Uso de la cámara GFx320 intrínsecamente segura para medir los niveles de los separadores de arena en atmósferas explosivas

Parte del proceso de fracturación hidráulica (“fracking”) implica inyectar arena para mantener abiertos los poros de un pozo. Cuando el pozo se vuelve a poner en funcionamiento tras la operación de fracking, parte de la arena emerge hacia la superficie y hacia el interior de un separador. El separador está colocado sobre la superficie y separa el petróleo, el gas y el agua utilizando calor procedente de un tubo de fuego interno. El gas se desvía y se canaliza hacia un contador y, en última instancia, se distribuye a hogares y empresas. El petróleo y el agua se recogen en depósitos de las instalaciones y, posteriormente, se transportan en buques cisterna. Los productos derivados no deseados, como la parafina y la arena, se acumulan en los tanques o recipientes separadores y se deben retirar para evitar que se produzcan daños irreparables en el tubo de fuego del separador. Si la arena colapsa el tubo de fuego de un separador sin bridas, la única opción es reemplazar todo el recipiente. Los separadores sin bridas constituyen la mayor parte del inventario de Noble Energy. Solo es posible reparar o reemplazar el tubo de fuego en separadores bridados más nuevos y caros.

Errores caros y peligrosos

“De media, estos separadores cuestan unos 100 000 $ cada uno”, cuenta Doug Hess, gerente de detección y reparación de fugas (LDAR) en Noble Energy. "Si se acumula arena en el elemento calefactor, este acabará por colapsarse, lo que puede dar lugar a un fallo catastrófico del propio separador. Esto puede tener dos consecuencias bastante graves. La primera es que se produzca una fuga de gas, petróleo y agua fuera del separador. La segunda es que además se puede provocar un incendio". Las trampas de arena y otros mecanismos de filtrado resultaron ser ineficaces para evitar que entrase arena en los separadores. Si no se podía evitar que entrase arena, esta tenía que ser retirada. La arena y la parafina son más frías que el petróleo, el gas y el agua, así que al principio los ingenieros de Noble Energy frotaron la parte de abajo de cada recipiente para intentar notar las diferencias de temperatura. Este método poco fiable provocó que hubiera tanques dañados por la arena no identificados y dio lugar a errores de tipo falso positivo para los que se destinaron innecesariamente tanques equipos de extracción de arena.

La extracción de arena es una tarea laboriosa

Mientras que para extraer la parafina basta simplemente con calentar el separador y tratarlo con un producto químico inhibidor, la extracción de la arena es otro asunto. Requiere una parada total del separador y dos equipos de trabajadores: uno que se ocupe de las mangueras y otro que se encargue del camión aspirador. Este es un proceso laborioso que, si se realiza de manera innecesaria, puede ocasionar pérdidas de producción y horas de mano de obra. Para hacer frente al recambio costoso de los separadores dañados por la acumulación de arena y mejorar la eficiencia del plan de mantenimiento preventivo de los separadores, Noble Energy creó un método de medición de arena utilizando cámaras de visualización óptica de imágenes de gas, concretamente la GFx320 de FLIR.

Solución

Noble Energy ya utilizaba cámaras OGI de FLIR para su programa de detección y reparación de fugas (LDAR, por sus siglas en inglés). La empresa realizó una inversión en cámaras para cumplir la Normativa 7 de Colorado "Control de ozono a través de precursores de ozono y control de hidrocarburos a través de emisiones de petróleo y gas". Con más de 30 000 fugas detectadas, los ingenieros ya estaban familiarizados con el funcionamiento de las cámaras. Finalmente, el equipo se dio cuenta de que la misma tecnología que se utilizaba para detectar fugas de gas invisibles podría impulsar el programa de mantenimiento preventivo de los separadores. "Tenemos una cámara que utiliza tecnología termográfica y es lo bastante potente como para ver qué ocurre detrás de las paredes de metal grueso de los separadores. Si sabemos las diferencias de temperatura (siendo el petróleo más caliente y la arena, más fría), podemos determinar si se forman acumulaciones en los separadores", comentó Hess.

Método de medición de arena de Noble Energy

Solo se tarda unos minutos en recopilar los valores de temperatura de cada tanque. La paleta de arcoíris de las termografías muestra colores específicos que varían en función de la temperatura (véanse las figuras A y B). "El arcoíris de alto contraste nos muestra las mejores diferencias de temperatura, y a nuestros ingenieros les gusta el rango", comentó Landon Hawkins, ingeniero encargado del desarrollo de gran parte del método de medición de arena de Noble Energy. En cada separador, Hawkins primero estabiliza una de las dos cámaras GFx320 de FLIR en un monopie. Comienza revisando los laterales del tanque separador y cambia los ajustes al modo manual para establecer puntos de referencia. Normalmente, la temperatura del petróleo del separador oscila entre 90° y 100° Fahrenheit (32° y 37,7° Celsius). La pila de arena registra una temperatura aproximada a la temperatura ambiente. Así, si la temperatura ambiente es de 60 °F (15,5 °C), habrá un delta de 30 °F a 40 °F (de -1 °C a 4,4 °C) entre el petróleo y la pila de arena. La arena suele acumularse en el fondo del recipiente, mientras que la parafina normalmente es más irregular y se encuentra en el centro del recipiente. A diferencia de la arena, la parafina se pega en los laterales del recipiente. Para mantener un seguimiento de todos los separadores, Hawkins creó un programa de supervisión basado en el número de serie de cada separador. Cuando se detecta una pila de arena, el separador se incorpora al programa de supervisión. Los separadores colocados en pozos recién fracturados se someten a un control estricto, ya que en su interior se introduce arena tras la fracturación inicial.

La seguridad intrínseca es obligatoria

En el caso de los separadores incluidos en el programa de supervisión, Noble Energy compara las imágenes mensuales para descifrar con qué rapidez se acumula la arena y cuándo es momento de limpiarlos. Hay dos elementos clave necesarios para que el programa funcione correctamente. En primer lugar, las cámaras deben ser intrínsecamente seguras debido al peligro de incendio que existe cerca de los separadores. Las cámaras intrínsecamente seguras están diseñadas para controlar la energía (eléctrica y térmica) y mantenerlos a niveles no incendiarios de manera que, en caso de cortocircuito o fallo, no se produzcan chispas, algo de vital importancia en atmósferas explosivas. La cámara GFx320 intrínsecamente segura permite a Hawkins y a su equipo acercarse a los separadores, capturar varios ángulos y evitar el resplandor del sol, que puede calentar la superficie del separador. Según Hawkins, “antes de contar con la cámara intrínsecamente segura, a veces solo podía tomar una foto de la parte delantera de un tanque porque no era posible acercarse a menos de un metro y medio del separador contiguo”.  

Como se observa en la fotografía aérea, las filas de separadores herméticos limitan el acceso a cada recipiente. "Disponer de una cámara intrínsecamente segura ha marcado una gran diferencia en la implementación del programa", afirmó Hess. "Conseguimos llegar a rincones a los que antes no teníamos acceso". En segundo lugar, las imágenes deben parecer similares, lo que significa que el mismo operador de la cámara debe capturar y manipular o refinar las imágenes. "Siempre intentamos obtener una imagen que sea similar para analizar las tendencias. De este modo, podemos compararla con otras imágenes y resulta más fácil ver las diferencias. Con varias personas recopilando lecturas, habrá distintas perspectivas que darán lugar a la captura de imágenes diferentes", comentó Hawkins. Entre Hawkins y otra persona formada específicamente en este método evaluaron más de 7000 separadores en 2017. Según Hess: "Landon tiene esa finura y ha formado a otras personas en el método que ha desarrollado. "Landon es sin duda el impulsor de todo el programa". De los más de 7000 separadores analizados, se pararon 300 para extraer la arena.

Precisión del 100 %

Hawkins y su equipo utilizan dos cámara de infrarrojos GFx320 intrínsecamente seguras de FLIR para optimizar el programa de mantenimiento preventivo de Noble Energy en los separadores. Si bien la experiencia adquirida con la cámara es vital para el éxito del programa,, Hawkins sigue mejorando y documentando su método para facilitar el aprendizaje de otros ingenieros. Mientras tanto, el programa de supervisión ya ha resultado rentable gracias a la identificación en menos de un año de 300 tanques que contenían pilas de arena de una altura suficiente como para dañar los frágiles tubos de fuego. No hay manera de saber si los 300 tanques hubieran generado fallos si no se hubieran limpiado. Aunque la supervisión con la cámara GFx320 solo evitó un fallo, supuso el ahorro del coste de recambio de los separadores estimado en 100 000 $, además de horas de mano de obra innecesarias del equipo de mantenimiento. La prueba está en la arena. "Trabajo estrechamente con el equipo de mantenimiento que se encarga de las tareas de limpieza y me comentan que hasta ahora hemos alcanzado una precisión del 100 %. Cada separador que identificamos para someterlo a una limpieza siguiendo este método resultó tener acumulaciones de arena significativas”, explicó Hess.