Influence of heat transfer on two-phase flow behavior in onshore oil pipelines

Influencia de la transferencia de calor en el comportamiento de un flujo bifásico en ductos terrestres de petróleo

Las herramientas computacionales para la simulación numérica del flujo bifásico en tuberías son importantes para determinar la viabilidad técnica de producción de campos de petróleo. En este artículo se presenta el modelamiento matemático y numérico del flujo bifásico en una tubería terrestre parcialmente inmersa en un río. La correlación de Dukler es utilizada para modelar la presencia de más de una fases de fluidos. La dependencia de la viscosidad con la temperatura y el grado API del petróleo siendo transportado es introducida por la correlación de Hossain. La tubería transporta petróleo desde una estación de colecta (que recibe la producción de varios pozos) hasta un centro de almacenamiento. Esta tubería, de 3600m y 4 pulgadas de diámetro, es formada por tres secciones. La primera y tercera se apoyan directamente sobre el suelo, intercambiando calor con el aire externo. La segunda sección pasa por el lecho de un río, estando expuesta a un intercambio de calor más intenso. La tubería es aislada en toda su extensión y la influencia del tipo de material del aislamiento que la recubre, así como la utilización de una bomba para impulsar el fluido, es estudiado mediante el software unidimensional Pipesim® para condición de presión prescrita en la salida. Los resultados obtenidos para el problema no isotérmico muestran que el tipo de aislamiento es muy importante para garantizar que el intercambio de calor entre el petróleo caliente y el medio externo más frío permanezca en niveles adecuados, de forma a que el transporte de fluidos en las secciones extensas de la tubería no comprometan la operación del sistema.

Introducción

La gestión integrada y optimizada de los procesos de operación y producción es estratégica para el avance del sector petrolero debido a las vastas y crecientes herramientas tecnológicas y a los grandes desafíos, como el transporte de fluidos, en muchas condiciones adversas. El transporte de fluidos desde el yacimiento hasta las instalaciones de superficie suele dividirse en tres etapas, como se muestra en la representación esquemática 2D de la Figura 1: recuperación, elevación y recolección. El diagrama corresponde a un sistema de producción en tierra.  Cada etapa es muy compleja debido a la dinámica del proceso y a las escalas microscópicas y macroscópicas presentes principalmente en el medio poroso. La recuperación trata el flujo dentro de la roca del reservorio desde las fronteras lejanas hasta el fondo (Romero & Fejoli, 2015; Romero & Pereira, 2014).