PROYECTO GEOTECTNIA DE OLEODUCTOS RUTA PARA OLEODUCTO DE GRANADA (META) A TENAY (HUILA)
VICTOR EDUARDO SORIANO ALFONSO
PRESENTADO A: JOSE VICENTE AMORTEGUI GIL INGENIERO CIVIL
ENTREGA No. 1 ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO 09 DE SEPTIEMBRE DE 2017 BOGOTÁ
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 4 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 5 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................................... 5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................................. 5 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................. 6 ¿QUÉ ES UN OLEODUCTO? .............................................................................................................. 6 OLEODUCTOS EN COLOMBIA .......................................................................................................... 6 PETRÓLEO ........................................................................................................................................ 9 ¿QUÉ ES UN POLIDUCTO? ............................................................................................................. 10 GASOLINA ...................................................................................................................................... 11 ¿QUÉ ES UN GASODUCTO? ........................................................................................................... 12 MANTENIMIENTO ......................................................................................................................... 12 MANTENIMIENTO ......................................................................................................................... 12 RUTA Y DISEÑO DEL OLEODUCTO DE GRANADA – META A TENAY - HUILA ..................................... 13 CARATERÍSTICAS GENERALES ........................................................................................................ 13 CORREDORES SUPUESTOS............................................................................................................. 14 OPCIÓN 1 ....................................................................................................................................... 15 OPCIÓN 2 ....................................................................................................................................... 16 DATOS DE DISEÑO DEL TRAZADO ................................................................................................. 18 MEMORIAS DE CÁLCULO ............................................................................................................... 20 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 23 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 24
TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1Ubicación satelital de los municipios de Granada y Tenay ........................................... 13 Ilustración 2 Ruta de medida en línea recta. .................................................................................... 14 Ilustración 3 Trazado opción número 1 ............................................................................................ 15 Ilustración 4 Perfil para opción número 1. ........................................................................................ 16 Ilustración 5 Trazado opción número 2 ............................................................................................ 17 Ilustración 6 Perfil para opción número 2 ......................................................................................... 17
INTRODUCCIÓN En este informe se presenta la evaluación de una posible ruta para un oleoducto que comunique el municipio de Granada en el departamento del meta con el municipio de Tenay en el departamento del Huila. Se presenta la ruta trazada mediante Google earth así como su perfil de alturas. Se realiza además el cálculo de la línea de energía para así conocer cuantas estaciones de bombeo son necesarias para llegar al lugar de destino y superar las considerables elevaciones de la zona. La ruta atraviesa una región bastante compleja, ya que en la zona existen algunos resguardos indígenas y dos parques nacionales correspondientes a la Serranía de la Macarena y el Páramo del Sumapaz. Dichos parques serán evitados a toda costa. Finalmente se entregarán algunos aspectos técnicos referentes a la tubería necesaria para el oleoducto.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Definir de manera acertada y óptima la ruta de un oleoducto que comunique los municipios de Granada – Meta y Tenay – Huila haciendo uso de los conocimientos adquiridos hasta el momento acerca de la ingeniería de oleoductos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar una ruta empleando y respetando las normas NIO para el diseño de oleoductos. Determinar cuántas estaciones serán necesarias para lograr el bombeo del crudo. Determinar la ubicación de las estaciones de bombeo. Respetar todas las restricciones de la zona, como resguardos indígenas, parques nacionales y centros poblados. Evaluar la ruta con teniendo en cuenta la facilidad de acceso a la zona, el ancho de vía, la longitud total del proyecto y su posible costo. •
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MARCO TEÓRICO ¿QUÉ ES UN OLEODUCTO? Un oleoducto es un ensamblaje de tubos de acero y conexiones empleadas para el transporte de petróleo, la tubería cuenta con diámetros con internos que suelen oscilar entre los 30 y los 120 centímetros. Pueden ser construidos sobre la superficie o enterrados bajo tierra. Las instalaciones o estaciones de un oleoducto hacen parte del sistema vibrante que moviliza el petróleo para hacer posible su comercialización. En torno a este sistema de arterias se crean valiosas actividades económicas, útiles no solo para los productores de crudo sino también para las comunidades aledañas al lugar de operación.
OLEODUCTOS EN COLOMBIA Actualmente Colombia cuenta con una red de oleoductos bastante compleja, de los cuales 2847 pertenecen a ECOPETROL, 2252 pertenecen a ECOPETROL y otras empresas y 368 de empresas particulares, obteniendo un total de 5467 oleoductos en Colombia. A continuación, se presentan los principales oleoductos en Colombia con algunas de sus características y su ubicación:
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Oleoducto Caño Limón-Coveñas: Tiene 770 kilómetros de longitud y a través de él se transportan los crudos producidos en el campo Caño Limón (Arauca). Oleoducto del Alto Magdalena: Transporta los crudos que se obtienen en el Valle Superior del Magdalena y en el cual Ecopetrol participa con el 49%. Oleoducto Colombia: Tiene 481 kilómetros y conecta la estación de Vasconia con el puerto de Coveñas. Ecopetrol tiene el 42.5% de participación.
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Oleoducto Central S.A. (Ocensa): Con 790 kilómetros de longitud, transporta fundamentalmente los crudos del piedemonte llanero (Cusiana- Cupiagua) hasta el terminal marítimo de Coveñas. Oleoducto Trasandino Con 306 kilómetros, transporta petróleo desde Ecuador hasta el puerto de Tumaco, sobre el océano pacífico. Oleoducto Bicentenario Actualmente se encuentra en construcción, el cual tendrá una longitud superior a 970 km concluidas sus dos etapas y posee una capacidad de diseño de 600 kbls por día en el tramo Araguaney y Banadía y de 450 Kbpd en el tramo entre Banadía y el Puerto Marítimo de Coveñas. La construcción de este oleoducto presenta restrasos de casi un año , por constantes ataques a la infraestructura por parte de grupos terroristas y demoras en adjudicación de licencias. Oleoducto Llanos Orientales Recorre 235 km desde el campo Rubiales hasta conectarse con el oleoducto Ocensa en las estaciones de recibo de Monterrey y Cusiana. Es operado por la empresa Oleoducto de los Llanos Orientales (ODL), del cual Ecopetrol y Pacific Rubiales Energy son socios, siendo Ecopetrol el
accionista
mayoritario.
PETRÓLEO En términos científicos el petróleo es denominado como un líquido inflamable mezcla de hidrocarburos y otros compuestos orgánicos que sólo se encuentra bajo la superficie terrestre, en formaciones geológicas de hace millones de años. Es considerado en la actualidad como una de las fuentes de energía más importantes alrededor del mundo entero, convirtiéndose en indispensable para el ser humano por constituirse como materia prima en numerosos procesos de la industria química. Así de esta forma son innumerables las cosas que se derivan de este producto y que están alrededor nuestro sin lugar a duda contribuyendo a una mejor calidad de vida, facilitando de cierta manera nuestras labores diarias. Muchos expertos en el tema establecen que La dependencia el petróleo de la sociedad industrializada es de tal magnitud que la lucha por el suministro y la extracción de esta materia prima puede dar lugar a guerras entre países. Pues como lo mencionamos anteriormente muchas cosas de gran utilidad para el hombre se atribuyen a la explotación de esta materia. Fundamentalmente son dos los grupos de productos que provienen del petróleo; por un lado, tenemos aquellos que se utilizan para obtener energía, como por ejemplo la gasolina, y por otro lado los productos derivados que se utilizan para producir todo tipo de objetos, por ejemplo, los plásticos. Como el tema de los productos provenientes del petróleo son muchos, a continuación, solo mencionaremos algunos, de los cuales quizá podríamos decir que son los más importantes:
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Las gasolinas. Los lubricantes El asfalto Las ceras El PVC o cloruro de polivinilo Pinturas y barnices
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Neumáticos Detergentes para lavar Todo tipo de plásticos Impermeabilizaciones de cubiertas Gas propano, queroseno, diésel, etc.
¿QUÉ ES UN POLIDUCTO? Infraestructura diseñada y construida para transporte de líquidos derivados del petróleo. En Colombia la gran mayoría de poliductos son propiedad de Ecopetrol pues es el encargado de manejar los productos derivados del petróleo. A continuación, se presentan algunos de lo oleoductos más importantes en Colombia: •
POLIDUCTO POZOS COLORADOS- GALÁN
Cuenta con longitud de 490 km de tubería, desde la Estación de Pozos Colorados en Santa Marta (Magdalena) hasta la Estación Galán (Barrancabermeja), es importante debido a que Ecopetrol busca importar ACPM. •
POLIDUCTO GALÁN- COVEÑAS
Cuenta con una longitud de 463 km de tubería, desde la Estación Galán en Barrancabermeja hasta el puerto marítimo de Coveñas, es importante en el deseo de exportar productos derivados del petróleo refinados en Barrancabermeja. •
POLIDUCTO GALÁN-SABASTOPOL-PUERTO SALGAR- BOGOTÁ
Cuenta con una longitud de 398 km de tubería desde la Estación Galán (Barrancabermeja) hasta la cuidad de Bogotá, es importante en la intención de proveer combustibles y productos derivados del petróleo al centro urbano más grande del país. •
POLIDUCTO MANSANILLA- TOCANCIPÁ
Actualmente se encuentra en construcción el cual tendrá una longitud de 68 054 m. Consiste en un poliducto bidireccional para el transporte de productos refinados, que une los terminales de Mansilla (Facatativá) y Tocancipá.
GASOLINA Es una mezcla de hidrocarburos obtenida del petróleo por destilación fraccionada, que se utiliza como combustible en motores de combustión interna, así como en estufas, lámparas, limpieza con solventes y otras aplicaciones. Tiene una densidad de 680 g/L1 (un 20 % menos que el gasóleo, que tiene 850 g/l. El gasoil A tiene una densidad de 845 g/l, es amarillento y se usa para turismos, el gasoil B tiene una densidad de 855 g/L, es rojizo y es para uso agrícola, y el gasoil C es azulado y tiene un uso doméstico). Un litro de gasolina proporciona, al arder, una energía de 34,78 megajulios, aproximadamente un 10 % menos que el gasoil, que proporciona 38,65 megajulios por litro de carburante. Sin embargo, en términos de masa, la gasolina proporciona un 3,5 % más de energía. En general se obtiene a partir de la gasolina de destilación directa, que es la fracción líquida más ligera del petróleo (exceptuando los gases). La nafta también se obtiene a partir de la conversión de fracciones pesadas del petróleo (gasoil de vacío) en unidades de proceso denominadas FCC (craqueo catalítico fluidizado) o hidrocraqueo. La gasolina es una mezcla de cientos de hidrocarbonos individuales desde C4 (butanos y butenos) hasta C11 como, por ejemplo, el metilnaftaleno. Gasolina de destilación directa: ausencia de hidrocarburos no saturados, de moléculas complejas aromáticas - nafténicas. El contenido aromático se encuentra entre 10-20 %.
¿QUÉ ES UN GASODUCTO? Infraestructura diseñada y construida para transporte de gas. En Colombia la gran mayoría de poliductos son propiedad privada, pertenecientes a empresas como Promigas, Transgas, Transmetano, Gas Natural de Colombia. Estos ductos transportan el gas desde los campos productores a centros de Acopio y de ahí a grandes centros urbanos para su comercialización.
MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO DE LA LÍNEA: Se encarga del cuidado de la parte externa del poliducto, consta con una serie de personal encargados de recorrer a diario para precautelar y evitar robo de combustible en línea de tubería. MANTENIMIENTO ELECTROMECÁNICO: Mantenimiento programado y prevenido de todos los equipos y accesorios que intervienen en el bombeo de combustión.
MANTENIMIENTO La temperatura de la sección de tubería de un poliducto varia cuando existen fugas; para el caso de rupturas en el oleoducto la temperatura se incrementa debido a la densidad del petróleo, en el caso del poliducto sucede lo contrario, en este caso los derivados del petróleo tienen componentes químicos y la temperatura decrece considerablemente. esta variación está en el orden de 10 grados centígrados.
RUTA Y DISEÑO DEL OLEODUCTO DE GRANADA – META A TENAY - HUILA Este estudio define una opción viable para la ruta de un oleoducto que transportaría petróleo con un caudal de 150 KB/d desde Granada Meta hasta Tenay Huila.
CARATERÍSTICAS GENERALES
Ilustración 1Ubicación satelital de los municipios de Granada y Tenay
Se inicia la ruta en la zona sur del municipio de Granada – Meta en color azul, en una zona no muy cercana al centro urbano y llega a una estación en el municipio de Tenay Huila en color rojo.
Ilustración 2 Ruta de medida en línea recta .
Para tener una referencia de la longitud que podría tener la ruta para el oleoducto, se trazó una “ruta” (en color amarillo) en línea recta de punto a
punto y se obtuvo un total de 187 kilómetros.
CORREDORES SUPUESTOS El trazo de corredores presentados a continuación se ha realizado con base en los siguientes criterios generales: •
Evitar afectar zonas naturales protegidas.
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Minimizar longitud de trazados.
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Evitar el paso por núcleos urbanos.
Aprovechamiento de paralelismo con obras de infraestructura ya existentes. •
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Evitar el paso por zonas inestables.
Garantizar accesibilidad de forma que el trazado disponga de vías de acceso para la construcción y posterior mantenimiento. •
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Minimizar costos de construcción.
Con el fin de cumplir la mayoría de requisitos anteriormente expuestos se han planteado las siguientes dos opciones de trazado, sacando provecho de las obras de infraestructura ya existentes.
OPCIÓN 1 El trazada tiene una longitud de 230 km con inclinaciones promedio de 4,8 %, -4,6 %. Teniendo como punto de partida la zona sur del municipio de Granada - Meta y aprovechando el paralelismo con tramo vial de Baraya- Alpujarra, atraviesa las intermediaciones entre el páramo de Sumapaz y la Serranía de la macarena Para finalmente llegar al municipio de Tenay - Huila.
Ilustración 3 Trazado opción número 1
Ilustración 4 Perfil para opción número 1.
OPCIÓN 2 El trazada tiene una longitud de 218 km con inclinaciones promedio de 4,0 %, -4,6 %. Teniendo como punto de partida la zona sur del municipio de Granada - Meta y aprovechando el paralelismo con los tramos viales de Granada – San Juan de Arama – Mesetas y Baraya- Alpujarra, atraviesa las intermediaciones entre el páramo de Sumapaz y la Serranía de la macarena Para finalmente llegar al municipio de Tenay - Huila.
Ilustración 5 Trazado opción número 2
Ilustración 6 Perfil para opción número 2
Se escogió la opción 3, debido a que es el trazado satisface la mayoría de los parámetros de diseño, pues con este se evita el paso por zonas naturales protegidas, con la mínima longitud posible aprovechando el paralelismo a infraestructura ya existente.
DATOS DE DISEÑO DEL TRAZADO ▪
DATOS DE LA TUBERÍA
El proyecto se ejecutará de manera subterránea, removiendo rocas, piedras o cualquier elemento que pueda dañar tanto al revestimiento como a la tubería. Al realizar la instalación la zanja se rellenará inmediatamente y posterior a esto la tubería se cubrirá con 15 cm de relleno con tierra suelta. Cumpliendo la NIO 606 la tubería se colocará a una profundidad de 3 metros medido entre la clave del tubo y la rasante del terreno. •
Diámetro: Luego de obtener el perfil del terreno, línea de energía, perfil de diámetro y considerando los parámetros requeridos de diseño se optó por un diámetro interno de 13.75 in y un espesor de 0.312 in los cuales se mantendrán constantes a lo largo del trayecto. Adjunto se muestra la tabla consultada para el diámetro comercial de la tubería tomada de Range of Products Manufactured Using
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Presión de diseño: 2500 psi = 17236034.5 Pa Rango de velocidad admisible del fluido: 2,88 /
ESTACIONES DE BOMBEO
Luego de realizar el análisis y los cálculos correspondientes de energía se ha llegado a la conclusión de que es necesaria una bomba debido a las drásticas elevaciones del terreno.
MEMORIAS DE CÁLCULO A continuación, se presentan de manera resumida algunos de los datos calculados y analizados en Excel, así como las gráficas empleados para obtener el diseño discutido anteriormente. CARACTERISTICAS DEL OLEODUCTO DIAMETRO ESPESOR PRESION RESISTENCIA C
13.75 0.312 2500 414
in in psi Mpa
0.34925 0.007925 17236034.5 414000000.0
m m Pa Pa
125 Tabla 1 Características fundamentales de oleoducto
Según la fórmula de Hazen Williams y consultas en internet, para hierro galvanizado de calidad media C=125.
150000
BARRILES
0.095799383 m 2
AREA
23850 m 3
VOLUMEN DIA CAUDAL
0.2760 m 3/s
VELOCIDAD
2.8815 m/s
Tabla 2 Propiedades del flujo
h PRESION inicial sf
1857.62 0.012151181
Tabla 3 Altura de presión inicia
Gráfico 1 Perfil del terreno y línea de energía
Gráfico 2 Perfil de diámetros
Gráfico 2 Perfil de diámetros
Api GS (60 f) Agua 60 f (k g/m3) Densidad peso especifico
18 0.946488294 999.3 945.8257525 9278.550632
Tabla 4 Datos adicionales
CONCLUSIONES •
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Se determinó una ruta empleando los parámetros adecuados para el diseño de oleoductos. Se encontró que para la ruta escogida es necesaria una estación de bombeo para lograr llegar al lugar de destino y sobrepasar la geografía
Api GS (60 f) Agua 60 f (k g/m3) Densidad peso especifico
18 0.946488294 999.3 945.8257525 9278.550632
Tabla 4 Datos adicionales
CONCLUSIONES •
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Se determinó una ruta empleando los parámetros adecuados para el diseño de oleoductos. Se encontró que para la ruta escogida es necesaria una estación de bombeo para lograr llegar al lugar de destino y sobrepasar la geografía agreste de la zona la cual oscila de alrededor de 300 a más de 3000 metros de elevación. Se determinó que la estación de bombeo estará ubicada en el kilómetro 103 a partir de granada. Se logró respetar todas las restricciones de la zona con la ruta escogida, tanto de parques naturales como de zonas de resguardos indígenas. Se observó además que, Al tener un perfil de diámetros sin valores negativos, el diámetro considerado inicialmente será constante en toda la longitud del ducto. Se observó que el diseño final solo es 30 kilómetros más largo de lo que es una ruta ficticia en línea recta, lo que indica que la ruta está bastante optimizada en cuanto a trayecto. Se determinó sin embargo que el diseño anteriormente presentado está sujeto a modificaciones, ya que no se han aplicado algunos parámetros aun no entendidos.
BIBLIOGRAFÍA ▪
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http://www.ecopetrol.com.co/wps/portal/es/ecopetrol-web/nuestraempresa/quienes-somos/lo-que-hacemos/transporte http://www.ecopetrol.com.co/especiales/mapa_infraestructura.htm http://www.cnpc.com.cn/es/cjlbtsfdgx/cpyfw_template.shtm http://www.cnpc.com.cn/es/gdsssb/column_index.shtml http://ferminac.com/es/steel/pipes/ http://www.tenaris.com/es-ES/products/hydrocarbonprocessing.aspx
