Evaluación de Performance de un Agente Reductor de Arrastre (DRA)

Evaluación de un Agente Reductor de Arrastre

Evaluar la performance de un Agente Reductor de Arrastre (DRA, Drag Reducer Agent) es crucial para determinar su eficacia en la reducción de la fricción y el aumento del flujo en tuberías, especialmente en la industria del petróleo y gas. La evaluación se centra en cuantificar cuánto reduce la caída de presión o cuánto aumenta el caudal en un sistema de tuberías.

1. Principales Métricas de Evaluación

La performance de un DRA se mide generalmente a través de dos métricas principales, que son inversamente proporcionales:

Porcentaje de Reducción de Arrastre (DR%): Esta es la métrica más común. Se calcula comparando la caída de presión en un sistema sin DRA con la caída de presión con la inyección del DRA, a un caudal constante. O, alternativamente, comparando el caudal a una caída de presión constante.
- DR% = [(ΔP0−ΔP)/ΔP0]∗100
  - Donde:
    - ΔP0 es la caída de presión del fluido sin DRA.
    - ΔP es la caída de presión del fluido con DRA.
- DR% = [(Q−Q0)/Q0]∗100
  - Donde:
    - Q0 es el caudal del fluido sin DRA (a una caída de presión constante).
    - Q es el caudal del fluido con DRA (a la misma caída de presión constante).
Aumento de Caudal (Throughput Increase): Representa el incremento en la cantidad de fluido que puede transportarse a través de la tubería manteniendo la misma presión de entrada (o una caída de presión similar).

2. Métodos de Evaluación

La evaluación de un DRA se realiza tanto en laboratorio como en campo:

a) Pruebas de Laboratorio

Las pruebas de laboratorio son fundamentales para una evaluación inicial y para entender las propiedades del DRA bajo condiciones controladas.

Loop de Flujo (Flow Loop): Es el método más común. Consiste en un circuito cerrado de tuberías de diferentes diámetros y materiales, equipado con bombas, medidores de flujo y transductores de presión.
- Procedimiento: Se bombea el fluido (por ejemplo, petróleo crudo o agua) a una velocidad constante. Se mide la caída de presión a lo largo de una sección de tubería de longitud conocida. Luego, se inyecta el DRA en concentraciones crecientes y se mide nuevamente la caída de presión para cada concentración.
- Parámetros clave:
  - Diámetro de la tubería: Influye significativamente en la fricción.
  - Rugosidad de la tubería: El DRA puede “suavizar” la superficie efectiva.
  - Tipo de fluido: Las propiedades del fluido (viscosidad, densidad, composición) son críticas.
  - Temperatura: Afecta la viscosidad del fluido y la solubilidad/efectividad del DRA.
  - Velocidad de flujo (Número de Reynolds): Los DRAs solo son efectivos en flujos turbulentos (Número de Reynolds > 5000).
  - Concentración del DRA: Se busca la dosis óptima que maximice la reducción de arrastre sin generar costos excesivos.
Reómetros: Se utilizan para evaluar las propiedades reológicas del DRA en la solución.
- Pruebas de resistencia al cizallamiento (shear resistance): Determinan cuánto el DRA puede mantener su efectividad bajo las fuerzas de cizallamiento que se encuentran en las tuberías, válvulas o bombas. Los DRA de alto peso molecular pueden ser sensibles al cizallamiento y degradarse, perdiendo eficacia.
Análisis Químicos (FTIR, Cromatografía): Se utilizan para caracterizar la composición del DRA y monitorear su degradación o interacción con el fluido.

b) Pruebas de Campo (Field Trials)

Las pruebas de campo son la validación definitiva de la performance del DRA en condiciones operativas reales.

Monitoreo de Caída de Presión/Presión de Bombeo: Se mide la presión en puntos específicos de la tubería antes y después de la inyección del DRA. Una reducción en la presión de bombeo requerida para mantener el mismo caudal es una señal directa de efectividad.
Monitoreo de Caudal: Se mide el aumento en el caudal de la tubería a una presión de bombeo constante.
Puntos de Inyección: Es crucial evaluar el mejor punto de inyección. Generalmente se inyecta en el lado de descarga de las bombas para que el DRA pueda hidratarse y dispersarse eficazmente antes de enfrentar las turbulencias y reducir el arrastre. En tuberías largas con múltiples estaciones de bombeo, pueden requerirse múltiples puntos de inyección.
Condiciones Operativas Variables: Las pruebas de campo permiten evaluar el DRA bajo variaciones reales de temperatura, composición del fluido, tasa de flujo y condiciones de la tubería (incrustaciones, corrosión).
Consideración de Costos Operativos: Se compara el costo del DRA con los beneficios obtenidos (ahorro de energía por menor presión, aumento de throughput, reducción de congestión en la tubería).

3. Factores que Influyen en la Performance del DRA

La efectividad de un DRA no es universal y depende de varios factores:

Tipo y Concentración del Polímero: Diferentes polímeros tienen distintas capacidades para reducir el arrastre. Existe una concentración óptima; excederla puede no mejorar la performance e incluso disminuirla o ser antieconómico.
Propiedades del Fluido:
- Viscosidad: Flujos más viscosos tienden a tener mayor arrastre.
- Densidad.
- Composición: La presencia de asfaltenos, parafinas, agua emulsionada, o salinidad puede afectar la solubilidad y eficacia del DRA.
- Temperatura: Influye en la viscosidad del fluido y en la hidratación y dispersión del polímero.
Características de la Tubería:
- Diámetro: La reducción de arrastre es más notoria en tuberías de gran diámetro.
- Rugosidad interna: Los DRAs “suavizan” la superficie efectiva.
- Longitud de la tubería: La efectividad del DRA puede disminuir a lo largo de tramos muy largos debido a la degradación del polímero.
- Presencia de accesorios (codos, válvulas, tees): Estos generan cizallamiento y turbulencia que pueden degradar el polímero.
Condiciones de Flujo: El DRA solo funciona en régimen de flujo turbulento. A mayor Número de Reynolds (mayor turbulencia), generalmente, mayor es el potencial de reducción de arrastre.
Degradación del Polímero: Los polímeros pueden degradarse mecánicamente (por cizallamiento) o químicamente (por temperatura, presencia de oxígeno, etc.), perdiendo su capacidad de reducir el arrastre con el tiempo o la distancia.

Comentarios Finales

Evaluar la performance de un Drag Reducer Agent es un proceso multifacético que combina pruebas controladas de laboratorio con validaciones en campo. El objetivo es determinar la dosis óptima para lograr la máxima reducción de arrastre o aumento de caudal de manera económicamente viable y sostenible a lo largo del tiempo, considerando las condiciones específicas de cada sistema de tuberías. La comprensión de los factores que influyen en su eficacia es fundamental para una aplicación exitosa.

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