El Laboratorio de Calificación de Tecnologías (LCT), adscrito al Centro de Tecnologías para Exploración y Producción (CTEP®) del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), localizado en Boca del Río, Veracruz, es un referente en América Latina. Su infraestructura permite simular y modelar procesos a mediana y gran escala en condiciones reales de operación de los campos petroleros, realizar pruebas experimentales y de funcionalidad utilizando Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) y circuitos experimentales a baja y alta presión.

Bajo la coordinación del ingeniero Juan Gerardo López Alejo, el LCT cuenta con especialistas y técnicos altamente capacitados, con una experiencia promedio de 15 años en instalaciones petroleras. Su objetivo principal es diseñar, caracterizar, calificar y optimizar tecnologías asociadas al procesamiento de hidrocarburos utilizadas en instalaciones superficiales y submarinas, para incrementar y mantener la producción de campos de petróleo y gas.

El LCT se especializa en evaluar equipos de proceso, sistemas de medición y tuberías de transporte de hidrocarburos bajo diferentes condiciones de presión, flujo y temperatura, con mezclas multifásicas de gas-líquido o líquido-líquido. Además, desarrolla modelos de simulación numérica en CFD, utilizando el software ANSYS FLUENT. También ofrece servicios de entrenamiento teórico-práctico a operadores de sistemas de producción de hidrocarburos.

Uno de los equipos estratégicos del LCT es el circuito experimental Loop de Alta Presión (LAP), que simula condiciones de operación de instalaciones petroleras con fluidos reales como diferentes crudos (15 a 50 grados API), gas (metano, natural o gas inerte) y salmuera.

Cadena operativa

El laboratorio sigue una cadena operativa consistente en tres etapas. En la primera se realiza el modelado de procesos y simulación computacional, que incluye el desarrollo de la ingeniería conceptual para identificar las variables de interés, plantear la solución y definir el protocolo de pruebas. La segunda etapa integra pruebas a pequeña y mediana escala con fluidos modelo y arenas, juntamente con la procura y comisionamiento de los equipos bajo prueba al circuito experimental, pruebas experimentales y validación del modelado numérico. Las pruebas en circuitos experimentales de baja presión se dividen en tres categorías: C1 para fluidos modelo, C2 para desarenamiento y erosión por arenas y C3 para pruebas a presión atmosférica con bajo flujo de alta Relación Gas-Liquido (RGL).

La tercera etapa implica pruebas a gran escala con hidrocarburos, también con procura y comisionamiento (aseguramiento de la calidad) de los equipos bajo prueba al circuito experimental, pruebas experimentales y validación del modelado. La última etapa incluye la entrega de informes técnicos, estimación de incertidumbre, evidencia documental de pruebas, tendencias de variables de referencia y dictamen de la calificación según normas y lineamientos.

Los servicios del laboratorio se prestan a Pemex Exploración y Producción (PEP) en los Activos de Producción principalmente Poza Rica-Altamira, Veracruz, Macuspana-Muspac, Bellota-Jujo, Tabasco.

Beneficios

El LCT proporciona soluciones tanto en campos maduros como en campos estratégicos para abordar diversos problemas; ofrece beneficios significativos: reducción de riesgos operativos al personal e instalaciones, prevención de pérdidas (mermas) de la producción, optimización de costos e inversiones a la infraestructura de producción, mejora de la eficiencia de los procesos productivos, incremento de la productividad laboral con talleres de actualización del conocimiento

Proyectos

Se destacan dos proyectos de servicio internos que está atendiendo el laboratorio de Calificación de Tecnologías (LCT).

Asistencia técnica para la ingeniería de cuatro equipos compactos de medición de hidrocarburos y pruebas de funcionalidad a 16 equipos compactos de medición de hidrocarburos en el Loop de Alta presión del CTEP.

Se proporcionó asistencia al cliente en la optimización de sus paquetes de medición para entender el comportamiento de estos a diferentes condiciones simuladas. Además, se realizaron pruebas de desempeño en condiciones físicas y de funcionamiento para 16 equipos distribuidos en diferentes campos.

Las pruebas se llevaron a cabo con éxito en el Loop de alta presión, que atrajo la atención de altas autoridades de la paraestatal petrolera. Se destacó la innovación en la realización de pruebas avanzadas que mejoraron las condiciones de operación y la estabilidad del sistema de medición.

Para este servicio, la primera etapa consistió en brindar asistencia a través de análisis de elementos finitos, modelado y simulación computacional en dinámica de fluidos, con el software ANSYS FLUENT. Esto permitió al cliente optimizar su diseño y obtener niveles óptimos de eficiencia en los paquetes de medición.

En la segunda etapa del proyecto se realizaron pruebas de desempeño y calificación para ajustes de parámetros físicos, siguiendo los resultados de CFD. Estas pruebas se llevaron a cabo en el Loop de baja presión, simulando las condiciones reales de operación a una presión menor, para observar que el comportamiento del equipo fuera acorde a los resultados del CFD.

En la tercera etapa se realizaron pruebas de funcionalidad de los 16 paquetes compactos de medición distribuidos de los campos Ixachi, Quesqui, Valeriana y Tupilco profundo. Durante esta etapa se simularon las condiciones reales de operación de las instalaciones de los campos antes mencionados, utilizando crudo Tleoteco con características específicas de 36 grados API, salmuera y gas nitrógeno.

Se trabajó estrechamente con el cliente para desarrollar la ingeniería necesaria; asimismo, se presentó una matriz de pruebas para su validación, y se garantizó la funcionalidad en el Loop de alta presión, con una presión de hasta 60 bares y un alto flujo de 130 metros cúbicos. Los equipos del circuito experimental Loop de Alta Presión operaron de manera continua durante 60 días a alta presión, manteniendo su estabilidad y seguridad, generando las condiciones de flujo multifasico de gas, crudo y salmuera con tendencia constante solicitadas por el cliente para las pruebas de funcionalidad a los Paquetes de Medición Compacto, lo que fue un éxito rotundo.

Servicios especializados para el diagnóstico y validación de infraestructura estratégica superficial de producción para campos nuevos y exploratorios de la Subdirección de Proyectos de Explotación Estratégicos, a través de pruebas experimentales en el Centro de Tecnologías para Exploración y Producción.

El servicio está enfocado a encontrar soluciones a problemas que existen en las instalaciones petroleras, principalmente a equipos o arreglos de tubería para determinar los fenómenos de flujo asociados al transporte del sistema de producción.

Para este proyecto se identificaron inicialmente 23 servicios en diversos campos petroleros estratégicos, como batería Perdiz, la batería de separación Tecominoacán, Quesqui, y Cardenas Norte. También se incluyeron los campos nuevos como Ixachi, Quesqui y Tupilco.

El proyecto comenzó con la integración de información de campo, seguido del levantamiento y la ingeniería conceptual. Luego desarrollaron el modelado y realizaron simulaciones bajo cinco escenarios, en colaboración con el cliente (supervisor de Pemex). Presentaron los escenarios, evaluaron su comportamiento actual y proporcionaron las optimizaciones y sugerencias para reducir los costos de inversión y resolver los problemas identificados.

Después de desarrollar el modelado y las simulaciones, validaron el modelo mediante representaciones físicas con infraestructura transparente o prototipos a pequeña o mediana escala. Observaron y ajustaron el problema que afecta al equipo, verificando que el modelo sea correcto. Luego realizaron pruebas de presentación, análisis y funcionalidad con los prototipos.

Al presentarlos al cliente recibieron buenas sugerencias y, finalmente, implementaron soluciones reales en sus instalaciones. Actualmente se observan los beneficios del desarrollo basado en el modelado y la simulación numérica, validados mediante pruebas experimentales especiales.

Los resultados de la solución de este proyecto se aplicarán en campos e instalaciones específicas:

  • Análisis, simulación y propuesta de un interno de separación de alta eficiencia, basado en el interno tipo “Tubo Perforado”, propuesto por personal del Activo de producción Veracruz de Pemex para hacer la conversión de un Slug Catcher a Separador Bifásico para su integración como cuarto tren de separación, de la batería de separación (B.S.) Perdiz. (Figura 1)
  • Diseño basado en CFD del Slug Catcher Tipo Dedo en la llegada del oleogasoducto de 24” a la B.S. Tecominoacán para el manejo de producción del campo Quesqui. (Fig. 2)
  • Análisis del flujo en líneas de succión y descarga de Plantas de Inyección de Agua de Altamira y Agua Fría del Activo de Producción Poza Rica – Altamira. (Fig. 3).
  • Análisis de la distribución de cargas en arreglos de tuberías a separadores de alta presión, con el objetivo de evitar flujo preferencial a los separadores. Considerando la integración de un cuarto tren de separación, de la B.S. Perdiz.
  • Elaboración de un modelo en CFD para el análisis comparativo de Slug Catcher Tipo Dedo, de la B.S. Perdiz.
  • Revisión, evaluación y propuesta de mejora en el arreglo de tuberías en la interconexión del Oleogasoducto de 24" proveniente de Quesqui 32 a Quesqui 1.
  • Análisis del flujo en Tuberías de cabezales de recolección del campo Quesqui.
  • Revisión, evaluación y propuesta de mejora en arreglo de tuberías en la interconexión del Oleogasoducto de 24" proveniente de Quesqui 1 a Quesqui 2.
  • Diseño basado en CFD del Slug Catcher Tipo Dedo para la B.S. Cárdenas Norte, oleoducto de 24”, del Activo de Producción Bellota Jujo.
  • Análisis de flujo de los cabezales de succión y descarga del sistema de bombeo de la B.S. Perdiz, del Activo de Producción Veracruz.