que este se encuentra de manera mu# abundante # en forma natural en el aire de manera que no es necesario buscarlo para encontrarlo. El nitrógeno es el setenta # ocho por ciento del aire que respiramos. El o&ígeno es el veintiuno por ciento # el uno por ciento restante corresponde a tra*as de otros gases.
Composición del 'ire
'lgunas propiedades importantes del nitrógeno que debemos conocer son Es noloro Es ncoloro /o es tó&ico /o es combustible 5iene ba"a conductividad t-rmica Es químicamente inerte, lo cual signi%ca que no reacciona con otros productos químicos ' condiciones atmosf-ricas, es gaseoso. ara que est- en estado líquido debe estar e&tremadamente frío.
Q7E 5'/ )+> E4 E! /5+@AE/> !Q7$>? !a respuesta es mu# frío. 5an frío que quema. ara ser e&actos, su temperatura es de -32*+# gr,o. /,0ren0eit ba"o cero 21FGH.I o) J 1BKL. oC3. N como los otros líquidos, cuando se le calienta, se evapora # pasa a estado gaseoso. or e"emplo, el agua se evapora cuando se calienta por encima de GBG o) 2BHH oC3.
Teer,tr,. criog4nic,.) !as temperaturas por deba"o de 1GF o) 21BLH oC3 son llamadas temperaturas criog-nicas. or esto, el nitrógeno líquido, que está a 1FGH o), es considerado un líquido criog-nico. ara mantener el nitrógeno en estado líquido, ha# que asegurarse de que se mantenga a esta temperatura.
N, para que mantenemos el nitrógeno en estado líquido? para facilitar su transporte. E! /5+@AE/> !Q7$> E4 MD4 )DC! $E 5+'/4>+5'+
El nitrógeno es almacenado # transportado como líquido debido a que es costo1efectivo transportarlo de esta manera. El nitrógeno es llevado líquido a las locaciones de traba"o porque en este estado ocupa mucho menos espacio que si se transportara como gas. Cuando el nitrógeno se va a usar en una operación, se vapori*a para convertirlo en gas. Esto es a lo que llamamos Oconversión de nitrógenoO. E! /5+@AE/> A'4E>4> >C7' M7C9> MD4 >!7ME/ El nitrógeno líquido ocupa mucho menos espacio que la misma cantidad de nitrógeno en estado gaseoso. Como e"emplo, imagine un recipiente que contiene un pie cPbico de nitrógeno líquido almacenado a 1FGH o). 4i este nitrógeno es calentado por encima de esta temperatura, este pasará a estado gaseoso # ocupará como gas KR veces su volumen líquido, o sea KR pies cPbicos 2esto es cierto a B atmósfera de presión3.
Esto tambi-n signi%ca que por cada pie cPbico de nitrógeno líquido que se lleva a una locación, podremos bombear KR pies cPbicos de nitrógeno gaseoso. Esta e&pansión que se tiene en la conversión del nitrógeno ahorra tiempo # dinero. que preferiría usted? Movili*ar un trailer o movili*ar KR trailers?. Esta conversión tambi-n puede ser vista de la siguiente manera B galón de nitrógeno líquido son H.BFF pies cPbicos de nitrógeno líquido. Cuando ocurre la conversión, este volumen se e&pandirá KR veces H.BFF pies cPbicos & KR nitrógeno >sea
B gal /G líquido
J
J
KF.BR pies cPbicos de gaseoso
KF.BR piesF /G gaseoso a condiciones estandar 24C3
C>M> 4E >05E/E E! /5+@AE/> !Q7$> $E! '+E? En las operaciones que reali*amos, necesitamos llevar a las locaciones el nitrógeno líquido # lo más puro posible. ara obtener nitrógeno en estas condiciones, las compa8ías de gases lo e&traen del aire, o sea, lo separan del o&ígeno # de los otros gases que están presentes en el aire que respiramos. Esto se reali*a en las plantas de separación de aire en las que el aire es captado, limpiado, comprimido # enfriado hasta que cada una de sus fracciones pasa a estado líquido. 'sí, cada uno de sus componentes es separado # almacenado en forma separada en diferentes tanques con aislamiento t-rmico. Este proceso de separación de las fracciones del aire puede ser reali*ado en dos formas por un proceso criog-nico o por un proceso de separación con membranas que es no1criog-nico. roceso de 4eparación Criog-nica
El proceso criog-nico de separación del aire usa temperaturas temperaturas e&tremadament e&tremadamente e ba"a ba"ass para para sepa separa rarr los los gase gasess que componen el aire.
5orre 5orre de Condensación
rime rimerro, el air aire es capt captad ado o # %ltrado para remover impure*as. $espu-s, es cond conden ensa sado do # refri efrige gera rado do en una serie serie de inter intercam cambia biador dores es de calor. calor. ' medida me dida que el aire se va enfr enfria iand ndo, o, el o&íge &ígeno no,, el nitrógeno eno # los otros gases presentes llegan a su punto de condensación 2el /G en Pltimo lugar3 pasando a estado líquido.
Cada uno de los componentes va siendo separado # almacenado en estado líquido en tanques con aislamiento de doble pared 2llamados 5anques 5anques $e;ar3. !a columna de destilación es el cora*ón del proceso criog-nico de separación. /ota Condensación es el proceso físico que físico que consiste en el paso de una sustancia en sustancia en forma gaseosa gaseosa a a forma líquida líquida.. Es el proceso inverso a la ebullición.. ebullición roceso /o Criog-nico de 4eparación del 'ire
!as !as unidades de memb embrana ana como las de la fotografía pueden separar el nitrógeno sin necesidad de las temperaturas criog-nicas. El aire es captado, comprimido, %ltrado, enfriado # despu-s es for*ado a pasar por %nas
membr membran anas as que que actP actPan an como como %ltros que separan los gases. El o&ígeno # las tra*as de otros gases son retornados a la atmósfera mientras que el nitrógeno es almacenado. 9alliburton no tiene equipos de campo que obtengan el nitr nitróg ógeno eno por por este este m-tod m-todo o de separación.
>+ Q7E 74'M>4 E! /5+@AE/>? !as propiedades del nitrógeno lo hace hacen n idea ideall para para dife diferrente entess aplicaciones en el campo petr petrol oler ero o de esti estimu mullació ación n # cementación. El nitr nitróg ógeno eno no reac reacci cion ona a con con otros productos por lo que no da8a las formaciones. uede ser usad usado o en prue prueba bass de pres presió ión n para para la dete detecc cciión de fuga fugass # puede formar sistemas de (uidos viscosos para el transporte de propante. 'demás, el nitrógeno es /5ci6 e tr,n.ort,r) El nitrógeno líquido que puede ser llevado a las loca locaci cion ones es en los los tran transp spor orte tess crio criogg-ni nico coss equi equiva vale len n a gran grande dess volPme volPmenes nes de nitró nitrógeno geno gaseoso gaseoso.. 'demás 'demás,, el nitró nitrógeno geno líqui líquido do es liviano liviano 2.RIL lbSgal3. GHHH gal de nitrógeno nitrógeno pesan BFIKH lb # pueden convertirse en casi GHH,HHH pies cPbicos de nitrógeno gaseoso, A7n,nte , 7,8o co.to) El nitrógeno es el producto más abundante a nuestro alrededor # su separación es de ba"o costo. 'demás, su disposición es completamente inofensiva # no tiene problemas como ocurre con otros gases como el C>G. Se ., or .. roie,e. e e9,n.ión) Como #a vimos, el nitrógeno se e&pande al vapori*arse en una relación de volumen de B a KR. KR. Esto Esto hace hace del del nitr nitróg ógen eno o un sust sustit itut uto o idea ideall del del agua agua en el fracturamiento de formaciones de ba"a presión. Inerte) /o reacciona químicamente con otras sustancias por lo que no es corrosivo, corrosivo, no combuste # no causa causa productos indeseados.
5odo 5odo lo anterior signi%ca que traba"ar con el nitrógeno es seguro? /o necesariamente, eso depende de usted.
Sección 2
SEGURIDAD EN LAS OPERACIONES CON NITRÓGENO !' M>+5'/C' $E !' 4EA7+$'$ '! 5+'0':'+ C>/ /5+@AE/> Cuando se mane"a nitrógeno, se traba"a con e&tremos e&tremas temperaturas # e&tremas presiones. Cuando se traba"a con una sustancia tan fría como el nitrógeno líquido 21FGH.I o)3 no se quiere cometer errores. En esta sección veremos las prácticas seguras # las consecuencias # peligros de no seguir estas prácticas. >+ Q7E 9'N Q7E +E4E5'+ E! /5+@AE/>?
ara traba"ar con, o cerca del nitrógeno, se debe traba"ar teniendo mu# en cuenta las medidas de seguridad. $e lo contrario, el nitrógeno puede ser peligroso # causar graves consecuencias si se le trata sin los cuidados necesarios. !etrero aprobado para transporte de /itrógeno !íquido 2$>5 T 74'3
'lgunos de los potenciales peligros de los que necesitamos estar alerta cuando traba"amos con nitrógeno líquido son
Quemaduras por frío $e%ciencia de o&ígeno 'ire líquido in(amable
)ragili*ación de las líneas de hierro E&pansión no controlada.
E!A+>4 '4>C'$>4 C>/ E! /5+@AE/> Q7EM'$7+'4 >+ )+> !a temperatura e&tremadamente ba"a del nitrógeno hace que todo lo que entre en contacto con -l se enfríe. 5ocar el nitrógeno líquido o el equipo no aislado que contenga nitrógeno líquido es e&tremadamente peligroso para su piel. !a Q7EM'$7+' >+ )+>, da8a los te"idos del cuerpo de la misma manera que una quemadura. !os o"os son un caso aPn más delicado una sola gota de nitrógeno líquido puede causar en los o"os da8os irreversibles, incluso la ceguera. or esto, la Pnica alternativa que ha# para traba"ar cerca del nitrógeno líquido es usar los equipos de protección personal 2EUs3 completos # adecuados.
!os o"os pueden lesionarse permanentemente con una sola gota de nitrógeno líquido
4i usted sigue las medidas de precaución adecuadas, usted nunca sufrirá una quemadura por frío. 4in embargo, es necesario conocer que hacer # que no hacer si llega a ocurrirle o si necesitar a#udar a alguien con quemadura por frío.
!leva a la victima a un lugar templado o a un sitio cerrado. /unca frote el sitio afectado ni lo e&ponga a temperaturas mu# calientes como bolsas de agua caliente o lámparas de calor. Estas temperaturas e&tremas ocasionarían quemaduras adicionales.
onga inmediatamente el área afectada en agua templada 2KL1 BHH o) o FL1FR oC3 # de"e que la circulación sanguínea se reestable*ca por sí misma. 4i no cuenta con agua templada, cubra el área afectada con una tela. 4i la *ona afectada inclu#e manos o dedos, colóquelos deba"o de sus propios bra*os para que se calienten. $-le a la víctima una bebida tibia no alcohólica. 'nime a la víctima a hacer movimientos de las e&tremidades afectadas. !leva inmediatamente a la víctima a un m-dico.
E!A+>4 '4>C'$>4 C>/ E! /5+@AE/> $E)CE/C' $E >VAE/> !a combinación de gases que están presentes en el aire es la me*cla adecuada para que respiremos # traba"emos normalmente. 7na concentración diferente de gases nos causa alteraciones físicas # mentales. El nitrógeno es inholoro e incoloro lo que lo hace mu# difícil de detectar. Cuando aumenta el nivel de nitrógeno en el aire que respiramos, se reduce el nivel del o&ígeno que necesitamos sin alertarnos. !a de%ciencia de o&ígeno es una condición peligrosa en la que se puede presentar descoordinación, nauseas, convulsiones, coma e incluso la muerte. S:nto,. e 6, De;cienci, e O9:geno Concentr,ción S:nto,. e O2 en e6 ,ire GB W /ormal +espiración profunda BI W ulso rápido obre coordinación -rdida de equilibrio BG W $escoordinación !abios a*ules /auseas BH W iel pálida -rdida de conciencia I min. 4e puede recuperar con tratamiento W min. LHW posibilidades de muerte min. Muerte
Coma en IH segundos IW Convulsiones Muerte En áreas bien ventiladas el nitrógeno se dispersa en el aire mu# fácilmente. 4in embargo, en áreas pobremente ventiladas el nitrógeno se puede concentrar # despla*ar al o&ígeno formando una atmósfera inadecuada para respirar. En sitios más ba"os del sitio donde estamos traba"ando con nitrógeno líquido, este se puede decantar # acumularse en áreas cerradas. Esta situación es de especial cuidado en traba"os en plataformas oXshore # al hacer la movili*ación de equipos de nitrógeno en barcos. or el peligro del despla*amiento del o&ígeno por el nitrógeno, es mu# importante asegurarse que se traba"e en áreas bien ventiladas cuando se opere con nitrógeno líquido. E!A+>4 '4>C'$>4 C>/ E! /5+@AE/> '+E !Q7$> /)!'M'0!E 4i tener una concentración de o&ígeno ba"a es peligroso, el tenerla alta tambi-n lo es. !as líneas no aisladas que transportan nitrógeno se enfrían mu# rápido. El aire que entra en contacto con estas líneas ba"a su temperatura a casi la temperatura del nitrógeno por lo que se presenta su condensación. Como el punto de condensación del o&ígeno es ma#or que el del nitrógeno, el aire condensado puede contener altos niveles de o&ígeno # ser altamente in(amable. Este condensado se presenta en el e&terior de las líneas # puede formar escarchas o acumulaciones de líquido. El contacto de este aire condensado con grasas o aceites, puede ocasionar una e&plosión. Esta puede ocurrir ba"o sus botas, si sus suelas están impregnadas de grasa.
El aire líquido puede llegar a tener concentraciones de o&ígeno tan altas como LGW. 9a# que reconocer este peligro # evitar la presencia de fuentes ignición en cercanías al nitrógeno líquido.
E!A+>4 '4>C'$>4 C>/ E! /5+@AE/> )+'A!Y'C@/ N )'!!' $E !/E'4 !os equipos, líneas # componentes de las unidades de nitrógeno están especialmente dise8ados para almacenar, transportar # bombear nitrógeno líquido # son de materiales que pueden soportar las temperaturas criog-nicas. or otra parte, las líneas de descarga $ME que comunican a los equipos de nitrógeno con el po*o son de hierro tratado 2s;eet iron3. Este material no está dise8ado para traba"ar por deba"o de 1IH o) 21IH o C3. or deba"o de esta temperatura, este material se fragili*a. or esto, por estas líneas no debe (uir nunca nitrógeno líquido. 4i en algPn caso las líneas o las cone&iones del $ME se congelan por contacto con nitrógeno frío, /7/C' las golpee. 4i usted sospecha que una línea de $ME tiene o ha estado e&puesto al nitrógeno líquido, de"e que esta se línea se aclimate antes de moverla # desarmarla. 'dicionalmente, asegPrese de que esta tubería se re1certi%que # se pruebe antes de volverla a usar.
E!A+>4 '4>C'$>4 C>/5+>!'$'
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/osotros usamos el nitrógeno por sus propiedades de e&pansión 2de B a KR veces su volumen al pasar de estado líquido a estado gaseoso3. ara pasar de líquido a gas, solo se tiene que adicionar calor al nitrógeno líquido. ero, que pasa si esto ocurre dentro de un recipiente cerrado? magine que pasaría si el nitrógeno quedara atrapado en una línea de transferencia entre dos válvulas, sin vía de escape. ' medida que el nitrógeno recibe calor de los alrededores, este intentará e&pandirse en volumen. 'l no poder hacerlo, se incrementaría la presión interna # podría llegar hasta IG,HHH psi. /o tenemos líneas que soporten esta presión # lo que ocurriría sería una e&plosión al fallar la tubería. or esto nuestros sistemas están dise8ados con válvulas de alivio #So discos de ruptura que en caso de un incremento de presión, la liberen hacia el e&terior.
!os gases comprimidos tienen una tremenda energía # ese es otro peligro que debemos considerar. Como e"emplo, una sección de BG ft de tubería de F in. llena de nitrógeno líquido a BH,HHH psi contiene una energía similar a KH libras de nitroglicerina. 'segPrese de revisar la unidad # de asegurarse de que sus elementos de seguridad están en buenas condicionesZZ. +DC5C'4 4EA7+'4 '+' 5+'0':'+ C>/ /5+@AE/>
ara traba"ar en forma segura es necesario tomarse un tiempo, pensar acerca de la operación que se va a reali*ar, mantener la mente clara # hacer las cosas de manera correcta. ' continuación listamos algunas de las prácticas seguras que siempre deben seguirse al traba"ar con nitrógeno 9acer una inspección visual completa de las líneas, tuberías # mangueras. +eali*ar cualquier reempla*o de accesorios que sea necesario antes de iniciar el bombeo. Mantener el nitrógeno líquido ale"ado de los materiales no criog-nicos. 'segurarse de que todos los elementos de seguridad están instalados # en buenas condiciones. /unca toque un equipo que est+eunión de 4eguridad congelado. 'sistir a las reuniones de 4iempre use el equipo de seguridad. protección personal adecuado. +DC5C'4 4EA7+'4 +E7/>/E4 $E 4EA7+$'$
El asistir a las reuniones de seguridad no es opcional. ndependientemente de cuando se realicen, estas son el elemento central para lograr un traba"o seguro. !a participación de todos los involucrados en el traba"o es mu# importante. En los accidentes ocurridos en los traba"os con nitrógeno, los afectados han sido con frecuencia personas que no están involucradas directamente con el mane"o del nitrógeno.
+DC5C'4 4EA7+'4 /4ECC>/'+ E4 +>5EAE+4E 'ntes de comen*ar cada traba"o, inspeccione el área de traba"o # el equipo # ponga atención a las fuga # a los desgastes e&cesivos.
4iga todos los procedimientos de inspección de su equipo. 4i no está familiari*ado con ellos, pregPntele a su supervisor. Cuando encuentre un problema, repórtelo inmediatamente # hágale seguimiento hasta su reparación. 5omarse el tiempo para asegurarse de que su equipo está en buenas condiciones es el me"or seguro que usted puede tener.
+DC5C'4 4EA7+'4 M'5E+'!E4 C+>A[/C>4 N /> C+>A[/C>4 !os materiales criog-nicos pueden mane"ar las temperaturas e&tremas del nitrógeno líquido # deben usarse en todas las super%cies que van a estar en contacto con temperaturas criog-nicas. El equipo que est- en contacto con estas temperaturas debe ser chequeado minuciosamente antes # despu-s de cada traba"o. !os materiales criog-nicos inclu#en
Cobre 'cero ino&idable 24erie FHH3 0ronce 'luminio 2ara ba"a presiónS e&tremo abierto3
$iferentes partes del equipo de nitrógeno están hechas de materiales que no son criog-nicos. Es necesario ser conciente de ello # evitar su contacto con nitrógeno líquido para evitar su da8o.
ni la ma#or parte de los cauchos ni los plásticos. Esto inclu#e la tubería del $ME, las mangueras hidráulicas, el chasis del equipo, las llantas # el tanque e&terno del tanque criog-nico.
Efectos del contacto de materiales no criog-nicos con el /G líquido
/o son materiales criog-nicos el acero al carbón
Estas partes no deben hacer contacto con el nitrógeno líquido # deben ser inspeccionadas con frecuencia para identi%car si presentan da8os. 4i las super%cies de estas partes entran en contacto con nitrógeno líquido pueden %surarse.
+DC5C'4 4EA7+'4 D!7!'4 $E '!> !as unidades de bombeo tienen válvulas de alivio como elemento de seguridad. Estas previenen que se presenten sobre1presiones. En caso de que se de"e nitrógeno líquido atrapado, al subir la presión las válvulas de seguridad se abrirán # rela"arán la presión antes de que los equipos fallen. !as válvulas de seguridad están instaladas en cualquier lugar donde el nitrógeno líquido pueda quedar atrapado entre válvulas de aislamiento. 'lgunos sistemas cuentan con un segundo # con un tercer sistema de seguridad. 'demás, puede haber un disco de seguridad instalado en las mangueras.
álvula de 4eguridad # $isco de +uptura
$ise8adas con la seguridad en mente, las válvulas de alivio siempre deben tener su descarga por deba"o de la carrocería para reducir la posibilidad de que el nitrógeno líquido entre en contacto con materiales no criog-nicos en caso de que la válvula se opere.
Cuando una válvula de seguridad de alta presión se abra, es necesario reempla*arla #a que no ha# garantía de que la válvula vuelva a su presión de apertura original. Cono*ca donde están locali*adas, revise que tengan sus sellos # etiquetas de fábrica # que est-n en buenas condiciones antes de salir a un sitio de traba"o.
+DC5C'4 4EA7+'4 /7/C' 5>Q7E EQ7> C>/AE!'$> Est- atento en su traba"o # aprenda a reconocer situaciones que pueden ocasionar da8os.
!ínea de transferencia con /G líquido
7sted será capa* de notar la presencia de nitrógeno líquido dentro de un componente por la escarcha que se forma en su super%cie 2Esta escarcha se forma por el congelamiento del agua que está presente en el aire3. Estos componentes pueden ser las líneas de conducción, las bombas, # otras partes de la unidad.
9emos revisado que puede pasar si su piel se e&pone al nitrógeno líquido debido a la temperatura e&tremadamente ba"a. !o mismo puede ocurrir si tiene contacto con las super%cies escarchadas de un componente donde ha# nitrógeno líquido. 4iempre use guantes con aislamiento # demás elementos de protección personal cuando traba"e cerca del nitrógeno líquido. +DC5C'4 4EA7+'4 E!EME/5>4 $E +>5ECC@/ E+4>/'! El sitio de traba"o puede ser un sitio peligroso, especialmente si se tiene nitrógeno líquido. Cuando algo va mal, pueden ocurrir cosas de manera mu# rápida. El usar los elementos de protección personal adecuados puede reducir grandemente el riesgo de ser lesionado en esos casos. 4i, la temperatura puede ser alta # usar todos los EUs no es lo más confortable. Estos pueden ser a veces pesados, pero son lo Pnico que
se interpone entre usted # una lesión potencial. 5al ve* usted piense que los protectores auditivos son incómodos, pero la operación del equipo de bombeo es ruidosa # el e&ponerse a ese ruido le irá quitando su capacidad auditiva poco a poco. uede que alguna ve* usted est- corto de tiempo # est- tentado a traba"ar sin la protección adecuada. /uestra recomendación es /> !> 9'A'. Ese tipo de
>veroles de manga larga 2con sus botas por fuera de las botas3 rotección auditiva Auantes 2con aislamiento, largos # de fácil remoción3 0otas con punta de acero Aafas de seguridad Casco de seguridad Aoogles o Máscara facial
Sección 3
BOBEO ! CON"ERSIÓN DEL NITRÓGENO 9alliburton usa nitrógeno gaseoso en muchas aplicaciones en diferentes líneas de servicio. 'lgunas de estas aplicaciones requieren cantidades e&tremadamente grandes de nitrógeno por lo que la manera más lógica de transportarlo es en forma líquida # en locación se convierte a nitrógeno gaseoso. !lamamos con E4 E! +>CE4> $E C>/E+4@/ $E /5+@AE/>? Como #a lo hemos visto, cuando el nitrógeno líquido recibe calor de sus alrededores, este se evapora. Cuando bombeamos nitrógeno, bombeamos nitrógeno líquido controlando su caudal # el del calor que le suministramos para obtener la cantidad de nitrógeno gaseoso a las condiciones que requerimos. 'hora vamos a ver lo que ocurre con el nitrógeno en cada parte de este proceso.
E! /5+@AE/> E/ !>4 5'/Q7E4 $E '!M'CE/'ME/5> El proceso de conversión del nitrógeno comien*a en el tanque. El nitrógeno líquido que se almacena en un tanque criog-nico no se mantiene BHHW aislado El calor que logra entrar al tanque interno causa que parte del nitrógeno líquido se caliente # se evapore haciendo que aumente la presión del tanque. ' medida que el nitrógeno líquido se evapora, las burbu"as de gas entran dentro del líquido incrementando su presión. Esa condición en que el líquido coe&iste con el gas se llama 4aturación # debería mantenerse en H psi lo que equivale a tener un contenido de BHHW líquido. Mas tarde e&plicaremos cual es la importancia de esto. ara tener un contenido de nitrógeno lo más frío posible # con ba"o contenido de gas, antes de cada operación el tanque debe ser despresuri*ado abriendo la válvula de blo; do;n. 'l hacer el blo;do;n se libera el nitrógeno caliente a la atmósfera # nos quedamos con el nitrógeno líquido # frío para la operación.
0lo;do;n del 5anque de /G
'l despresuri*arse el tanque se e&traen las burbu"as que ha# en el líquido reduciendo la presión del líquido. Este proceso es llamado <'condicionamiento= del líquido. +eali*ar el blo;do;n libera la presión que se genera dentro del tanque debido a la entrada de calor.
Too oo t,n= t,n=e e e nitr nitróg ógen eno o e7e e7e e. e.re re. .ri ri>, >,r. r.e e ,nte ,nte. . e re.ri>,r6o ,r, tr,7,8,r con e6 nitrógeno 6:=io+
resuri*ación del 5anque de /itrógeno 7na ve* que se ha despresuri*ado el tanque # la presión ha ba"ado a H psi, puede comen*ar a presuri*arse. ara ara pres presur uri* i*ar ar un tanq tanque ue,, el nitr nitróg ógen eno o líqu líquid ido o es envi enviad ado o a un serpentín en el que el nitrógeno se vapori*a. El nitrógeno gaseoso regresa e&pandido al tanque por su parte superior # la presión interna interna del tanque se incrementa.
4istema de resuri*ación de un 5anque de /G
4erpentín
!os tanques de ba"a presión se operan a GH1GL psi # los tanques de alta alta presi presión ón se operan operan a RL psi. psi. ' esta esta presi presión ón el nitró nitrógeno geno líquido líquido puede ser suministrado a las líneas de descarga # a la bomba que se encuentran a menor presión. En los tanques de ba"a presión # en algunos transportes es necesario una bomba booster para impulsar al nitrógeno #a que el tanque no puede ser presuri*ado a más psi. 4i tiene abierto el sistema de presuri*ación de un tanque, nunca lo de"e sin atención. 'hora que el tanque está presuri*ado, podemos hacer que el nitrógeno líquido (u#a del tanque a la bomba. 0>M0'4 $E /5+@AE/> N 445EM' $E 0>M0E> 0ásicamente, todas nuestras bombas de nitrógeno están dise8adas para para reci recibi birr nitr nitróg ógen eno o líqu líquid ido o a ba"a ba"a presi presión ón,, tran transfe sferi rirl rle e ener energí gía a
mecánica # entregar nitrógeno líquido a alta presión. 'demás, deben reali*ar este procedimiento soportando altas presiones # temperaturas e&tremadamente ba"as. !as bombas de nitrógeno de las unidades de 9alliburton son bombas triple& 2bombas de despla*amiento positivo de tres pistones3. $urante su opera operaci ción ón,, cada cada pist pistón ón se mueve mueve haci hacia a dela delant nte e # haci hacia a atrá atráss despla*ando en cada via"e 2stro6e3 un volumen igual al volumen del pistón. ara que el nitrógeno se mantenga líquido dentro de los pistones, estos deben enfriarse a la temperatura del nitrógeno líquido por lo que estos se fabrican en acero ino&idable. 4i el nitrógeno líquido entra en una bomb bomba a que que no se ha enfr enfria iado do su%c su%cie ient nteme ement nte, e, el calo calorr prese present nte e ocasi ocasion onar ará á la form formac ació ión n de burb burbu" u"as as que que hará harán n que que la bomb bomba a no funcione funcione apropiadam apropiadamente ente ocasionando ocasionando cavitación cavitación e incluso, incluso, que no se pueda bombear.
0omba de /itrógeno 5riple& /itrógeno
istones de una 0omba de
Como Como sabemos, sabemos, el nitróge nitrógeno no se acondic acondicion ionó ó antes de presuri* presuri*ar ar el tanque. Esto es necesario para que el nitrógeno est- en estado líquido, frío # libre de burbu"as # llegue así a la bomba. !as bombas traba"an me" me"or cuand ando el líquido que está stán bombeand ando se mantiene ene comp comple leta tame ment nte e líqu líquid ido. o. 4i ha# burb burbu" u"as as en el líqu líquid ido, o, el bombe bombeo o resulta difícil e incluso imposible. Cuando ha# burbu"as se presenta cavitación de la bomba lo cual la da8ará con el tiempo. "er) Nitrogen ?i.er @ S.te. @ N2 . @ Nitrogen ?i.er @ S.te. @ N2 . @ Tri6e9
mportancia de la resión de 4ucción
>tro requisito para que una bomba triple& pueda bombear es que el (uido tenga su%ciente presión en la succión de la bomba. ara ara tene tenerr un buen buen sumi sumini nist stro ro de nitr nitróg ógen eno o líqui quido a la bomb bomba a se necesitan RL psi en su succión. Esto se consigue con la presión del tanque si es de alta presión, o con una bomba booster si el tanque es de ba" ba"a pres presiión. ón. 4i la pres presiión de succión está por deba"o de los RL psi ha# tres posibles causas el nivel del tanque está mu# ba"o, la válvula de succ succió ión n no est está comp complletam etamen ente te abierta o la línea de succión tiene alguna obstrucción.
Manómetros de 4ucción de la 0omba de /itrógeno
$e otra parte, si la presión de succión es mu# alta, esto se puede deber a un defecto en la regulación de la presi presión ón del del tanq tanque ue.. 4iem 4iempr pre e veri%que veri%que que el valor de succión succión sea el correcto # si detecta los defectos mencio mencionado nados, s, corrí" corrí"alo aloss en cuanto cuanto pueda.
resión de 4aturación Estas Estas bomb bombas as hace hacen n un e&ce e&cele lent nte e trab traba" a"o o bomb bombean eando do nitr nitróg ógeno eno líqu líquid ido, o, pero pero son son comp comple leta tame ment nte e inefectivas bombeando bombeando nitrógeno nitrógeno gaseoso. Estas bombas triple& traba"an me"or con nitrógeno líquido, frío # libre de burbu"as.
resión de 4aturación 4aturación
Cone&ión para la medición de la resión de en la succión de la bomba
!a medición que tenemos de la calidad del nitrógeno líquido que esta entrando a la bomba es la presión de saturación. Esta presión es la presión del vapor del nitrógeno] en este caso, medido en la succión de la bomba. 7na ba"a presión de saturación signi%ca que se tiene un buen nitrógeno líquido. 7na alta lectura de presión de saturación signi%ca que está entrando gas con el (uido # que usted va a estar bombeando con una e%ciencia reducida que podría afectar la bomba con el tiempo. 7na alta presión de saturación es una indicación de que el nitrógeno líquido no ha sido adecuadamente acondicionado. Como vimos, la presión de saturación es una buena forma de monitorear la condición en que está el líquido que se está bombeando. El rango óptimo de presión de saturación para mantener la bomba fría está entre H # GL psi. Entre más cerca se encuentre de H psi, el líquido está en me"ores condiciones para ser bombeado. 'lgunas de las causas por las que se puede tener altas presiones de saturación son –
– –
El tanque de almacenamiento no se despresuri*ó su%cientemente antes de comen*ar la operación. /ota En un traba"o de bombeo el valor mas ba"o de la presión de saturación que podemos conseguir es igual a la presión a la que ha#amos ba"ado la presión del tanque durante el acondicionamiento del nitrógeno líquido. El tanque de almacenamiento está casi vacío. El caudal de bombeo es mu# ba"o # el nitrógeno se gasi%ca en la succión de la bomba
–
/o se hi*o el Cooldo;n de la bomba adecuadamente antes de comen*ar a bombear.
Con el %n de mantener la bomba fría # operando e%cientemente, se debe mantener la presión de succión entre L # RL psi. 'l mismo tiempo, la presión de saturación debe mantenerse en GL psi o menos. 4i la presión de saturación se incrementa, esto causará que la bomba cavite # puede ser necesario volver a enfriar la bomba. +ecuerde asegurarse de que el nitrógeno líquido este adecuadamente acondicionado antes de enfriar la bomba. El operador debe interpretar la presión de saturación como una indicación de la temperatura del nitrógeno en la succión de la bomba de acuerdo a la siguiente tabla
+E4>/ $E 4'57+'C>/ 2psi3 H L BH BL GH GL FH FL IH IL LH
5EME+'57+' 2o)3 1 FGH.I 1FBL. 1FBF 1FH.R 1FHL. 1FHF.G 1FHH.K 1GK.R 1GK.R 1GKI. GKF.G
Recere no conn, 6, re.ión e .cción con 6, re.ión e .,tr,ción+ ,nteng, n o8o en 6, re.ión e .,tr,ción
'>+Y'$>+E4 $icho de forma corta, la sección de vapori*ación de una unidad de nitrógeno es un sistema dise8ado para proveer calor # aumentar la temperatura del nitrógeno líquido que sale de la bomba triple& para
convertirlo en /itrógeno gaseoso. El calor producido por el vapori*ador es regulado por el operador de manera que suministre la cantidad de calor necesario de acuerdo con el caudal de /G. 9alliburton usa F tipos de vapori*adores 7na unidad Direct-/ire utili*a una llama para calentar un (u"o de aire, # el aire calienta el nitrógeno. 7na unidad Non-/ire o /6,e6e.. utili*a para el proceso de vapori*ación diferentes fuentes de calor de la unidad que no tienen llama. !os vapori*adores inirecto. usan un (uido como el glicol 2anticongelante3 calentado por fuego, el cual trans%ere su calor al nitrógeno líquido para vapori*arlo.
apori*adores $irect1)ired En un sistema de vapori*ador Direct-/ire, una llama alimentada por un combustible 2diesel3 suministra calor # los gases calientes producidos son dirigidos hacia los tubos del intercambiador de calor por los que pasa el nitrógeno. !a temperatura dentro del intercambiador de calor se regula incrementando o reduciendo la velocidad del ventilador o cambiando la presión de suministro del combustible.
Caldera de una unidad de /G $irect1)ired
!a temperatura dentro de esta unidad puede subir mu# rápido # da8ar el tubing del intercambiador de calor. or esto, estas unidades cuentan con un sistema 2
que se detecte que se e&cede el límite de temperatura. >perar una unidad $irect1)ired es sencillo pero ha# que tener permanentemente cuidado del calor que se está generando en el vapori*ador. El ventilador que se encuentra en el e&tremo del vapori*ador crea un (u"o de aire que tiene dos funciones or una parte, el aire es usado para mantener la llama en la caldera. N por otra, parte del aire es usado como amortiguador. Este aire (u#e alrededor de la caldera # entra a un área donde enfría # limita las llamas para evitar que alcancen el con"unto de tubings por los que (u#e el nitrógeno líquido. El (u"o de aire caliente continPa pasando alrededor de los tubings aumentando la temperatura del nitrógeno líquido # convirti-ndolo en gas. El nitrógeno vapori*ado sigue su recorrido # (u#e hacia las líneas de descarga.
apori*ador )lameless 2/on )ired3 7n sistema )ameless o ndirect1)ired utili*a el calor de las diferentes partes # de los diferentes (uidos de la unidad el motor, los sistemas hidráulicos, el agua de enfriamiento # los vapores del e&hosto. !as diferencias más notorias entre una unidad )lameless # un sistema $irect1)ired son que una unidad )lameless no tiene un vapori*ador tipo caldera # que cuenta con una bomba # vapori*ador de agua. En la operación, el proceso es el mismo hasta el momento que el nitrógeno líquido sale de la bomba triple&. El calor generado por el motor de la unidad es acumulado # transferido a una me*cla aguaSglicol LHSLH. Esta me*cla caliente es enviada a un vapori*ador por donde pasan los tubos por los que (u#e el nitrógeno líquido. El calor del agua se trans%ere al nitrógeno para que ocurra su conversión a gas.
4i el sistema vapori*ador de agua se enfría demasiado, o comien*a a perder temperatura, puede abrirse una válvula diverter para que parte del nitrógeno líquido sea enviado hacia otro vapori*ador que aprovecha el calor de los vapores del e&hosto del motor.
!as líneas de descarga de ambos vapori*adores se unen en una sola línea antes de salir hacia el po*o. Cada fuente de calor debe monitorearse permanentemente para mantener una temperatura de conversión óptima.
apori*adores ndirectos 7n vapori*ador inirecto es una combinación de los vapori*adores $irect1)ired # de los tipo )lameless #a que cuenta con una caldera de llama # con un circuito de agua1glicol que causa la conversión del nitrógeno en un ba8o de agua. 7n punto importante a tener en cuenta en la operación de una unidad de vapori*ador indirecto es que su tiempo de respuesta a un cambio de suministro de calor toma entre L # BH minutos de manera que es necesario planear el requerimiento de calor con antelación. ' continuación se presentan diferentes puntos a tener en cuenta en la operación de un vapori*ador.
Mantenga el apori*ador en buenas condiciones
El peor enemigo de un vapori*ador es el sucio que puede acumularse en sus super%cies # que pueden hacerlo menos e%ciente. El hollín puede acumularse en los tubos del intercambiador de calor # aislar su super%cie. Esto reduce el área de transferencia # hacer más difícil transferirle el calor al nitrógeno para vapori*arlo. 4i usted nota que tiene que operar el vapori*ador a una ma#or temperatura que en los traba"os anteriores, esto puede ser un indicio de que el vapori*ador necesita limpie*a. 'demás, asegPrese de que el vapori*ador está operando en condiciones óptimas veri%cando # que se tiene vapores de e&hosto limpios. 4e pueden hacer a"ustes del suministro de combustible chequeando la condición de estos vapores 7n humo negro indica que usted necesita ma#or velocidad del ventilador o menor presión en el suministro de combustible. +eporte cualquier condición inusual en la operación a su supervisor para que se haga la inspección # evaluación de su equipo. !/E'4 $E 5+'/4)E+E/C' $E /5+@AE/> El sistema de líneas de transferencia de una unidad de nitrógeno está dise8ado para operar en un amplio rango de presiones, desde ba"as presiones para el blo;do;n del tanque de /G, hasta altas presiones en la descarga.
!íneas de blo;do;n para despresuri*ar 2ba"a presión3
!íneas de descarga del tanque # succión de la bomba 2ba"a presión3
!íneas de descarga de la bomba 2alta presión3
!a tubería que conecta el tanque con el mánifold de la succión de la bomba, es considerada tubería de ba"a presión # opera a apro&imadamente RL psi. !a tubería de alta presión se encuentra desde la descarga de la bomba de nitrógeno hasta la descarga.
En todo el sistema de líneas de transferencia de la unidad de nitrógeno ha# elementos # conectores especí%camente dise8ados para estas líneas. !os accesorios Ara#loc, 'utoclave # eco son los más frecuentemente usados. 'hora vamos a detallar los cuatro sub1sistemas de líneas de una unidad # sus funciones - !íneas de succión - !íneas de priming - 4istema de descarga - 4istema de a"uste de temperatura 2tempering3
!íneas de 4ucción Estas, son líneas de ba"a presión dise8adas para llevar el nitrógeno líquido del tanque a la bomba. Estas líneas están hechas en 'cero ino&idable serie FHH o cobre. !as líneas de succión deben traba"ar tan frías como sea posible. El calor que les entre vapori*a algo de nitrógeno lo que puede incrementar la presión de saturación en el manifold de succión. or esto, es una buena idea aislar estas líneas con espuma, %bra de vidrio u otro material que sea buen aislante t-rmico. En la línea de succión ha# instalado un %ltro de BHH micrones 2strainer3 para retener mugres evitando que entren a la bomba. Es necesario mantener este strainer limpio. 4i usted nota que tiene buena presión en el tanque de nitrógeno, pero ba"a presión en la succión de la bomba, es mu# posible que la causa sea que el strainer se encuentre obstruido # sea necesario desmontarlo # limpiarlo.
4trainer en la línea de succión
Más adelante veremos los diferentes dise8os que e&isten de este sistema de succión. !íneas de riming El sistema priming consiste de líneas de alta presión que permiten el enfriamiento de la bomba de nitrógeno para que pueda bombear el nitrógeno líquido. Este proceso se llama
nitrógeno pasa por la bomba esta se va enfriando. 7na capa pare"a de escarcha en la super%cie del (uid end de la bomba es una buena indicación de que la bomba está lista para bombear. Cuando el enfriamiento de la bomba está listo tambi-n se notará nitrógeno líquido saliendo por la línea de prime # un valor ba"o de la presión de saturación 2menor a GL psi3. Cuando se va#a a iniciar el bombeo, se necesita arrancar la bomba # cerrar la
4istema de $escarga 7na ve* que el sistema está presuri*ado, se abre la válvula de descarga para enviar el nitrógeno de la unidad hacia la línea de descarga 2el $ME3. +ecuerde revisar que el actuador remoto de la válvula de descarga funcione correctamente. El sistema de descarga está construido con líneas de alta presión # válvulas de descarga para BLHHH psi. En algunas unidades la operación de descarga se hace de manera automática # en otras, de manera manual. Como se mencionó antes, nunca abra una válvula de descarga sin una presión diferencial a favor de la unidad.
4istema de '"uste de 5emperatura 25empering3 'lgunas unidades de nitrógeno cuentan con un sistema para controlar la temperatura del nitrógeno en la descarga. 'lgunos traba"os necesitan de este control. Este sistema es usado principalmente en unidades con vapori*adores $irect1)ired para a"ustar la temperatura del nitrógeno vapori*ado que sale de la unidad. 'l abrir la <5empering alve= se envía nitrógeno líquido a la corriente de nitrógeno gaseoso por un b#1pass que no pasa por el vapori*ador. Este nitrógeno líquido enfría el gas de salida.
4i el operador tiene que utili*ar la <5empering alve= con frecuencia, esto puede signi%car que el vapori*ador está operando a una temperatura más alta de lo necesario. '+'C>/E4 E/ E! 445EM' $E 47CC@/ En las unidades de conversión de nitrógeno ha# tres dise8os de los sistemas de succión -
4uministro directo de nitrógeno 4uministro de nitrógeno con bomba booster Combinación de los G m-todos anteriores
4uministro $irecto de /itrógeno
4istema con 4uministro $irecto de /itrógeno
7n sistema con suministro directo de nitrógeno requiere un tanque de alta presión que se pueda presuri*ar a RL psi. En estos sistemas, la bomba triple& es enfriada al hacer (uir el nitrógeno líquido hacia una válvula de venteo del sistema de descarga 2la priming valve3. Cada ve* que una bomba triple& para, debe ser re1enfriada antes de reiniciar el bombeo.
El nitrógeno líquido es suministrado por el tanque a una presión de RL psi 2I. bar3 al mánifold de succión de la bomba triple&. !a bomba triple& requiere de esta presión 2/493 para operar # enviar el líquido al vapori*ador.
El vapori*ador sube la temperatura del /G lo que lo convierte en gas. !a temperatura que alcan*a el /G es controlada por el operador.
El grá%co muestra este sistema inclu#endo la válvula rime que se usa para enfriar la bomba # la línea de 0lo;b#. 4uministro de /itrógeno con 0omba 0ooster 7n sistema con bomba booster utili*a esta bomba centrífuga para alcan*ar la presión necesaria en la succión de la bomba triple&. ara operar la bomba booster se necesita una línea de recirculación. Cooldo;n 'ntes de comen*ar la operación es necesario enfriar la bomba triple&, la bomba centrífuga # su línea de recirculación.
El nitrógeno líquido es suministrado por un tanque con una presión de GH a GL psi 2B.L bar3 a la bomba booster o centrífuga. !a bomba centrífuga impulsa e incrementa la presión del nitrógeno de GG a RL psi2I. bar3 # alimenta el manifold de succión de la bomba triple&. 2la bomba triple& necesita esta presión para operar3. !a bomba triple& envía el nitrógeno líquido al vapori*ador.
El vapori*ador sube la temperatura del nitrógeno lo que lo convierte en gas. !a temperatura que alcan*a el nitrógeno es controlada por el operador.
El grá%co muestra este sistema inclu#endo la bomba booster # la válvula de venteo que se usa para enfriar la booster. Este tipo de sistemas tiene una línea de retorno al tanque debido a que la bomba centrífuga necesita funcionar continuamente. Cuando la bomba triple& para temporalmente, la booster circula nitrógeno líquido a trav-s de la bomba triple& hacia el tanque. 'sí, la bomba triple& se mantiene fría # puede reiniciar el bombeo sin necesidad de re1enfriarla. 4istema Combinado con 0omba 0ooster # 4uministro $irecto Este sistema cuenta con una bomba booster la cual puede ser utili*ada de manera opcional. ara ello cuenta con una línea de (u"o que pasa el nitrógeno líquido por la booster, # con un ba#pass que envía directamente el nitrógeno del tanque a la bomba triple&. !a presión a la que el tanque suministra el nitrógeno líquido se a"usta dependiendo de si se va a usar o no la bomba booster 4i se usa, el tanque se regula a GG psi, # si no, entonces su presión debe ser de RL psi para hacer el suministro directo a trav-s del b#pass.
Cuál 4istema de 4uministro es el Me"or? 'ba"o, están listadas algunas de las características de estos sistemas para poder compararlos. Suministro con
Suministro Directo
Booster
Co6e8i, e6 Si.te,
E;cienci, en 6, oer,ción
Pre.ión e oer,ción e6 t,n=e Retorno e N2 c,6iente ,6 t,n=eF
Porcent,8e e N2 no .,o =e =e, en e6 t,n=e <,c:oF /ncion,6i, en in.t,6,cione. o.0ore Pe.o e6 t,n=e Con;,7i6i, ,nteniiento Coonente , .er enri,o. e9c6eno 6,
uede traba"ar con tanques de ba"a # de alta presión. /ecesita una bomba hidráulica # líneas de recirculación. !a ma#or e%ciencia volum-trica de una bomba centrífuga es LW inclu#endo las p-rdidas en recirculación GL psi
+equiere tanque de alta presión con un sistema para incrementar la presión más grande.
Es variable, pero puede llegar a ser hasta un KHW de la capacidad de la unidad. 'demás, este retorno permite la entrada de calor al sistema lo que causa p-rdidas adicionales H.FW. E"emplo En un tanque de GHHH galones, quedan galones de /G. >^
HW
0a"o 0uena con%abilidad con moderado mantenimiento 0omba centrífuga, línea de priming de la centrífuga, # línea de
E%ciencia de la bomba triple& BHHW
L T RL psi
BW. E"emplo En un tanque de GHHH galones, quedan GH galones de /G. >^ Medio o alto Mu# buena con%abilidad con poco mantenimiento /ada
7o7, tri6e9 6, 6:ne, e .cción 6, 6:ne, e riing
recirculación.
9alliburton utili*a en 74' unidades de suministro directo # en algunos países tambi-n utili*a unidades con bomba booster.
Sección #
E$UIPOS DE ALACENAIENTO DE NITRÓGENO L%$UIDO 5'/Q7E4 $E '!M'CE/'ME/5> $E /5+@AE/> !Q7$> El nitrógeno líquido se almacena en tanques criog-nicos de doble pared que están dise8ados para que soporten la temperatura criog-nica del nitrógeno líquido. Esta sección inclu#e
Características generales de los tanques de almacenamiento de nitrógeno. 4istemas de seguridad de los tanques internos # e&ternos ndicadores de los tanques # elementos para prevenir el sobrellenado. Mane"o del sistema de líneas de transferencia del nitrógeno. 4istema de presuri*ación de los tanques de nitrógeno. rocedimientos de transferencia de nitrógeno de tanque a tanque.
'spectos 0ásicos de la Construcción de un 5anque ara /itrógeno. !a construcción de un tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido es comparable al de un termo dise8ado para mantener el caf- caliente, solo que en este caso, estamos hablando de mantener el líquido a una temperatura mu# ba"a. 7n tanque de almacenamiento de nitrógeno es simplemente un tanque colocado dentro de otro # con aislamiento entre ellos
El tanque e&terno es de acero al carbón # está dise8ado para que funcione a temperatura ambiente.
El tanque interno está hecho en acero ino&idable por lo que puede soportar temperaturas criog-nicas # asi poder contener el nitrógeno líquido. El material en el espacio anular entre los tanques puede consistir de super1aislante, polvo de perlita o %bra de vidrio.
'demás, estos tanques tienen una serie de elementos de seguridad para prevenir que se sobrepresuricen o se sobre1llenen.
'lgunos tanques están dentro de una estructura /G que los protege de golpes.
Esquema de un 5anque de
5anque nterno El tanque interno está hecho en acero ino&idable que puede soportar las temperaturas criog-nicas. 'lgunos tanques internos tienen ba_es para reducir el movimiento del líquido durante su transporte # en la super%cie e&terna tienen soportes que lo su"etan al interior del tanque e&terno para mantenerlo en su sitio.
5anque interno antes del ensambla"e aislante
5anque interno recubierto con material
5anque E&terno Este tanque es construido en acero ino&idable para que tenga la resistencia necesaria.
5anque e&terno durante su ensambla"e, antes de conectarse a sus e&tremos. 4e pueden ver sus refuer*os internos.
E&tremo del tanque e&terno. 4e puede ver un soporte para mantener el tanque interno en su sitio.
Elementos de 4eguridad de los 5anques de /itrógeno !os sistemas de almacenamiento de nitrógeno líquido están dise8ados para mantener la temperatura ba"a, controlar la presión de su contenido, # por encima de todo, para poder operar en forma segura. or esto, todos los tanques criog-nicos cuentan con diferentes elementos de seguridad para el tanque interno # para el tanque e&terno. Entre los elementos de seguridad, están los discos de ruptura, las válvulas de venteo, # las válvulas de alivio tanto de los tanques como de las líneas de transferencia. !os tanques pueden tener incluso elementos de seguridad redundantes. or e"emplo, pueden tener varios discos de ruptura.
En los tanques móviles, los elementos de seguridad están sellados con plomo # deben tener su etiqueta de fábrica. 'lgunos elementos pueden ser rea"ustados en sitios certi;c,o. # otros, no. 2thro;1a1 ;a#s3. 'hora vamos a ver los elementos de seguridad del tanque interno en orden de menor a ma#or presión de apertura. B. álvula de ia"e 2+oad +elief3 !as válvulas
Cuando un tanque con nitrógeno líquido está estacionado, es normal que esta válvula libere nitrógeno gaseoso a la atmósfera con lo que se mantienen la presión del tanque en BL psi.
G. álvulas de 'livio 2álvula +elief3 del 5anque nterno !as válvulas de alivio 2una o varias en cada tanque3 deben accionarse # permitir el escape del nitrógeno líquido si la presión del tanque interno alcan*a la má&ima presión de operación del tanque. Estas válvulas no pueden ser bloqueadas. álvulas de 'livio
F. $iscos de +uptura
$isco de +uptura con su Etiqueta
El tanque interno cuenta con elementos de seguridad adicionales los discos de ruptura. Estos son la Pltima línea de defensa para evitar que el tanque se sobre1presurice. En caso de una sobre1presión, los discos se rompen # el tanque quedará temporalmente fuera de funcionamiento. !os discos de ruptura están dise8ados para romperse si la presión dentro del tanque interno se acerca a la presión límite del tanque. +ecuerde asegurarse que los discos de ruptura
tengan su etiqueta # de que estos no sean manipulados. 4i un disco de ruptura se rompe, este debe ser reempla*ado # deben revisarse las válvulas de alivio que deberían haberse abierto a la má&ima presión de operación del tanque. /o olvide revisar la presión de traba"o de su tanque # veri%car que sus elementos de seguridad sean del rango adecuado. !a presión de traba"o de un tanque se encuentra en su placa de fábrica.
El tanque e&terno tambi-n necesita elementos de seguridad que lo prote"an en caso de que una fuga haga que se incremente la presión entre los dos tanques En la pared del tanque e&terno ha# un disco de ruptura de unas I pulgadas # se activa con una presión interna de R a BH psi. 'lgunos de estos discos se mantienen en su sitio gracias al vacío e&istente en el anular entre los dos tanques # mantiene su sello con un >1ring. 4i ha# una fuga que haga que el vacío se pierda, este disco simplemente se cae. +especto a las líneas, En 74', todas las válvulas de alivio en las líneas están seteadas a GLH psi con e&cepción de las líneas de succión de las bombas centrífugas que están seteadas a BHH psi. ara las unidades en otros países, es necesario referirse al manual de su unidad. Medidores e ndicador de !lenado 5r#coc6 9a# tanques de nitrógeno de diferentes formas # tama8os # todos ellos deben tener un indicador de nivel, un medidor de presión del tanque # un indicador de llenado tr#coc6s.
Estos tres indicadores, independientemente de su ubicación # estilo, deben estar en buenas condiciones de operación # ser monitoreados, especialmente durante la operación del tanque. +ecuerde nunca llene un tanque usando la línea de venteo. Esto podría causar da8os severos al tanque # poner en peligro al personal. Contenido del 5anque # Manómetro de presión del 5anque El indicador del contenido del tanque nos da el nivel de /G líquido dentro del tanque.
ndicadores de /ivel # resión del 5anque
!a medida del nivel se da en pulgadas de líquido comparando las presiones del tope # el fondo dentro del tanque. !os tanques se llenan con un nivel entre LH # LL pulgadas. El nivel del tanque se convierte a gal. de /G usando la carta de contenido del tanque. El manómetro del tanque mide la presión dentro del tanque # su rango es usualmente de H a GHH psi.
!os siguientes son diferentes indicadores de contenido para diferentes tipos de tanque
ara tanques de aire líquido 9alliburton
ara tanques essington 9
ara tanques
ara evitar el da8o del indicador de nivel, este se debe sacar de funcionamiento cuando el tanque se est- transportado. ara esto se deben cerrar sus válvulas de aislamiento # abrir la válvula iguali*adora. 'l estar el indicador de nivel fuera de funcionamiento el manómetro continPa marcando la presión del tanque interno.
ndicador de /ivel en )uncionamiento )uncionamiento
4istema de 5ransferencia de !íquido
ndicador de /ivel )uera de
El sistema de transferencia de líquido se usa para hacer el cargue # descargue del nitrógeno líquido desde # hacia el tanque. $ependiendo del tipo de tanque, ha# mPltiples variaciones de su tubería de traba"o. /ormalmente, cada sistema consiste de una línea de llenado frontal, otra línea de llenado por la parte trasera # una línea de desfogue. Estas líneas tambi-n están equipadas con una serie de válvulas cheque # de válvulas de alivio para evitar sobre1presiones en cualquier parte donde el nitrógeno líquido pueda quedar atrapado entre dos válvulas. +ecuerde, para llenar apropiadamente un tanque. Mantenga abierta la línea tr#coc6 2KLW3 durante el llenado # termine el cargue cuando salga nitrógeno líquido por esta línea. 4e debe tener mu# claro que sobrellenar un tanque de nitrógeno puede causarle da8os al equipo # es potencialmente peligroso para usted # sus compa8eros de traba"o. 7n tanque de nitrógeno debe tener por lo menos un LW del volumen de gas 2ullage3 que permita la e&pansión del líquido sin da8o para el equipo. 4istema de resuri*ación del 5anque 'ntes de mencionar el sistema de presuri*ación de un tanque, ha# que recordar que antes de toda operación de bombeo, el tanque debe despresuri*arse completamente 2blo;do;n3 # despu-s si, presuri*arse. ara reali*ar el blo;do;n se abre la válvula de despresuri*ar 2blo;do;n3 que está en el sistema de válvulas de seguridad del tanque. osteriormente, se debe cerrar la álvula de blo;do;n # la álvula de via"e 2road relief3 # abrir la válvula 0 2ressure 0uild3. 'l abrir la álvula 0 el nitrógeno líquido circula por el serpentín # regresa
gaseoso a la parte superior del tanque con lo que se incrementa la presión del tanque. !a presuri*ación de un tanque de alta presión se regula en RL psi 2L.G bar3 que es la presión de succión requerida por las bombas criog-nicas. !a álvula manual de b#1pass solo debe usarse cuando la presión del tanque no puede ser mantenida por el sistema automático controlado por el regulador. !os tanques con sistemas de suministro con booster se presuri*an a GH1GL psi. $urante la operación de bombeo, el tanque debe mantenerse a la presión necesaria para poder suministrar el nitrógeno a la bomba triple&.
5ransferencia de /itrógeno !íquido de 5anque a 5anque. Cuando se va a hacer una transferencia de tanque a tanque es importante conocer si el tanque que recibe está Caliente o )río.
nitrógeno líquido lo que quiere decir que se ha mantenido a una temperatura e&tremadamente ba"a. 7n tanque se considera que está Caliente cuando ha estado vacío por un tiempo prolongado 2una semana o más3 # ha perdido su enfriamiento. gualmente, si la válvula de venteo se ha de"ado abierta por más de una semana se debe considerar que el tanque está Caliente.
7n tanque está )río cuando el tanque contiene algo de
7n tanque que está Caliente debe enfriarse primero antes de poder llenarse # esto toma un tiempo considerable.
ara identi%car si un tanque está Caliente veri%que
4i el contenido de líquido es cero. !a presión del tanque. 4i la presión es cero 2H3, esto puede ser deberse a que está Caliente. 4i la línea de venteo # de la válvula <+oad +elief= tienen escarcha. 'bra el venteo # vea si el vapor que sale está frío. 4i al abrir el venteo no sale vapor o este sale caliente, el tanque está Caliente. $eterminar si el tanque está )río o Caliente es mu# importante. 4i se le suministra nitrógeno líquido a un tanque que no est- su%cientemente frío, se le pueden ocasionar severos da8os en el tanque interno por deformación del mismo.
El
queremos llenar el tanque completamente. 4iempre es recomendable que los tanques se llenen hasta má&imo, el KLW de su capacidad. Esto de"a su%ciente espacio para que el nitrógeno se e&panda dentro del tanque. !os procedimientos listados aquí son para familiari*arse con el proceso de transferencia de nitrógeno. 7sted debe consultar con su 4upervisor para tener mas detalles de estos procedimientos. !as paredes de la ma#or parte de los trailers de transporte son mucho más delgadas que las paredes de los tanques de las unidades de bombeo de nitrógeno. or esto se debe tener especial cuidado cuando se hace el enfriamiento # el llenado de estos tanques. Es una buena práctica comen*ar a enfriar el tanque con una presión de FH psi # mantener las válvulas de suministro # desfogue a"ustadas para mantener esta presión. Con esto se consigue un enfriamiento más rápido # económico que si se hace con el tanque de recibo despresuri*ado porque se evita que el nitrógeno líquido se gasi%que instantáneamente al entrar al tanque. >tra buena práctica es tratar de mantener una diferencia de BH psi entre los dos tanques durante la transferencia de nitrógeno. rocedimiento de 5ransferencia a 5anques )ríos
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0arrer las mangueras de transferencia para veri%car que están limpias # que no est-n obstruidas.
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ncrementar la presión del tanque de suministro a su má&imo nivel para transferencia. entear el tanque que recibe a H psi # abrir la álvula 5r#coc6 2KLW3. 'brir la línea de venteo del tanque de recibo. $urante el llenado se controlará que se mantenga una diferencia de BH psi entre los dos tanques 'bra la válvula de succión secundaria. !uego, abra 6ent,ente la válvula de succión principal 2más cercana al tanque3 para iniciar la transferencia are la transferencia cuando el tanque de suministro quede vacío o si se llena el tanque de recibo lo cual se nota porque comien*a a salir nitrógeno líquido por su válvula tr#coc6. Cerrar la válvula de succión principal, la válvula de venteo, la tr#coc6 # el venteo. entee las mangueras de transferencia.
rocedimiento de transferencia para tanques Calientes -
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0arrer las mangueras de transferencia para veri%car que están limpias # que no est-n obstruidas. ncrementar la presión del tanque de suministro a su má&imo nivel para transferencia. entear el tanque que recibe a H psi # abrir la válvula tr#coc6 2KLW3 'bra la línea de venteo asegurándose de mantener una diferencia de BH psi entre los dos tanques. 'brir la válvula de succión secundaria. !uego, abra 6iger,ente la válvula de succión principal 2la más cercana al tanque3 para comen*ar a enfriar el tanque de recibo. Cuando la válvula de venteo del tanque de recibo comience a escarcharse 2usualmente despu-s de B o G horas3, abra totalmente la válvula de succión para comen*ar la transferencia. are la transferencia cuando el tanque de suministro quede vacío o si se llena el tanque de recibo lo cual se nota porque comien*a a salir nitrógeno líquido por su válvula tr#coc6. Cierre la válvula de succión principal, la válvula de venteo, la tr#coc6 # el venteo. entee las mangueras de transferencia.
Mangueras de 5ransferencia
!as mangueras de transferencia usadas para llenar un tanque de almacenamiento están especialmente adecuadas para el servicio con (uidos criog-nicos. 'lgunas mangueras de transferencia están aisladas # tienen un disco de ruptura que debe ser revisado antes de cada uso para asegurarse de que está en buenas condiciones. Manguera Criog-nica con $isco de +uptura
Sección &
UNIDADES DE NITRÓGENO 7/$'$E4 $E C>/E+4@/ $E /5+@AE/> !as unidades de conversión de /itrógeno vienen en diferentes con%guraciones. 4u escogencia se hace dependiendo del tipo de aplicación. 4u rango de caudales va desde BHH a GHHHH scfSmin 2pies cPbicos por minuto3. 4u denominación con letras # nPmeros nos indica el tipo de unidad # el má&imo caudal del equipo. or e"emplo, 571FIH) quiere decir que esta es una unidad tipo trailer 2 Trailer Pumping Unit3 # que puede bombear a un caudal má&imo de FIHHHH scfShr. !a <)= que está a continuación del FIH indica que esta es una unidad <(ameless=. !as unidades con vapori*ador $irect1)ired 2de caldera3 o ndirect1)ired no tienen la <)= en su nombre. !as siguientes son algunas de las unidades comPnmente usadas en el campo 7/$'$E4 $E 0>M0E> 5> 5+'!E+ 2573
7nidad 57 H
57 signi%ca <5railer umping 7nit= 27nidades de 0ombeo tipo 5railer3. !as ha# de diferente tipo de vapori*ador 2)lameless, $irect1)ired e ndirect1)ired3. N las ha# desde GFH6 hasta BGHH6 scfShr. !as unidades
57 generalmente cuentan con un motor au&iliar para operar diferentes componentes. 571H !a 571H es una unidad dise8ada para suministrar altos caudales # presiones de nitrógeno. Cuenta con un vapori*ador de caldera # es utili*ado principalmente en traba"os de fractura # estimulación. Má&ima presión BH.HHH psi Má&imo caudal H.HHH scfShr, BH.HHH scfSmin. Mínimo caudal HH scf 0omba 5riple& 'C$ G RS
cuenta con un suministro de calor de un sistema de circulación de agua # del e&hosto de los motores.
571GFH) Esta es una unidad con vapori*ador )lameless que
Má&ima presión BH.HHH psi Má&imo caudal GFH.HHH scfShr, F.FF scfSmin. Mínimo caudal GLH scf 0omba 5riple& 91H
571BH Combo 7nidad de bombeo de nitrógeno # de (uidos. $ise8ada para aplicaciones con Coiled 5ubing, la 571BH está dise8ada para
poder bombear a la ve* (uidos # nitrógeno. Má&ima presión BH.HHH psi Má&imo caudal BH.HHH scfShr.
F.HHH scfSmin. 0omba 5riple& B LS 0omba de (uido 4M 54 HHL.
571FIH) Esta es otra unidad del tipo )lameless. 5ienen dos motores uno actPa como motor de la bomba de nitrógeno, # el otro es para operar los componentes de calentamiento. Má&ima presión BL.HHH psi Má&imo caudal FIH.HHH scfShr, L. scfSmin. Mínimo caudal GLH scf 0omba 5riple& 91RL 571BGHH Esta es una de las unidades de gran tama8o de 9alliburton. Está equipada con una bomba triple& de F `= para traba"os de alto caudal. Má&ima presión BL.HHH psi Má&imo caudal BUGHH.HHH scfShr GH.HHH scfSmin. Mínimo caudal I.HHH scf 0omba 5riple& F `=
7/$'$E4 $E 0>M0E> M@! 2M73 M7 signi%ca
M71H' Este es una unidad $irect1)ired dise8ada para altos caudales. Cuenta con un tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido de GHHH gal montados sobre un camión modi%cado con F e"es 2'3. Má&ima presión BH.HHH psi Má&imo caudal HH.HHH scfShr BH.HHH scfSmin. Mínimo caudal HH scf 0omba 5riple& 'C$ G RS
M71H >tra unidad $irect1 )ired. Esta unidad tiene su sistema de presuri*ación del tanque en la mitad del equipo. Má&ima presión BH.HHH psi Má&imo caudal H.HHH scfShr BH.HHH scfSmin. Mínimo caudal HH scf 0omba 5riple& 'C$ G RS M71H) !a M71H) es una unidad de nitrógeno usada principalmente en aplicaciones de Coiled 5ubing. Cuenta con un tanque de almacenamiento de nitrógeno de GHHH gal. Má&ima presión BH.HHH psi Má&imo caudal H.HHH scfShr B.HHH scfSmin.
Mínimo caudal scf
LH1RL
0omba 5riple&
91G
M71KH) !a M71KH) tambi-n es una unidad de uso con Coiled 5ubing. Cuenta con un tanque de almacenamiento de nitrógeno de FHHH gal. 4u sistema de conversión es (ameless hidráulico # con aprovechamiento del calor del e&hosto. Má&ima presión BH.HHH psi Má&imo caudal KH.HHH scfShr B.LHH scfSmin. Mínimo caudal LH1RL scf 0omba 5riple& 91G
4^$ 7M/A 7/54 2473 47 signi%ca 7nidad de 0ombeo 46id 246id umping 7nit3. !as unidades s6id pueden ser usadas en operaciones en tierra # oXshore. !as ha# entre H6 # FIH6 scfShr # están equipadas con vapori*adores <(ameless=.
471H0 !a unidad 471H0 está dise8ada para aplicaciones de ba"o caudal tales como las actividades con coiled tubing. 4us fuentes de calor son (ameless con calor suministrado por el agua del motor, motores hidráulicos # el e&hosto del motor. Má&ima presión BH.HHH psi Má&imo caudal H.HHH scfShr, scfSmin. Mínimo caudal LH1RL scf 0omba 5riple& 91G
B.HHH
471BH !a unidad 471BH 2$ise8ada por ellnite3 está equipada con una bomba A7$ 5riple& con (uid end de B `=. Esto le permite traba"ar a altas presiones. uede ser usada en operaciones de testing, estimulaciones ácidas, coiled tubing # cemento espumado. Má&ima presión BL.HHH psi Má&imo caudal BH.HHH scfShr F.HHH scfSmin. Mínimo caudal LH1RL scf 0omba 5riple& 91G 471FIH) !a unidad 471FIH) es la versión en s6id de la unidad 57FIH. Es una unidad (ameless que usa un vapori*ador hidráulico # que aprovecha el calor del e&hosto. Este tipo de unidad es usada principalmente en fracturamiento # estimulaciones ácidas. Má&ima presión BL.HHH psi Má&imo caudal FIH.HHH scfShr L. scfSmin. Mínimo caudal GRL scf 0omba 5riple& 91RL
triple& una de B `= KH.HHH scfSmin # otra de B LS= BH.HHH scfSmin. !a rata má&ima usando las dos bombas es de BH.HHH scfSmin a BH.HHH psi. 0omba B
471GRH Esta unidad cuenta con dos diferentes bombas
0omba G Má&ima presión 2psi3 BL.HHH BH.HHH Má&imo caudal 2scfSmin3 KH.HHH BH.HHH Mínimo caudal 2scfSmin3 LH1RL BLH 0omba 5riple& B `= B LS=
5+'!E+4 $E 5+'/4>+5E $E /5+@AE/> Na sea para transportar nitrógeno a los tanques de almacenamiento, a una unidad de bombeo, o a un trailer, o para llevar nitrógeno a una locación, los trailers de transporte de nitrógeno líquido son mu# Ptiles por su capacidad para almacenar, movili*ar # suministrar grandes volPmenes de nitrógeno líquido. !os siguientes son los tipos de transportes que usamos con más frecuencia.
Cr#enco RLHHSHH 5railer con capacidad total de RLHH gal de nitrógeno líquido 2K.FGL scf3. 'provechables HH gal. Esta unidad no está equipada con bomba booster.
5ransporte !>V1RGHH 5anque con capacidad de RGHH gal. ienen con una bomba centrífuga :C Carter.
5ransporte !>V19+ RGHH 5anque con capacidad de RGHH gal. ienen con una bomba centrífuga 'C$ G&I& dise8ada para altos caudales.
0!51FRHH Este transporte tipo camión 20od# !oad 5ransport3 tiene una capacidad de FRHH gal. Esta unidad está equipada con una bomba centrífuga 'C$ G&I& para un caudal má&imo de FII.LHR scfShr.
95M1BFHH 5anque con capacidad de BFHHH gal para ser movili*ado sobre un trailer. resión de operación GLH psi.
5anque de Criodifusion 5anque s6id usado principalmente en aplicaciones oXshore. Capacidad BGHHH scf, BKLI gal.
5anque Criog-nico !/G essington essington es un proveedor e&terno que fabrica una serie de tanques con dise8o británico con protección especialmente refor*ada para utili*arlo en aplicaciones oXshore, con condiciones difíciles como en el Mar de /orte. 9a# tanques essington con presiones de traba"o de # de GLH psi.
95!1BHHH El tanque 95!1BHHH es un tanque con capacidad de BHHH galones, ComPnmente usado en aplicaciones oXshore. Má&ima presión de traba"o BGH psi. 95!1GHHH El tanque 95!1GHHH es un tanque con capacidad de GHHH galones, 5ambi-n es usado en aplicaciones oXshore. Má&ima presión de traba"o BGH psi.
5anque Cr#enco GBLH 5anque s6id usado principalmente en operaciones oXshore. Capacidad GBLH gal. resión de 5raba"o KH psi. 5railer de /itrógeno resuri*ado !os trailers de nitrógeno presuri*ado transportan # suministran nitrógeno gaseoso para aplicaciones como la purga de Coiled 5ubing. Este tipo de trailers puede ser llevado a la locación por una pic61up de B ton de capacidad lo que facilita su movili*ación. !os tubos de nitrógeno de este trailer pueden ser tanqueados con una unidad de bombeo de nitrógeno o en una estación de tanqueo. 4u má&ima presión de operación es de GIH psi a RH o) # su capacidad es de BGHHH scf de nitrógeno gaseoso. 5'/Q7E4 E45'C>/'+>4 !os tanques mostrados en la foto de aba"o son los que encontramos con más frecuencia en las bases de 9alliburton 74'. Estos tanques, llamados
Estos tanques son usados principalmente para almacenamiento permanente. Capacidad !os ha# en diferente tama8o. !os de la foto son de BFHHH gal # BHHHH gal. 5anque estacionario CC1BGHH !os CC1BGHH operan a una presión má&ima de GLH psi # tienen una capacidad de BHIHH gal. Estos tanques de almacenamiento hori*ontales que se encuentran en muchas locaciones de 9alliburton 74' son propiedad de ra&air nc quien les reali*a la inspección # mantenimiento.
Sección '
APLICACIONES NITRÓGENO ! BJSICOS
CON CJLCULOS
/>5' Este capítulo resume para el curso de /itrógeno1B la información que se encuentra más amplia en el /itrogen iser # en el manual de /itrogen 'pplications and Calculations 5raining. 4ugerimos su consulta en 2httpSShal;orld.corp.halliburton.comShesShespsShespspeShespspenGSh espspenGtrainingShespspenGtrainingILBH.asp3 El nitrógeno gaseoso ha sido usado en los servicios de po*os desde mediados de los LHUs. Na sea que necesitemos fracturar una formación, despla*ar el (uido del po*o o remover gases in(amables en una línea, las propiedades del nitrógeno # su ba"o costo lo hacen un (uido mu# adecuado para su aplicación en el campo petrolero. En esta sección veremos como usamos el nitrógeno, cálculos para las aplicaciones de solo nitrógeno, tips para un rig1up seguro # las características especiales de la línea de descarga para los traba"os con nitrógeno.
APLICACIONES DEL NITRÓGENO
El uso del nitrógeno inclu#e una amplia variedad de aplicaciones. !a lista de aba"o inclu#e los tipos de traba"o más comunes donde el nitrógeno es el (uído principal o es usado en con"unto con otros (uidos para completar un traba"o en particular.
$espla*amiento de )luidos erforación 7nder1 balanced Cementación )racturamiento 'cidi%cación erforación $rill 4tem 5est Aas !ift urga de líneas ruebas de hermeticidad
!as aplicaciones de nitrógeno tambi-n pueden ser clasi%cadas como -
>peraciones de solo /itrógeno 24traight /itrogen3 4istemas Commingled !íquidos # nitrógenos bombeados en forma simultánea Espumas 4oluciones de líquido con gas 2nitrógeno3 disperso # con surfactantes estabili*adores.
Conceptos 0ásicos 5odos los gases tienen una relación entre temperatura, presión # volumen. J /+5 ara un caso dado / # + son constantes 2claro, varían segPn las unidades que se est-n utili*ando3. 'hora, si ha# un cambio en , o 5, uno de los otros tambi-n debe cambiar para mantener la ecuación equilibrada. 7n e"emplo de cambio de volumen 2a temperatura constante3 es una burbu"a subiendo dentro del agua. ' medida que sube, se e&pande debido a la disminución en la presión hidrostática del agua sobre -l. 7n e"emplo de cambio de temperatura 2a volumen constante3 se puede ver con los neumáticos de un vehículo. ' ba"a temperatura el neumático mostrará menos presión # a más temperatura, más presión. , # 5 tienen estas mismas relaciones en un po*o. $ado que cuando el nitrógeno sale de la unidad de bombeo es un gas, algunos cálculos de rutina de campos petroleros se hacen más difíciles. En general, lo que se puede esperar es que el nitrógeno se contraiga cuando se incrementa la presión, # que se e&panda cuando la presión
disminu#e. or otra parte, el nitrógeno se e&pande con el aumento de la temperatura # se contrae con la disminución de la temperatura. En los problemas relacionados con gases, es necesario identi%car si la temperatura se mantiene constante o si cambia. or lo general, los traba"os en la super%cie son a temperatura es constante, # cuando se bombea a un po*o, la temperatura cambia. !a temperatura es constante en las siguientes aplicaciones !lenado de contenedores de re%nería $etección de fugas con helio ruebas de presión en super%cie $espla*amientos en oleoductosSgasoductos $espla*amiento de Coiled 5ubing en super%cie $eterminación del volumen de nitrógeno a nivel de perforaciones • • • • • •
!as temperaturas varían debido a los aumentos en profundidad en las siguientes aplicaciones $espla*amiento de (uidos en tuberías en el po*o $espla*amiento del Coil 5ubing desde la cabe*a del po*o hasta el e&tremo suspendido del mismo resuri*ación con /itrógeno de la tubería para $45s erforación 7nderbalance Colocación de /itrógeno para aislamiento anular Ca8oneo 4obre1balanceado 2erfstim3 Colocación de nitrógeno para liberar pegas diferenciales • •
• • • • •
'!C'C>/E4 ' 5EME+'57+' C>/45'/5E ara reali*ar los cálculos en aplicaciones con temperatura constante se usa la Sección "I del manual /itrogen $ata for >il ell 4ervices. Esta tabla da una factor de volumen 2S3 en función de la temperatura # la presión. Este factor indica el volumen de nitrógeno 2en scf3 que ocupará B bl de volumen. Esta tabla se encuentra ane&a al %nal de este manual.
Prg, Pre.ri>,ción e E=io.
En las plantas industriales, a menudo se necesita evacuar (uidos de diferentes equipos como tanques o líneas. 7na de las ra*ones puede ser evacuar gases no deseados de estos equipos. El nitrógeno es inerte # eso lo hace un gas adecuado en muchas de estas operaciones. Estas purgas se reali*an generalmente a ba"as presiones. EKEPLO 1
4e necesita purgar un sistema con BH.HHH scf de nitrógeno # despu-s presuri*arlo a BHH psi # H ). !a capacidad del sistema es de IHH bls. Cuánto nitrógeno se necesita?. 4olución En la tabla de la Sección "I, se lee que a H ) # BHH psi se necesitan IF scfSbl de /G.
Entonces
2IF scfSbl3 & 2IHH bl3 J BR,GHH scf BR,GHH scf BH,HHH scf J GR,GHH scf
Este valor no inclu#e el gasto de nitrógeno en el Cooldo;n de la bomba. PROBLEA 1 4e necesita purgar un sistema con FH.HHH scf de nitrógeno # despu-s presuri*arlo a FHH psi # BHH ). !a capacidad del sistema es de IHH bls. Cuánto nitrógeno se necesita?.
Ser
ara el funcionamiento de los sistemas de tratamiento de petróleo # gas es esencial que la planta est- en condiciones seguras de funcionamiento. El mane"o de los gases a altas presiones requiere estrictas normas de seguridad. ara cumplir con estas normas, la me"or manera de detección fugas se reali*a con helio que puede encontrar fugas tan peque8as como de L scfSa8o. !os m-todos convencionales como la prueba hidrostática, la inspección visual, o la veri%cación con solución de "abón para la detección de burbu"as, son poco representativas. enta"as 4imula las condiciones operativas con gases ruebas reali*adas a la presión de funcionamiento ruebas reali*adas con gases seguros e inertes /o requiere retirar la instrumentación • • • •
EKEPLO 2
4e reali*a una prueba de detección de fugas con helio en un equipo de una plataforma de producción. !a prueba se hará con KKW de nitrógeno # BW helio. rimero se presuri*a el equipo con LHH psi para detectar fugas ma#ores # despu-s se presuri*a a FLHH psi para la prueba %nal. El volumen del sistema es de BHH bl. 5emperatura H ). Cuánto nitrógeno es necesario para la prueba a LHH psi # para los FLHH psi?. 4olución $e acuerdo con la tabla de la 4ección , a H ) # LHH psi se necesitan BKF scfSbl # a FLHH psi se necesitan BGH scfSbl. ' LHH psi
2BKF scfSbl3 & 2BHH bl3 J BKFHH scf.
El KKW de este gas es nitrógeno. Entonces el nitrógeno a LHH psi es 2BKFHH scf3 2H.KK3 J BKBHR scf de /G ' FLHH psi
2BGH scfSbl3 & 2BHH bl3 J BGH,HH scf.
El KKW de este gas es nitrógeno. Entonces el nitrógeno a FLHH psi es 2BGH,HH scf3 2H.KK3 J BBK,LKG scf de /G PROBLEA 2
4e reali*a una prueba de detección de fugas con helio en un equipo de una plataforma de producción. !a prueba se hará con el KKW de nitrógeno # un BW helio. rimero se presuri*a el equipo con LHH psi para detectar fugas ma#ores # despu-s se presuri*a a IHHH psi para la prueba %nal. El volumen del sistema es de BH bl. 5emperatura BHH ). Cuánto nitrógeno es necesario para la prueba a LHH psi # para los IHHH psi? De.6,>,iento e ,rr,no. ig. en T7er:,.
En las líneas de transporte de hidrocarburos 2gasoductos # oleoductos3 se corren diferentes tipos de marranos 2pigs3 con diferentes propósitos como puede ser remover líquidos, gases o mugres. !os marranos están hechos de diversos materiales principalmente de cauchos # espumas # traba"an de forma similar a los tapones de despla*amiento de cementación. Muchas veces se utili*a el nitrógeno en estas operaciones para despla*ar el marrano o para crear un bache inerte que separe los hidrocarburos del aire 2me*cla e&plosiva3. Cuando la topografía no presenta grandes desniveles, se pueden hacer los cálculos estándar como los hemos reali*ado en los problemas anteriores. Cuando la línea presenta cambios importantes de nivel, entonces, se usan los programas de computador que tienen en cuenta el efecto de la hidrostática de los (uidos. 7sted podrá encontrar mas información sobre este punto en el 9alliburton ipe Manual. EKEPLO 3
7n gasoducto de BG= # K,I millas de largo tiene una capacidad de ,KII bls. ara despla*ar un marrano a trav-s de -l, se necesitan GHH psi. 5emperatura H ). /ota ' lo largo de este gasoducto no ha# desniveles de altura importantes. Calcular el volumen de nitrógeno necesario para despla*ar un marrano. $e acuerdo con la 4ección , a H ) # GHH psi el factor de volumen es de I scfSbl. 2I scfSbl3 & 2KII bl3 J LF.GK scf PROBLEA 3 7n gasoducto FH 6ilómetros de largo tiene una capacidad de BH,FFH bls. Es necesario despla*ar un marrano a trav-s de -l a IHH psi. 5emperatura H ). Calcular el volumen de nitrógeno necesario para despla*ar el marrano.
De.6,>,iento e /6io. e n Coi6e T7ing+
Cuando se traba"a con Coiled 5ubing, muchas veces es necesario despla*ar los (uidos de la sarta de coil tubing con nitrógeno. Esto se hace para B3 $esocupar el coil tubing antes de transportarlo. Esto se hace para reducir su peso # reducir el da8o de la tubería por corrosión. G3 $esocupar el coiled tubing antes de ba"arlo al po*o. Esto se hace para evitar meterle (uidos no deseados al po*o. F3 $esocupar un coiled tubing que está a determinada profundidad. En ese caso, el volumen de tubería que está en super%cie se considera a temperatura constante mientras que la tubería dentro del po*o está a temperatura variable # su cálculo se verá mas adelante. EKEPLO #
7na unidad de Coiled 5ubing está conectada al po*o, con BH,HHH pies de B1BSI= en el po*o # ,HHH pies en el reel. El cliente ha solicitado despla*ar el volumen de Coiled 5ubing que está en super%cie 2 bls3 con nitrógeno. El 9 es de FHHH psi de presión en cabe*a. !a temperatura de la super%cie es de H ). Cuánto nitrógeno se necesita para despla*ar la sección que está en super%cie?. En la 4ección , a H ) # FHHH psi se necesitan B,HF scfSbl. 2B,HF scfSbl3 & 2 bl3 J ,LHI scf PROBLEA # 7na unidad de Coil 5ubing está conectada al po*o. !a unidad tiene un total de BH,HHH pies de Coil 5ubing con L,HHH pies aPn en el carrete 2reel3. !a capacidad total de la unidad de Coil 5ubing es de BH bl. El cliente ha solicitado despla*ar el volumen de Coiled 5ubing que está en super%cie. El 9 es I,BHH psi # la temperatura en la super%cie es de H ). Cuánto nitrógeno se necesita? /r,ctr, con G,. .in 6:=io ni ro,nte
En la parte noreste de los Estados 7nidos ha# pi*arras productoras mu# sensibles al agua que muchas veces son estimulados con nitrógeno a altas tasas de bombeo, sin líquidos ni propante. Como el nitrógeno es un gas inerte, no le ocasiona da8o a estas formaciones sensibles. Estos po*os son generalmente tratados con nitrógeno a alto caudal para crear la fractura con un lea6 oX ba"o. Cuando el tratamiento termina, la fractura no se cierra completamente debido a
las propiedades de la cara de la formación # a la ba"a la presión de cierre. Estos traba"os pueden ser mu# económicos debido a la ausencia de arena, me*cladores, etc, pero la declinación de la producción puede ser más rápida. EKEPLO & 7n cliente ha solicitado un tratamiento de estimulación con solo nitrógeno. !a 095 es de BKHH psi. 4e quiere un caudal en fondo de BLH blSmin # un volumen total de tratamiento en fondo de BLHH bl. !a temperatura de fondo es de BHH ). Calcular la tasa de nitrógeno # el volumen total necesario para reali*ar este traba"o.
4olución En fondo, !a presión del nitrógeno durante el bombeo será de BKHH psi a BHH ). En la 4ección encontramos que el factor de volumen de nitrógeno a estas condiciones es de RI scfSbl 5asa J 2RI scfSbl3 & 2BLH blSmin3 J BHB,BHH scfSmin de /G olumen J 2RI scfSbl3 2BLHH bl3 J B,HBB,HHH scf de /G PROBLEA &
7n cliente ha pedido un tratamiento de estimulación con solo nitrógeno. El 095 es de GGHH psi # la temperatura en fondo es de BGH ). 4e quiere un caudal de BHH,HHH scfSmin # un total de B,GHH,HHH scf. Qu- rata de nitrógeno se tendrá en la formación en blSmin, # quvolumen en el #acimiento en bls?
'!C'C>/E4 ' 5EME+'57+' '+'0!E En los problemas anteriores, la temperatura era constante # usábamos la tabla de la 4ección . 'hora tendremos variación de la temperatura a medida que traba"amos a diferentes profundidades del po*o # usaremos las tablas de la Sección I" del manual /itrogen $ata for >il ell 4ervices.
Esta tabla, al igual que la que vimos en la 4ección , nos da un factor de volumen S con la diferencia de que en este caso es un promedio entre las condiciones de super%cie # las condiciones de fondo del po*o teniendo en cuenta el cambio de temperatura # de presión a lo largo de la columna de nitrógeno. En los problemas de esta sección se va a traba"ar con este factor de volumen promedio entre las condiciones de presión # temperatura. En la ma#oría de los casos, la temperatura la calculamos con un gradiente de temperatura. 5enemos que conocer, #a sea la presión de cabe*a del po*o o la presión de fondo antes de iniciar el cálculo. 7na ve* que conocemos uno de estos datos, el otro se puede encontrar dado que su diferencia es la presión hidrostática siempre que no se estbombeando. >, si se está bombeando, cuando el caudal es su%cientemente ba"a para considerar que la fricción es insigni%cante. 'l traba"ar estos problemas, las variables involucradas son • • • • • •
Aradiente de 5emperatura rofundidad resión en Cabe*a 293 resión de fondo de po*o 2093 )actor de volumen 2S3 en scf de /GSbl de volumen olumen total en bls
De.6,>,iento e T7er:,. e An6,r
En muchos traba"os de ;or6over, se necesita despla*ar con nitrógeno la tubería 2tubing, coiled tubing, casing3 o su anular. En algunos casos, los (uidos que originalmente estaban, pueden ser despla*ados hacia tanques o piscinas en super%cie o pueden ser in#ectados a la formación. Cuando los (uidos se despla*an fuera del po*o, la hidrostática de estos (uidos ocasionan la 09 # debe ser superada para poder levantar esta columna. En cambio, cuando se despla*an estos (uidos hacia la formación, la hidrostática de estos (uidos nos indica la 09 para poder in#ectarlos en la matri* de la roca. EKEPLO ' 7n casing de L1BSG está lleno de salmuera de K.G lbSgal. El cliente tiene previsto ba"ar un tubing de G1RS a HHH pies # luego bombear nitrógeno por el tubing para despla*ar la salmuera hacia el anular. !a capacidad del tubing es de FL bl # el gradiente de temperatura es de B.B )SBHH pies. 0uscar 09 cuando la salmuera está siendo despla*ada fuera de la tubería. Cuál es la presión en cabe*a 293 cuando %nali*a el despla*amiento. Cuánto nitrógeno se bombea? •
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4olución Calculemos la presión hidrostática 9 J 2K.G lbSgal3 2H,HLG3 2,HHH pies3 J F,HHH psi ara este problema F,HHH psi es la 09 En la 4ección , en las tablas con gradiente de temperatura de B.B )SBHH pies se lee que con una profundidad de ,HHH pies # 09 de F,HHH psi se tiene un factor de volumen promedio 2S3 de KG scfSbl # un 9 de GLHG psi.
/G bombeado J 2KG scfSbl3 2FL bl3 J FG,IH scf
WHP: 2,502 psi Retornos
BHP: 3,000 psi
6,000 ft
PROBLEA ' 7n casing de R está lleno de lodo de BH.BG lbSgal. El cliente tiene una tubería de F = a KHHH pies # luego bombear nitrógeno por la tubería para despla*ar el lodo hacia el anular. !a capacidad de la tubería es de R bl # el gradiente de temperatura es de B. )SBHH pies. 0uscar 09 cuando la salmuera está siendo despla*ada fuera de la tubería. Cuál es la presión en cabe*a 293 cuando %nali*a el despla*amiento. Cuánto nitrógeno se bombea? •
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EKEPLO 7n casing de 1LS está lleno de salmuera de BI.IG lbSgal. El cliente tiene previsto ba"ar un tubing de G1RS a IHHH pies, # luego bombear nitrógeno por la tubería para despla*ar la salmuera fuera del po*o. El tubing tiene una capacidad de GH bls # el anular es de BBH bls. Aradiente de 5emperatura B. )SBHH pies. 0uscar 09 cuando se ha#a despla*ado el tubing con nitrógeno. Cuál es la presión en ese momento? Cuánto nitrógeno se ha bombeado hasta ese momento? Cuánto nitrógeno se necesita para terminar el despla*amiento del anular?. • • • •
4olución Calculemos la hidrostática 293 9 J 2BI.IG lbSgal3 2H.HLG3 2I,HHH pies3 J F,HHH psi En la sección , con un gradiente de B. )SBHH pies, se lee que con una profundidad de I,HHH pies # 09 de F,HHH psi se tiene un factor de volumen promedio 2S3 de KLI scfSbl # un 9 de GL psi. /G para despla*ar el tubing 2KLI scfSbl3 2GH bl3 J BK,HH scf
WHP: 2,658 psi Retornos
BHP: 3,000 psi
4,000 ft
'hora, necesitamos determinar la cantidad de /G para despla*ar el anular. nicialmente, cuando el interior del tubo está lleno de nitrógeno,
la 09 es de F,HHH psi. Cuando termine de despla*arse todo el anular la 09 debe haber disminuido hasta un valor que corresponde a la hidrostática del nitrógeno que #a no está levantando ningPn (uido. ara simpli%car, consideramos que la 09 ba"a a H psi. Entre estos dos momentos, la 09 promedio es de B,LHH psi. 0uscando en la 4ección , con una 09 promedio de B,LHH psi a I,HHH pies de profundidad, el factor de volumen promedio es IKK scfSbl. Entonces, $espla*amiento del 'nular 2IKK scfSbl3 & 2BBH bls3 J LI,KH scf $espla*amiento total BK,HH LI,KH J RF,KRH scf /ota El cálculo reali*ado con la 09 promedio entre el momento inicial # %nal normalmente da valores aceptables, aunque inferiores a los reales. 4e utili*an diferentes reglas de dedo para a"ustar este cálculo a un valor ma#or. An6,r e Ai.6,iento con Nitrógeno
!a precipitación de para%nas en la tubería de producción puede ser causada por la p-rdida de calor de los (uidos producidos hacia formaciones más frías. 7na manera de reducir este problema es llenando el anular entre casing # tubing con nitrógeno. 7na aplicación similar se hace en los po*os geot-rmicos # cuando se in#ecta vapor para reducir las p-rdidas de calor hacia los alrededores. El nitrógeno cumple una función de aislante debido a su ba"a conductividad t-rmica. EKEPLO M 7n casing de L1BSG está lleno de salmuera de BB lbSgal. 4e va a correr un tubing de G1RS a RHHH pies, # luego bombear nitrógeno por el anular hasta llenarlo # obtener un anular con nitrógeno de ba"a conductividad t-rmica. El gradiente de temperatura es de B.B )SBHH pies # el volumen del anular es de BBB bls. 0uscar 09 cuando se ha#a despla*ado la salmuera del anular resión en la cabe*a del po*o en ese momento olumen de nitrógeno que se necesita para llenar el anular. • • •
4olución
9 J 2BB lbSgal3 2H.HLG3 2RHHH pies3 J IHHH psi
En la 4ección con un gradiente de B.B )SBHH pies, a RHHH pies profundidad # 09 de IHHH psi se lee un factor de volumen promedio de 2S3 de BBB scfSbl # una 9 de FGRG psi. /itrógeno bombeado J 2BBB scfSbl3 2BBB bls3 J BG,RB scf C,oneo n>,iento Uner7,6,nce con nitrógeno Con el uso de nitrógeno # un lubricador, se puede crear un diferencial de presión en el po*o. Con esto prácticamente se elimina la posibilidad de un e&ceso de hidrostática que empu"e los residuos del ca8oneo a la formación. Cuando un po*o está listo para ser ca8oneado, el nitrógeno se utili*a para despla*ar el líquido afuera del tubing. 4e sienta el empaque, se posicionan los ca8ones # se presuri*a con nitrógeno. $espu-s, los ca8ones se retiran a trav-s del lubricador. El nitrógeno se puede liberar a la atmósfera de forma controlada para colocar el po*o en producción. 4i la presión del po*o es su%ciente, no se requerirá ningPn procedimiento de s;abeo. EKEPLO 1* 7n po*o tiene un tubing vacío a LHH pies. 4e va a ca8onear # se quiere que la columna de nitrógeno aplique una hidrostática de FHHH psi. !a capacidad del tubing es de FK bls. El gradiente de temperatura es de B.B )SBHH pies. 0uscar 9 cuando la 09 es FHHH psi. olumen de /itrógeno. • •
4olución En la 4ección , con un gradiente de temperatura es de B.B )SBHH pies, a una profundidad de LHH pies # una de 09 de FHHH psi, se lee que el 9 es GI psi # la 2S3 es KBR scfSbl.
/itrógeno necesario J 2KBR scfSbl3 2FK bls3 J FL,RF scf
PER/-Sti C,oneo en .o7re-7,6,nce N2
Empaqe !"i#o #e "impie$a %a&ones
erf14tim es un m-todo para perforar # estimular un po*o al mismo tiempo. El po*o se presuri*a con nitrógeno a una presión mu# por encima de la presión de fractura. Cuando se hace el ca8oneo, inmediatamente se inician fracturas por la alta presión. !a energía almacenada en el nitrógeno comprimido crea las fracturas # el nitrógeno u otros (uidos pueden ser in#ectados a alto caudal para e&tender las fracturas.
EKEPLO 11 En un casing de L1BSG se corre un set de ca8ones de 5.C.. # un empaque con tubing de G1FS a RHHH pies. El po*o ha sido previamente purgado de (uidos. ara ca8onear con E+)14tim, se va a presuri*ar la tubería con nitrógeno hasta una presión en cabe*a de IBFH psi. !a capacidad de la tubería es de GR bls # el gradiente de temperatura es B.B )SBHH pies. FH minutos despu-s del ca8oneo la presión en cabe*a a caído a FGRG psi.
0uscar Cantidad de nitrógeno necesario para presuri*ar el tubing a IBFH psi 09 al tener el 9 en IBFH psi /itrógeno que queda en la tubería cuando la 9 es de FGRG psi •
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4olución En la 4ección , con gradiente de temperatura de B.B )SBHH pies, con una profundidad de RHHH pies # una 9 de IBFH psi, se lee que la 09 es de LHHH psi # el factor de volumen promedio 2S3 es de BF scfSbbl.
/G necesario J 2BF scfSbl3 & 2GR bls3 J FR,IGG scf 7tili*amos la misma tabla para leer la información que necesitamos cuando la 9 cae a FGRG psi la 09 es de IHHH psi # la 2S3 es BBB scfSbl. /G %nal en el tubing J 2BBB scfSbl3 2GR bls3 J FB,FIR scf
PerCon P
E! servicio de erfCon está dise8ado para perforar un casing a trav-s de un intervalo donde la producción de arena puede ser un problema. Con los ca8ones en su sitio, se coloca 7na peque8a cantidad de resina en frente del intervalo. Entonces, se presuri*a con nitrógeno para crear condiciones de overbalance. Cuando se tiene la presión la presión programada, se disparan los ca8ones # la resina es in#ectada a los pun*ados reci-n creados. osteriormente se in#ecta un catali*ador para activar la resina líquida # consolidar la arena. !os cálculos para una aplicación de erfCon son iguales a los vistos para el E+)14tim. Li7er,no T7er:, Atr,,, or Peg, Dierenci,6
El /itrógeno, reduce la densidad del lodo de perforación. Esto reduce la presión hidrostática alrededor de la tubería puede a#udarle a liberarse de una pega. >tra t-cnica es colocar nitrógeno en la *ona donde la ca8ería está atascada. !a ba"a viscosidad del gas hace que la presión se iguale alrededor de la tubería, lo que le permite liberarse. /LUIDOS COINGLED) /LUIDOSNITRÓGENO
7n (uido commingled se obtiene al bombear simultáneamente # en las proporciones programadas el líquido de tratamiento # el /itrógeno sin la aplicación de surfactantes para mantener ese me*cla estable. Esta me*cla se hace por varias ra*ones )acilitar el )lo;bac6 de los (uidos de tratamiento 'umentar el volumen de tratamiento # tener ma#or penetración Control de densidad de los (uidos de tratamiento
9#dro"etting con nitrógeno +educir la densidad del lodo de perforación 4us cálculos de volumen no hacen parte del alcance de este curso pero si las diferentes aplicaciones en que los usamos. Hr,-Ketting con Nitrógeno
!as pruebas indican que se puede esperar un corte mucho me"or con el 9idra1:et cuando se inclu#e nitrógeno en el (uido que lleva la arena. Me"ores tasas de corte hacen que el 9#dra1:et sea una buena opción para reali*ar pun*ados, cortes en el casing, corte para la remoción de tuberías, limpie*a de scales remoción de sólidos. En una prueba, con una relación de nitrógeno1gel de apro&imadamente FLH scfSbl # una presión de bombeo de G,LHH psi se obtuvo una penetración de BH pulgadas en FH minutos penetrando una lámina de BSG= de acero, = de cemento sint-tico de alta resistencia # arenisca 0erea. Con las mismas condiciones, usando un (uido sin nitrógeno, la penetración obtenida fue de L1BSG pulgadas en el mismo tiempo. Nitrógeno en /6io. e ?oro
'l reducir la densidad de los (uidos de ;or6over, el nitrógeno a#uda a reducir las p-rdidas de %ltrado a la formación lo cual es especialmente Ptil en po*os con ba"a presión. Le<,nt,iento con Nitrógeno Ketting
Cuando un po*o tiene una columna de (uidos que e"er*a una hidrostática ma#or que la presión de las formaciones aportante, no puede producir. Na sean (uidos de formación o (uidos de tratamiento, el nitrógeno se puede utili*ar para descargar los líquidos que est-n matando el po*o. El nitrógeno es el (uido mas usado para los levantamientos debido a que es inerte, # de ba"a solubilidad en los líquidos. Este proceso llamado :etting 2chorro3, se reali*a bombeando nitrógeno a trav-s de tubería o Coiled 5ubing hace que el nitrógeno se combine con los (uidos del po*o para reducir la hidrostática # circular con retornos por el anular hasta conseguir condiciones de underbalance que permitan que la presión del #acimiento mantenga el (u"o.
'unque este proceso se puede reali*ar con tubing o drill pipe, el hacerlo con Coiled 5ubing tiene venta"as que vamos a ampliar Cuando se utili*a Coiled 5ubing la tubería se puede ir ba"ando mientras bombea nitrógeno en forma continua. Esto produce un efecto de descarga gradual por la me*cla del nitrógeno con los (uidos del po*o. Cuando la hidrostática se reduce gradualmente el (u"o de (uidos de la formación se logra de manera mas controlada. 'demás, se puede a"ustar la profundidad de la tubería para obtener la presión de fondo # el (u"o deseado hasta que la presión de cabe*a se incremente. Cuando se considere que la presión del #acimiento pueda mantener el (u"o, se podrá ir reduciendo el caudal de nitrógeno mientras se va sacando el Coiled 5ubing. E.ti6,ción con Nitrógeno
En los traba"os de estimulación 2tratamientos ácidos # orgánicos3 el nitrógeno commingled aumenta el volumen de tratamiento con lo que aumenta la penetración. En las fracturas, las burbu"as de nitrógeno bloquean los espacios porosos temporalmente con lo que se reducen las p-rdidas de %ltrado # el tratamiento se vuelve más e%ciente.
El nitrógeno comprimido sirve como fuente de energía que a#uda a impulsar los (uidos de tratamiento para que regresen de la formación cuando se pone a (uir el po*o. En la ma#oría de los casos, incluso con #acimientos de ba"a presión, se reducen los tiempos de retorno de los (uidos de tratamiento. En servicios de ácido, el nitrógeno contribu#e a aumentar la velocidad de retorno de los (uidos lo que a#uda a remover precipitados, un sub1 producto frecuente en estos traba"os # a remover %nos que pueden causar da8o a la formación.
E47M'4 Reo6og:, e 6, E.,) !a viscosidad de un (uido de fractura es importante debido a su in(uencia en la creación de la geometría de la fractura # en el transporte del propante. !a adición de polímeros 2lineales o crosslin6ed3 al (uido base aumenta su viscosidad. !a viscosidad del gel se incrementa aPn más cuando se espuma con nitrógeno al crearse una fase interna 2las burbu"as de gas3 estabili*ada con un surfactante. !os (uidos espumados de alta viscosidad pueden ser preparados con ba"as cantidades de agua # geli%cantes, minimi*ando el volumen de líquido.
!a viscosidad de la espuma depende de una serie de variables, inclu#endo la calidad, la viscosidad de la fase e&terna, # la te&tura. El parámetro más importante es la calidad de la espuma 2la calidad es el porcenta"e del volumen que ocupa el gas3. Na que el volumen del gas es una función de la temperatura # la presión, se deben conocer las condiciones de fondo del po*o. ' medida que la calidad aumenta, aumenta la viscosidad de la espuma. El #ield point de las espumas son una función e&ponencial de la calidad. !as espumas de ma#or calidad tienen me"ores propiedades de transporte, especialmente a ba"os caudales. !a viscosidad de la fase líquida tambi-n es un parámetro importante. El (u"o de espuma de alta calidad puede ser visuali*ada como el desli*amiento de diferentes capas de burbu"as de gas. 4i la película de líquido contiene un agente viscosi%cante, las burbu"as estarán sometidas a ma#ores fuer*as de arrastre # el (u"o será más difícil resultando en una viscosidad ma#or. !a te&tura, osea, la distribución del tama8o de burbu"as "uega un papel importante pero que tiene menor efecto sobre la viscosidad de la espuma. !a espuma e&puesta a esfuer*os de corte por un tiempo su%ciente, empare"a la distribución de tama8o de burbu"as haciendo que no afecte demasiado la viscosidad.
5erminología Q Calidad Este t-rmino es usado en las aplicaciones de espuma # es la relación del volumen del gas respecto del volumen total de la espuma. !a calidad no tiene unidades # como el volumen total está en el denominador de la relación, su valor siempre es menor que uno 2B3. 5ambi-n, se e&presa en porcenta"e al multiplicar la relación de volPmenes por cien. Dcido Espumado El espumar el ácido en un tratamiento permite
7sar menos volumen de ácido +educir la presión hidrostática de la columna de (uidos +etardar el ácido consiguiendo que este se gaste menos rápido # actPe hasta una ma#or profundidad en la formación. ncrementar la viscosidad, lo que reduce la posibilidad de que el ácido se pierda a *onas ladronas.
El usar nitrógeno tambi-n a#uda al (o; bac6. Cuando se reduce la presión en la cabe*a del po*o, el nitrógeno se e&pande hacia la super%cie. Esta e&pansión sirve de empu"e al (o; bac6 del ácido gastado hacia super%cie. El nitrógeno es el gas más usado para producir (uidos espumados. 4u calidad está generalmente entre el L # el LW 2L a LW de gas # sólo BL a FLW líquido3, aunque se han usado calidades hasta de el KLW. !a fase líquida de la espuma puede contener de H.L a B.HW de surfactantes # de H.I al B.HW de inhibidor. !os tratamientos convencionales de ácido en po*os de petróleo # gas que presentan acumulación de para%nas, asfaltenos o scales pueden generar grandes cantidades de %nos insolubles de cuar*o, #eso # feldespatos. Este problema puede ser controlado con la aplicación de ácidos espumados.
5ratar po*os con las características indicadas arriba, probablemente será bene%cioso. 4in embargo, su alto contenido de líquidos puede aumentar el problema de %nos # la ba"a viscosidad del ácido gastado no a#udará a solucionar este problema. 'demás, dependiendo de la presión del po*o, se puede requerir de suabeo para recuperar el ácido gastado. El ácido espumado ha tenido amplias aplicaciones en po*os de crudo # de gas # ofrece las siguientes características para eliminar prácticamente los problemas mencionados en el apartado anterior B,8o contenio e 6:=io T !os ácidos espumados utili*ados en las fracturas ácidas son, generalmente, de H a HW de calidad. El ba"o contenido de líquido es e&tremadamente importante cuando se tratan formaciones sensibles a los (uidos de tratamiento. Rección e 6, 4ri, e ;6tr,o T !a alta viscosidad del ácido espumado resulta en una reducción de p-rdida de (uidos, lo que permite una penetración más profunda del ácido en comparación con un sistema de ácido convencional. En formaciones de ba"a permeabilidad, las burbu"as de la espuma pueden ser su%cientes para evitar el lea61oX hacia la matri*. "i.co.i, ,6t, T 7n ácido viscoso proporciona las venta"as de obtener una me"or # más amplia de fractura, reducir la p-rdida de (uidos # me"orar el transporte de sólidos. e8or 6iie>, T !a presencia de gas en el (uido de tratamiento facilita su recuperación de la formación o de la fractura # reduce la posibilidad de que se quede en la formación donde podría obstaculi*ar la producción. Esto signi%ca una recuperación más rápida del líquido lo que reduce el da8o a las formaciones sensibles. e8or, e6 tr,n.orte e .ó6io. T >tra de las venta"as del ácido espumado es su capacidad para suspender los %nos. Como #a mencionamos, los ácidos convencionales pueden generar una gran cantidad de %nos insolubles que se quedan en la formación debido a la ba"a viscosidad del ácido gastado. Esto se puede evitar con el uso de los ácidos espumados. eno. ,o e 6, or,ción T !os ácidos espumados tienen un ba"o contenido de líquidos. /ormalmente, son de una calidad entre el H # el HW lo que reduce la posibilidad de que se produ*ca un da8o.
e8or contro6 T El (u"o puede ser controlando a"ustando la cantidad de nitrógeno # por tanto, la densidad del (uido de tratamiento. Eecto Di
En la ma#oría de los casos, las formaciones se componen de *onas que poseen diferentes permeabilidades o *onas que pueden haber sufrido diferentes grados de da8os durante la perforación, completamiento, o en otras operaciones. Cuando se reali*an tratamientos ácidos en estas formaciones, el (uido, entra en las *onas que presentar la menor resistencia al (u"o. Esto puede resultar en la colocación del ácido en las *onas que menos requieren limpie*a. !a divergencia busca modi%car el per%l de in#ección a %n de que todas las *onas reciban tratamiento. !as espumas logran la divergencia debido a su alta viscosidad # al efecto taponante de las burbu"as de gas al entrar a los poros de la formación. !as calidades en que se preparan las espumas 2del H al HW3 dan un buen efecto divergente siendo me"or, cuando la calidad en ma#or. !as espumas poseen varias venta"as con respecto a otros agentes divergentes. !a principal venta"a es que, como no tiene sólidos # como se degrada con bastante rapide*, no es necesario reali*ar ninguna consideración para hacer limpie*a del agente divergente.
)ractura Me"orada Con /itrógeno ' los (uidos de fractura se les puede espumar adicionándoles nitrógeno. 'si, los (uidos aumentan de volumen # se hacen mas livianos lo que signi%ca que van a tener una ma#or penetración # que van a tener un me"or retorno despu-s del fracturamiento.
!as espumas son más viscosas, por lo que se me"ora el transporte # suspensión del material propante. N al usar espuma, se reduce el volumen de líquido base con lo que ha# menos (uido que pueda afectar la formación # menos (uido que recobrar. or lo anterior, un fracturamiento con nitrógeno puede ser más económico #a que se usa menos (uido # que se ahorra tiempo porque ha# que recobrar menos líquido # el po*o puede volver a producir más pronto.
Cementación Espumada $esde los a8os RH, 9alliburton ha reali*ado lechadas espumadas adicionando nitrógeno a las lechadas base para obtener cementos livianos con densidades tan ba"as como I.L ppg. 4u uso estuvo limitado inicialmente a los casos en que se requerían lechadas livianas debido a la presencia de *onas de ba"o gradiente de fractura o para poder colocar largas columnas de cemento. 'hora se han identi%cado numerosas venta"as de las lechadas espumadas que han hecho cada ve* mas frecuente su uso. !as características de una lechada espumada son - 0a"a densidad - 0a"a p-rdida de %ltrado - 0uen despla*amiento - )luido e&pansivo N las características de un cemento espumado son - 'lta +esistencia a la compresión con ba"a densidad - Elasticidad - 0uena adherencia - 0a"a conductividad t-rmica - 0a"a permeabilidad
ara conseguir estas propiedades, la proporción de caudales lechada1
nitrógeno debe ser correctamente controlada. or esto, se ha
desarrollado un sistema para reali*ar este tipo de operaciones llamado *one seal que controla simultáneamente las unidades de cementación # nitrógeno.
E!EME/5>4 $E! +A 7 El rig up de un sistema de descarga involucra muchos componentes que deben soportar la presión de operación mientras se suministra el nitrógeno segPn el programa lo requiera. El sistema de descarga consiste principalmente de
!íneas de 5ransferencia álvulas álvulas cheque, <5=s con válvula para descargar # válvulas !otorc +estricciones
$ependiendo de la aplicación, tambi-n se utili*an otros equipos en la línea, tales como generadores de espuma o densómetros. 'hora vamos a ver las características de los componentes de la línea, las potenciales causas de su falla # las precauciones que se deben tener al traba"ar con ellos. Hierro.) !os accesorios de hierro que se usan en el armado de los sistemas de descarga de (uidos deben ser inspeccionados antes de cada traba"o para identi%car posibles signos de desgaste # fatiga. 5ambi-n, debe revisarse que se encuentren limpios # libres de mugres. >tras consideraciones que deben tenerse en cuenta son
4i se sospecha o se sabe que un elemento del sistema ha estado en contacto con nitrógeno líquido, ese hierro debe ser retirado, re1certi%cado # probado con presión antes de poder volver a usarse. Cada elemento debe certi%carse periódicamente 2má&imo, cada a8o3, # debe tener una banda de acero con la fecha de la Pltima certi%cación. 'l conectar hierros, asegPrese de usar sellos en buen estado.
+ecuerde que las líneas de descarga de hierro no están hechas de un material que soporte temperaturas criog-nicas # que se cristali*an a 1IHo). or esto, nunca golpee una línea que se ha#a escarchado por contacto con nitrógeno líquido. "56<6,. e6 Si.te, e De.c,rg,)
!as válvulas "uegan un papel importante en el sistema de descarga para controlar la presión # el (u"o. !as siguientes son las válvulas que usamos
álvulas Cheque 4on instaladas en la línea de descarga para impedir el (u"o de la línea hacia la unidad de nitrógeno. Estos (uidos podrían alcan*ar el equipo de nitrógeno # contaminar los vapori*adores, las bombas, e incluso los tanques. 9a# dos tipos de válvulas cheque tipo (apper # tipo dardo.
álvulas Cheque
+ecuerde
4iempre use al menos dos válvulas cheque en el sistema de descarga para prevenir el (o;1bac6.
4iempre chequee la (echa de dirección de la válvula al instalarla en la línea. !a (echa indica la dirección de (u"o. 5oda válvula cheque reparada debe ser probada a B veces su presión de traba"o antes de ser puesta de nuevo en servicio. !as válvulas cheque deben ser probadas en su posición de cierre a la presión de traba"o. !as válvulas cheque deben ser desensambladas # revisadas periódicamente. 7n mantenimiento programado reduce el riesgo de fallas.
Cuando se bombee nitrógeno o un (uido commingled, se debe colocar una válvula cheque cerca de la cabe*a del po*o. <5=s de despresuri*ación Estas, son unas <5=s que cuentan con una válvula de agu"a para rela"ar la presión atrapada en la línea de descarga. Estas <5=s deben instalarse aguas aba"o de las válvulas cheque para poder despresuri*ar todo el sistema de descarga. ara despresuri*ar la presión de una línea con nitrógeno, solo se acepta el uso de válvulas 'utoclave para BLHHH psi. !as <5=s con válvulas para despresuri*ar, deben ser inspeccionadas antes # despu-s de cada traba"o. álvulas 'utoclave !as válvulas autoclave son válvulas de agu"a para uso en altas presiones # son un componente importante de las <5=s de despresuri*ación. En una unidad de nitrógeno encontramos diferentes válvulas autoclave, inclu#endo las válvulas tempering, priming # la diverter. Estas válvulas deben ser de un rango de BLHHH psi o más. álvulas !o15orc 'bren # cierran el sistema de descarga entre la unidad de nitrógeno # el po*o. 5ambi-n se usan para aislar diferentes puntos del sistema.
!as válvulas !o15orc no deben usarse como válvulas choque. /o deben ser usadas para la regulación de (u"o.
Como indicación general, las válvulas !o5orc deben ser instaladas en cada punto en que el nitrógeno entra o sale del sistema.
Mangueras 5odas las mangueras de transferencia deben ser de un proveedor aprobado # deben identi%carse para poder hac-rsele seguimiento. !a ma#oría de mangueras criog-nicas son usadas en la transferencia de nitrógeno líquido de un tanque a otro, o a una unidad de bombeo. !as mangueras de este tipo son de B pulgada o dos, pero pueden ser de otro diámetro. ara que estas mangueras puedan soportar temperaturas criog-nicas, deben ser hechas de acero ino&idable serie FHH con accesorios CA' en sus e&tremos. !as mangueras deben tener un accesorio de seguridad que permita rela"ar la presión, tal como un disco de ruptura. 4i se de"a nitrógeno líquido atrapado en ella, el disco de ruptura se romperá # la presión se rela"ará sin que la manguera estalle. !as mangueras de transferencia consisten de una manguera dentro de otra, # con un aislamiento que puede ser %bra de vidrio, n#lon o incluso una capa de vacío. 'segPrese de que las mangueras que usa sean del correcto rango de presión # servicio.
4i el disco de ruptura o el tren*ado están da8ados de cualquier manera, reemplace la manguera.
C>/4$E+'C>/E4 $E +A 7 'hora veremos unos esquemas generali*ados de como se deben armar las líneas de descarga de las unidades de nitrógeno. +ig up de 7na unidad
/ota !os siguientes diagramas son generales # su aplicación debe ser revisada para cada caso particular.
5enga en cuenta que el uso de dos válvulas cheques en la línea de descarga de nitrógeno es obligatorio.
+ig up MPltiples 7nidades
Cuando se usa más de una unidad de nitrógeno, debe haber una válvula cheque para cada unidad. !a indicación de usar dos válvulas cheque se cumple compartiendo una en la línea principal.
+ig up Cementación Espumada En muchos casos, le adicionamos nitrógeno a un (uido para hacerlo mas liviano. Esto es especialmente cierto en aplicaciones de cementación.
El nitrógeno adicionado a la lechada crea un cemento estable espumado. El cemento espumado pesa menos, tiene me"or adherencia # es más dPctil, lo cual signi%ca que el casing cementado con cemento espumado puede soportar mPltiples cambios de presión sin que el cemento falle.
+ig up 0ombeo de ácido espumado
445EM'4 4EA7+$'$ $E +E45+CC@/ $E !/E'4 !as fotos de aba"o nos muestran una serie de fallas en la línea. El sistema de descarga opera a altos caudales # altas presiones. Con estas condiciones, la fatiga # las fallas del metal son un constante
