Bogotá D.C., Lima, Madrid, México D.F.

OPTIMIZACIÓN EN TIEMPO REAL

DEL

BOMBEO Y TRANSPORTE DE CRUDOS PESADOS

(REAL-TIME OPTIMIZATION OF PUMPING AND TRANSPORTATION OF HEAVY OILS)

Ing. Raúl Rodríguez Peña, M. Sc.

DecisionWare International Corp.

[email protected]

Ing. Jesús Velásquez Bermúdez, Eng. D.

Chief Scientist, DO ANALYTICS LLC.

[email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

EL PROBLEMA

El problema de la optimización en “tiempo-real” de oleoductos implica una

operación segura, confiable y económica; en la que, para cada instante del

período de planificación, se debe determinar los flujos, las presiones y las

configuraciones de las estaciones de bombeo, de acuerdo con los

diferentes tipos de crudos que deben transportarse por la red de

oleoductos.

El objetivo de la operación se mueve entre dos criterios:

i) Minimizar el consumo de energía (criterio ambiental), lo que es

importante para preservar la sostenibilidad del planeta

ii) Minimizar el costo de la energía (criterio económico), lo que es

importante en los mercados de energía en los que las tarifas cambian a

lo largo del día.

Por otro lado, se deben respetar las condiciones técnica de operación

(condiciones hidráulicas a lo largo de los ductos y en las estaciones de

bombeo) en lo que se refiere al flujo múltiples baches, de diferentes

características, que deben fluir por una red de oleoductos que implica la

sincronización de múltiples tramos que conectan varios campos de

producción.

EL PROBLEMA

Desde el punto de vista de optimización, el problema matemático

corresponde a uno mixto, no-lineal, no convexo, esto debido

fundamentalmente a leyes hidráulicas que se deben cumplir en los ductos y

en las estaciones de bombeo; lo que implica un problema de alta

complejidad matemática.

La metodología computacional se basa en la partición y la descomposición

del problema; es totalmente escalable y adaptable a cualquier topología de

red de oleoductos. En la actualidad DW está trabajando en la paralelización

del problema bajo los conceptos de optimización distribuida. Se incluye el

análisis del problema matemático y se presentan resultados.

El trabajo presentado corresponde a la metodología de optimización que

desarrolló DecisionWare (DW) para ECOPETROL, la cual fue probada, en el

año 2012, en 6 diferentes tramos del oleoducto central OCENSA.

OBJETIVOS Y ALCANCE

El trabajo realizado es el resultado del análisis empírico demúltiples alternativas de implementación para la solucióndel problema, la operación óptima de un sistema deoleoductos, respetando que la metodología implementadacumpla con:

Respete el modelaje hidráulico detallado del sistema deductos y del sistema de estaciones de bombeo

Manejo de esquemas de tarifas de electricidaddiferenciadas por franjas horarias

Permita planificar 72 horas de la operación en un tiemporazonable del orden de 10 minutos, en una computadorapersonal.

DATOS DE ENTRADA

a) Longitudes, diámetros, espesores de las tuberías, resistenciamecánica.

b) Perfil de elevación de las líneas.

c) Propiedades de elementos principales en cada estación(unidades de bombeo, válvulas de control, curvas de carga,eficiencia, etapas, NPSH, BHP, etc).

d) Presiones máximas y mínimas en diversos puntos.

e) Costos de energía: horarios (donde aplique), de autogeneración,de combustibles requeridos.

f) Programa detallado de transporte para un período máximo de 72horas. Secuencia de baches.

g) Propiedades físicas de productos (densidad, viscosidad).

INYECCIÓN

ESTACIÓNBOMBEO

ESTACIÓNBOMBEO

SISTEMA

BOMBA

TRAMOVPTt,j,bt

QFLt,eb

TRAMO

PELt,j,bt

QFEt,eb

VPEt,eb,bt

PELt,j,bt

CUQt,eb

CUEt,eb

PSAt,j

X

/

PBAt,pb,b,bt

PPUt,pb,bt

QPUt,pb,bt

PDVt,eb,pb,bt

PBOt,eb

PINt,eb

QPBt,pb,b,bt

QBOt,eb

QINt,eb

QIYt,eb

QBPt,eb

QSPt,eb

QCIt,pb,bt

Coordinación Inyección

t=0

Tramo Inyección

Bomba Inyección

Bomba Despacho

Bomba Despacho Tramo Línea

PSAtramo linea = PSATramo inyeccion

14BACHE 2

BACHE 1BACHE 2BACHE 3

BACHE 4

BACHE 1

VPAKeb,bt

VRBt,eb,btDEBt,eb,bt

VPAKbt

VRBt,eb,btDEBt,eb,bt

BACHE 3

3

2

BACHE 1BACHE 2BACHE 3

TIPOS DE CRUDO

Múltiples tipos de crudo

PRINCIPIOS DE DISEÑO

Después de varios análisis y de experimentación numérica con modelosmatemáticos que representaban el problema detallado se llega a lossiguientes principios de diseño, para viabilizar la solución del problema deacuerdo con lo especificado:

Partir y descomponer el problema en múltiples problemas de menordimensionalidad con la finalidad de obtener la solución con base en unproceso iterativo.

Mantener el formato de los problemas como lineales, o cuadráticos,para aprovechar las ventajas de los solvers especializados en este tipode problemas (CPLEX y/o GUROBI y/o XPRESS).

Realizar pre-procesamiento de información con la finalidad de acelerarla solución del problema, descargando al modelo de optimización entiempo real de cálculos repetitivos innecesarios.

PROCESO DE EXPERIMENTACIÓN

El proceso seguido implicó, en términos generales, las siguientes etapas deexperimentación:

Implementación de un modelo integrado MINLP para tratar de resolverel problema directamente.

Implementación de un modelo muti-nivel basado en los principios deRelajación/Coordinación Lagrangeana. Modelos Básicos con formatosMIP o MQP.

Implementación de un modelo multi-nivel con pre-procesamientobasado en principios de interpolación mediante combinaciones linealesconvexas de soluciones óptimas pre-procesadas para las estaciones debombeo. Modelo básico en formato MIP.

PRE-PROCESAMIENTO ON-LINEREDUCCIÓN DE DOMINIO POSIBILIDADES

(período – tramo – bache)

PRE-PROCESAMIENTO OFF-LINEOPERACIÓN ÓPTIMA ESTACIONES - FACTIBILIDAD OPERACIÓN

ESTACIONES - PÉRDIDAS PRESIÓN TRAMOS

DETERMINACIÓN PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN LOS DUCTOS

OPTIMIZACIÓNTASAS DE TRANSFERENCIA – PRESIÓN EN BOMBAS

DETERMINACIÓN DESPLAZAMIENTO DE BACHES

OPTIMIZACIÓN OPERACIÓN ESTACIÓN DE BOMBEO

OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

PRE-PROCESOON-LINE

POST-PROCESO

MIP

MINLP

MIP

MINLP

MIP

DETERMINACIÓN COSTO REAL DE LA ENERGÍA

MIP






OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

PRE-PROCESOON-LINE

MIP

MIP

MINLP

PRE-PROCESAMIENTO OFF-LINEOPERACIÓN ÓPTIMA ESTACIONES –FACTIBILIDAD OPERACIÓN


OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

MINLP

Superficies bi-dimensionales (caudal-presión) delconsumo óptimo de energía en cada estación debombeo para atender un caudal Q a una presión Ppara cada tipo de crudo

Definición de la zona de factibilidad bi-dimensional (Q,P) de la operación en la estaciónde bombeo para cada tipo de crudo.

Definición del comportamiento hidráulicodetallado de la pérdida de presión por fricción ypor gravedad en el sistema de ductos.

EnergíaHP

CaudalQ

Crudo Liviano

Q*

REAL

APROXIMADA

ÓPTIMAS

HP*

LINEALIZACIÓN DE LASCURVAS ÓPTIMAS DE OPERACIÓN

Crudo Pesado

KEBt,eb(Q,P)

KOEBeb,1(Q,P)

KOEBeb,2(Q,P)

CaudalQQ

MÁXIMO

2 QMÁXIMO

2QMÍNIMO

Energía HP

QMÍNIMO

CONSUMO ÓPTIMO DE ENERGÍAESTACIÓN DE BOMBEOSIN RECIRCULACIÓN

CaudalQ2 Q

MÁXIMO

Energía HP

CONSUMO ÓPTIMO DE ENERGÍAESTACIÓN DE BOMBEO

CON BOMBAS FIJAS

Presión (psig)

Estación Bombeo CAUCASIA

Patrones de Operación

Código No. Bombas

Motor Eléctrico

No. Bombas Motor Diesel

Configuración

CE0O1 0 1 Paralelo

CE0O2 0 2 Paralelo

CE0O3 0 3 Paralelo

Condiciones Óptimas de Operación – Experimentos Numéricos

Caudal Presión Energía Óptima Patrón

Velocidad Motor Bombas

Variables

(KBPH) (psi) (KW) Óptimo (RPM)

Tipo Crudo: 0.5 100 110.1957952 CE0O1 1066.797451

API250_V032 1 100 115.5202124 CE0O1 1071.134489

Mezcla 1.5 100 122.5369585 CE0O1 1077.513515

2 100 130.618274 CE0O1 1085.739294

2.5 100 139.7709704 CE0O1 1095.806642

3 100 150.1345179 CE0O1 1107.885877

3.5 100 161.9333902 CE0O1 1122.391819

4 100 175.476754 CE0O1 1140.023823

4.5 100 191.1867113 CE0O1 1161.867197

5 100 209.6369933 CE0O1 1189.528841

5.5 100 231.6387804 CE0O1 1225.453309

6 100 258.3622585 CE0O1 1273.44791

6.5 100 291.5614362 CE0O1 1339.811812

7 100 323.868709 CE0O2 1122.395161

7.5 100 336.9299834 CE0O2 1130.764014

8 100 350.9563233 CE0O2 1140.028396

8.5 100 366.0603415 CE0O2 1150.336155

9 100 382.3735043 CE0O2 1161.867322

9.5 100 400.0503758 CE0O2 1174.841691

10 100 419.2740554 CE0O2 1189.528938

10.5 100 440.262573 CE0O2 1206.261529

CaudalQ

Energía HP

Presión P

CONSUMO ÓPTIMO DE ENERGÍAESTACIÓN DE BOMBEO

Energía Óptima

HPL(Qi ,Pj)RPM (Qi ,Pj)

PATRÓN (Qi ,Pj)

CaudalQ

Crudo LivianoCrudo Pesado

Q*

PresiónP


P*

Energía Óptima

HPL(Qi ,Pj)RPM (Qi ,Pj)

PATRÓN (Qi ,Pj)

CaudalQ

Crudo LivianoCrudo Pesado

Q*

PresiónP


P*

l1,2

l2,2l2,1

p1,2p1,1

p2,1 p2,2

p1,1 × l1,1 + p1,2 × l1,2 + p2,1 × l2,1 + p2,2 × l2,2 = 1

l1,1

l1,1 + l1,2 + l2,1 + l2,2 = 1



OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

MINLP




EN SERIE

EN PARALELO

PATRONES DE BOMBEOCONFIGURACION BOMBEO

CURVAS DE CABEZA PRESION TIPICA Y EFICIENCIA vs CAUDAL PARA BOMBAS CENTRIFUGAS*

*Ulanicki, B., Kahler, J., Coulbeck, B.: Modeling the efficiency and power characteristics of a pump group. J. Water Resour. Plan. Manag. 134, 88–93 (2008)

Presión H

QMIN

ZONA DE FACTIBILIDAD ESTACIÓN DE BOMBEOSERIE

Caudal

Q

PATRÓNMÁXIMO “SERIE”



PATRÓN MÁXIMO

“PARALELO”

Presión H

QMIN

ZONA DE FACTIBILIDAD ESTACIÓN DE BOMBEOPARALELO

Caudal

Q



PATRÓN MÁXIMO

“PARALELO”

PHE (Q)

Presión H

QMIN

ZONA DE FACTIBILIDAD ESTACIÓN DE BOMBEO

Caudal

Q


PATRÓN MÁXIMO

“PARALELO”

PHE (Q)

Presión H

QMIN QSMIN QSMAX

PSMAX

Caudal

Q

ZONA DE FACTIBILIDADDISYUNTIVA


ZONA DE FACTIBILIDAD ESTACIÓN DE BOMBEO+ SISTEMA DE DUCTOS

Presión H

QMIN

ZONA DE FACTIBILIDAD ESTACIÓN DE BOMBEOSERIE

Caudal

Q


PARA CADA PATRÓN, LA ZONA DE FACTIBILIDAD SE LINEALIZA CON BASE EN LOS

HIPERPLANOS QUE SOPORTAN LA ZONA DE

FACTIBILIDAD CONTINUA

(QPBIeb,pb,bt,in , PPBIeb,pb,bt,in)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0

Pre

sio

n (p

si)

Caudal (kBPH)

ZONA DE FACTIBILIDADESTACION: VASCONIA

Patrón Máx-MEZCLA

b0 b1 b2

P ≤ f0 + f1 × Q + f2 × Min(Q , b0) + f3 × Max(0, Min(Q - b1, b2 - b1)) + f4 × Max(0, Min(Q - b2, b3 - b2))

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0

Pre

sio

n (

psi

)

Caudal (kBPH)

ZONA DE FACTIBILIDADESTACION: VASCONIA

Patrón Máx-MEZCLA

Curva Lineal-MEZCLA

b0 b1 b2

P ≤ f0 + f1 × Q + f2 × Min(Q , b0) + f3 × Max(0, Min(Q - b1, b2 - b1)) + f4 × Max(0, Min(Q - b2, b3 - b2))

Presión Máxima Ducto

Caudal Máximo Ducto

Estación de Bombeo: VASCONIA

Zona Factibilidad Operación – Experimentos Numéricos

Caudal (KBPH)

Presión (psi)

Patrón: VE3O2

Tipo Crudo: API185_V238

Heavy

2.361 2301.0

3.148 2220.9

3.934 2139.5

4.721 2052.4

5.508 1954.3

6.295 1839.3

Patrón: VE3O2

Tipo Crudo:

API250_V032 Mezcla

2.999 2583.0

3.999 2569.0

4.999 2547.6

5.999 2514.1

6.998 2461.8

7.998 2382.2

8.998 2264.5

Estación de Bombeo: VASCONIA

Zona Factibilidad Operación – Funciones Matemáticas

Patrón: VE3O2

Tipo Crudo:

API250_V032 Mezcla

Coeficientes

Caudal Quiebre 1 (b0) 1.9995



Intercepto (f0) 2618.83525

Caudal (f1) -425.310769

Caudal Min(Q ,b0) (f2) 412.753618

Caudal Max(0, Min(Q -b1,b2 - b1)) (f3) 375.009336

Caudal Max(0, Min(Q -b2,b3 - b2)) (f4) 265.658822

R2 0.997220204

Rango

Caudal Mínimo (KBPH) 2.59

Caudal Máximo (KBPH) 10.99

Presión Mínima (psi) 100

Presión Máxima (psi) 2592.4

Patrón: VE3O2

Tipo Crudo:

API185_V238 Heavy

Coeficientes


Intercepto (f0) 1274.393699

Caudal (f1) -134.5192314

Caudal Min(Q ,b0) (f2) -38.18825726

R2 0.99937003

Rango

Caudal Mínimo (KBPH) 1.93

Caudal Máximo (KBPH) 7.73

Presión Mínima (psi) 100

Presión Máxima (psi) 940.6

Presión Máxima Ducto

Caudal Máximo Ducto



OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

MINLP




Cabeza Total del Sistema(psig)

Descarga Q (kBPH)

Pérdidas por Fricción

Pérdidas por Gravedad

- denso

+ denso

- viscoso+ viscoso

CURVA DE RESISTENCIA DEL SISTEMA

- viscoso+ viscoso

CaudalQ

PÉRDIDAsH

Q*

REAL

APROXIMADA

APROXIMACIÓN CURVA DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

H*

0,0

Sistema de Ductos: VASCONIA-CAUCASIA-COVEÑAS

Tipos de Tramos Hidráulicos

Código Diámetro Interior

(m)

Rugosidad

(mm)

D5842_R04572 0.5842 0.04572 T00100 T00200 T00300 T00400 T00500

D5858_R04572 0.5858 0.04572 T00600 T00700 T00800 T00901 T01001 T01101

T01201 T01301 T01401

D5953_R04572 0.5953 0.04572

T01501 T01601 T01701 T01801 T01902 T02002 T02102 T02202 T02302 T02402 T02502 T03503

T03603 T03703 T03803 T03904 T04004 T04104 T04204 T04304 T04404 T05205 T05305 T05405

T05505 T05605 T05705 T05805 T05906 T06006 T06106 T06206 T06306 T06406 T06506

D5938_R04572 0.5938 0.04572 T02602 T02702 T02802 T02903 T03003 T03103 T03203 T03303 T03403 T04504 T04604 T04905

T05005 T05105

D5958_R04572 0.5958 0.04572 T04704 T04804

Para cada uno de los anteriores tipos de tramo, para cada uno de los diferentes tipos de

crudo se ajusto una curva de pérdidas unitarias de energía (por unidad de longitud) por fricción del tipo

PFRj(Qj) = b0 + b1 × Q + b2 × Q2

Sistema de Ductos: VASCONIA-CAUCASIA-COVEÑAS

Pérdidas Unitarias (psi/Km)

Tipo Tramo

Tipo Crudo

Análisis Regresión Coeficientes

Rango Caudal (KBPH)

Intercepto

(b0)

Caudal

(b1)

Caudal2

(b2) R2 Mínimo Máximo

D5842_R04572

API250_V032 Mezcla

- 0.119721364 0.086661438 0.99999 3.56 8.55

API185_V238

Heavy - 0.293163471 0.07594189 0.99688 2.59 6.22

D5858_R04572

API250_V032 Mezcla

- 0.11787264 0.085213533 0.99999 3.56 8.55

API185_V238 Heavy

- 0.296088828 0.073019513 0.99706 2.59 6.22

D5953_R04572

API250_V032 Mezcla

- 0.10947822 0.07940545 0.99999 3.56 8.55

API185_V238 Heavy

- 0.30532199 0.06159938 0.99782 2.59 6.22

D5938_R04572

API250_V032 Mezcla

- 0.10961219 0.08017179 0.99999 3.56 8.55

API185_V238 Heavy

- 0.30429563 0.06284319 0.99774 2.59 6.22

D5958_R04572

API250_V032

Mezcla - 0.09283247 0.08447807 0.99999 3.56 8.55

API185_V238 Heavy

- 0.29796938 0.06512070 0.99774 2.59 6.22

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

Pres

ión

(psi

/Km

)

Caudal (KBPH)

PÉRDIDA UNITARIA PRESIÓN EN TRAMOS POR FRICCIÓNGRUPO: 1

MEZCLA

CURVA AJUSTADA - MEZCLA

HEAVY

CURVA AJUSTADA - HEAVY

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

Pres

ión

(psi

/Km

)

Caudal (KBPH)


MEZCLA


HEAVY


Teniendo en cuenta el comportamiento de las pérdidas de carga en los tramos típicos, se

considera conveniente cambiar el modelo de representación por uno basado en dos segmentos lineales, que tenga la siguiente estructura:

PFRj(Q) = b1 × Min(Q ,b0) + b2 × Max(0,b0 – Q)

donde son parámetros ajustados en un proceso de mínimos cuadrados.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

Pre

sió

n (

psi

/K

m)

Caudal (KBPH)


MEZCLA


HEAVY


b0b0









OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

PRE-PROCESOON-LINE

POST-PROCESO

MIP

MINLP

MIP

MINLP



PRE-PROCESOON-LINE MIP

Determina los posibles batches que pueden pasarpor un tramo j durante un período t.

De esta forma se reduce la dimensionalidad delmodelo ya que solo se consideran lascombinaciones factibles bache-tramo-período.



PRE-PROCESOON-LINE MIP

Tramos Períodos

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9

j1 1 2 2 , 3 3 3 3 3 3 , 4 4

j2 1 2 2 , 3 3 3 3 3 3 , 4

j3 1 2 2 , 3 3 3 3 3

j4 1 2 2 , 3 3 3 3

j5 1 2 2 , 3 3 3

j6 1 2 2 , 3 3

j7 1 2 2 , 3

El diagrama GANTT presenta el desplazamiento factible de losbaches programados. De esta forma se determinan las variablesque se deben tener en cuenta en el proceso de optimización.




OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOON-LINE

MIP

MIP

POST-PROCESO

El proceso de optimización se divide en dos pasos para disminuir ladimensionalidad de los problemas combinatorios.




OPTIMIZACIÓNMIP

MIP

1

2

El primer paso:

1. Ignora el desplazamiento de los baches a lo largo del sistema y por lotanto aproxima las pérdidas por fricción en los tramos en los diferentesperíodos, las cuales se calculan con base en un curva estimada que seasume refleja las características del bache(s) que esta(n) pasando porel tramo durante un período.




OPTIMIZACIÓNMIP

MIP

1

2

El primer paso:

2. Considera simultáneamente todos los períodos del horizonte deplanificación y todos los tramos del sistema de ductos, de tal forma deobtener una solución óptima, garantizando que se cumplen lasrestricciones de presión a lo largo del sistema de ductos.

3. El flujo de productos por las estaciones de bombeo es detallado, o seaconsidera para cada período que baches están pasando por la estación.




OPTIMIZACIÓNMIP

MIP

1

2

El segundo paso:

1. El segundo paso determina el desplazamiento/corrimiento de losbaches a lo largo del sistema de ductos, de esta forma que determinaque baches están pasando por cada tramo para cada período.

2. Con base en la información anterior, se determina cual es la mejor curvade pérdidas por fricción que representan lo que ocurre en un períodopara cada tramo. Esta información se retroalimenta al primer paso.




OPTIMIZACIÓNMIP

MIP

1

2



OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

MINLP


SE CONSIDERAN FIJAS DURANTE TODO EL PROCESO DE OPTIMIZACIÓN.

CON BASE EN EL CONSUMO ÓPTIMO SE ESTIMA EL COSTO DE LA ENERGÍA.

LA PRECISIÓN DE LA APROXIMACIÓN DEPENDEN DEL TAMAÑO DE LA MALLA QUE SE UTILICE.



OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

MINLP


SE CONSIDERAN FIJAS DURANTE TODO EL PROCESO DE OPTIMIZACIÓN.

LAS CURVAS CONTINUAS SE REEMPLAZAN POR SEGMENTOS DE LÍNEAS DE FORMA TAL QUE EL

MODELO ES LINEAL.



OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

MINLP


SE CONSIDERA QUE EL PROCESO ITERATIVO DEBE “DESCUBRIR” CUAL ES LA CURVA DE PÉRDIDAS DE

ENERGÍA POR FRICCIÓN Y DE PÉRDIDAS POR GRAVEDAD QUE APLICAN PARA CADA PAREJA

TRAMO-PERÍODO.

SE UTILIZA LA VERSIÓN LINEALIZADA DE LAS CURVAS DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN, DE TAL

FORMA QUE EL MODELO ES LINEAL.

APROXIMACIÓN CURVA DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

- viscoso+ viscoso

CaudalQ

PÉRDIDAsH

Q*

REAL

H*

0,0

Tramos Períodos

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9

j1 1 2 2 , 3 3 3 3 3 3 , 4 4

j2 1 2 2 , 3 3 3 3 3 3 , 4

j3 1 2 2 , 3 3 3 3 3

j4 1 2 2 , 3 3 3 3

j5 1 2 2 , 3 3 3

j6 1 2 2 , 3 3

j7 1 2 2 , 3

CaudalQ

PÉRDIDAsH

Q*

H*

0,0

CaudalQ

PÉRDIDAsH

Q*

H*

0,0

ESTIMACIÓN DE LA CURVA APROXIMADA DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

Tramos Períodos

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9

j1 1 2 2 , 3 3 3 3 3 3 , 4 4

j2 1 2 2 , 3 3 3 3 3 3 , 4

j3 1 2 2 , 3 3 3 3 3

j4 1 2 2 , 3 3 3 3

j5 1 2 2 , 3 3 3

j6 1 2 2 , 3 3

j7 1 2 2 , 3

CaudalQ

PÉRDIDAsH

Q*

H*

0,0

Combinación lineal ponderadapor volumen/peso

ESTIMACIÓN DE LA CURVA APROXIMADA DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN






OPTIMIZACIÓN

PRE-PROCESOOFF-LINE

MIP

MIP

MINLP

Curvas Consumo Óptimo

Zona FactibilidadOperación

Curvas Pérdidaspor Fricción

Curvas PérdidasPor Fricción

Interpoladas





OPTIMIZACIÓN

POST-PROCESO

MIP

MINLP

MIP

DiferenciaCosto

Operación

Caudales por LíneaPresión por Estación Bombeo

Por período

Patrones - RPMspor Estación Bombeo

por Período





OPTIMIZACIÓN

POST-PROCESOIteracionesTiempo - GAPMejora F.O.

Caudales por LíneaPresión por Estación Bombeo

Por período

Patrones - RPMspor Estación Bombeo

por Período

DETERMINACIÓN COSTO REAL ENERGÍA – CORRECCIÓN PÉRDIDAS FRICCIÓN

Pérdidas Fricción MínimasCota Inferior No Factible

GAP: =Mejor Solución – Cota NO Factible

Costo Real

Presiones Reales

Costo AproximadoCaudales

Presiones Aproximadas

ALMACENAR MEJOR SOLUCION

INTERFAZ USUARIO

IBM CPLEX

DICOPT

BANCO DE PRUEBAS VS MODELO OPTIMIZACIÓN

ESTACIÓN VASCONIA- HEAVY

CAUDAL

KBPH

PRESIÓN

PSI

CONSUMO (HP)

BANCO DE

PRUEBAS

CONSUMO (HP)

MODELO

OPTIMIZACIÓN

DIFERENCIA

(HP)

DIFERENCIA

(%)

4 900 2726 2732.65 6.65 0.24

7.5 1000 4605 4614.47 9.47 0.21

8.5 1400 7186 7200.82 14.82 0.21

4.5 1600 5177 5187.43 10.43 0.20

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIASISTEMA OCENSA

VASCONIA recibe los crudos de Ocensa y los provenientes

de los campos ubicados en el Alto Magdalena. Desde esta

estación, el crudo destinado a consumo interno del país es

impulsado hacia la refinería de Barrancabermeja.

CAUCASIA encargada de darle más presión a los 20.000barriles de crudo que se reciben por hora desde laestación de Vasconia y que se envían al terminalmarítimo de Coveñas.

Terminal Marítimo de Coveñas, ubicado en el límite entre

Sucre y Córdoba, el crudo es almacenado en tanques y

posteriormente transportado por la línea submarina hasta la

monoboya para el cargue de los buquetanques.

Fuente: https://www.ocensa.com.co/actividades/Pages/Nuestro-Sistema.aspx


Fuente: https://www.ocensa.com.co/actividades/Pages/Nuestro-Sistema.aspx

VASCONIA *

CAUCASIA**

** *


Vasconia

Caucasia

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Alt

ura

(m

)

Longitud (Kms)

Perfil de PresiónPerfil-Oleoducto

TIPO DE OPERACIÓN VASCONIA CAUCASIA COVEÑAS

1 Despacho Rebombeo Recibo

2 Despacho Al paso Recibo

Tipos de BPC

Eléctricas 3 0

Diesel 2 3


Vasconia

Caucasia

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Alt

ura

(m

)

Longitud (Kms)

Perfil de PresiónPerfil-Oleoducto

Esquemas 0 BPC+ V.Control

1 BPC + V.Control

2 BPC+ V.ControlEsquemas 2 BPC + V.Control

3 BPC + V.Control

4 BPC + V.Control


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Pre

sio

n (

Psi

g)

Longitud (Kms)

Perfil de Presión

Pint,tub + Pres. Geod Pres. Geod

Estación Bombeo VASCONIA

Patrones de Operación

Código No. Bombas

Motor

Eléctrico

No. Bombas

Motor Diesel Configuración

VE1O0 1 0 Serie

VE2O0 2 0 Serie

VE3O0 3 0 Serie

VE1O1 1 1 Serie

VE1O2 1 2 Serie

VE2O1 2 1 Serie

VE2O2 2 2 Serie

VE3O1 3 1 Serie

VE3O2 3 2 Serie

VE0O1 0 1 Serie

VE0O2 0 2 Serie

DESPACHO - NOMINACIONESTIPOS DE CRUDO

COD_BCH COD_TCR MNPE VIFP DEFL OK_REF

MZC1 HEAVY 6 0.15087 58.8902 NO

MZC2 HEAVY 6 0.15087 58.8902 SI

MZC3 HEAVY 6 0.15087 58.8902 NO

MZC4 HEAVY 6 0.15087 58.8902 NO

MZC5 HEAVY 6 0.15087 58.8902 NO

CMZ1 MEZCLA 6 0.01944 56.4443 SI

CMZ2 MEZCLA 6 0.01944 56.4443 NO

CMZ3 MEZCLA 6 0.01944 56.4443 NO

CMZ4 MEZCLA 6 0.01944 56.4443 NO

COD_LDU COD_BCH VTIT

LD001 CMZ2 185.889

LD001 MZC3 184.745

LD001 CMZ1 181.88

LD001 MZC2 360.837

LD001 CMZ3 160

LD001 MZC5 200

COD_LDU COD_SDU QFMA QFMI QMIE QMII VCP QMAE QMAI

LD001 ODC 10.5 2 0 0 120 10.5 10.5

MAE_LDU COD_LDU Línea Ducto

DES_LDU Descripción

COD_SDU Sistema Ductos

COD_LDU1 Linea Anterior Linea Ducto

QFMA Rata flujo maxima linea kBPH

QFMI Rata flujo minima linea kBPH

QMIE Rata Flujo Minima Entrega kBPH

QMII Rata Flujo Minima Inyeccion kBPH

VCP Volumen Cumplimiento de Programa kBPH

QMAE Rata Flujo Maxima Entrega kBPH

QMAI Rata Flujo Maxima Inyeccion kBPH

OK_INY Linea Inyeccion

MAE_BCH COD_BCH Bache Producto

DES_BCH Descripcion

COD_TCR Tipo Crudo

MNPE Minima Presion Evaporacion Crudo psig

VIFP Viscosidad Crudo lbm/ft-s

DEFL Densidad Crudo Asociado lbm/ft3

OK_REF Bache Referencia Tipo de Crudo

VIFS Viscosidad Crudo en centiStokes cSt

BCH_LDU COD_LDU Línea Ducto

COD_BCH Bache Producto

VTIT Volumen Entrega Programado Bache kBls

VTET Volumen Inyeccion Programado Bache kBls

COD_BCH DES_BCH

CM** Crudo Castilla

MZ** Mezcla

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIACOSTOS HORARIO DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

0

1

1

2

2

3

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

00

0$

/Kw

h

Horas

BPC701 BPC704 BPC410

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIAREPORTE ESTACION DE BOMBEO

REPORTE 1 ESTACION DE BOMBEO

HOR

AEstacion

Q

(KBph)

Pd

(psi)

Potencia Total

(hp)

Eléctrica

(000$)

T.Otros

(000$)

0 VASCON 5.5 1281.704371 5977 1075.86 0

1 VASCON 5.5 1281.704371 5977 1075.86 0

2 VASCON 6.260229167 1586.164712 6446.86 1095.97 0

3 VASCON 6.260229167 1590.19032 6390.4 730.64 1464.75

4 VASCON 5.5 1281.704371 5977 1075.86 0

5 VASCON 6.260229167 1601.875769 6446.86 1160.43 0

6 VASCON 5.5 1600 5878.42 757.09 1325.62

7 VASCON 5.5 1281.704371 5977 1135.63 0

8 VASCON 6 1411.832493 6288.38 1194.79 0

9 VASCON 6 1411.832493 6288.38 1257.68 0

10 VASCON 6 1411.832493 6288.38 1257.68 0

11 VASCON 4 1152.590766 3530.89 670.28 125.65

12 VASCON 5.5 1600 5977 1195.4 0

13 VASCON 4 1152.590766 3530.89 670.28 125.65

15 VASCON 4 1151.747449 1807.63 1005.42 0

15 VASCON 4 1151.747449 2766.37 863.92 0

16 VASCON 4.972394387 1224.802881 4851.2 970.24 0

17 CAUCAS 7.222237572 622.2237572 2748.16 0 2198.53

17 VASCON 7.222237572 1904.86444 7535.45 1207.74 1047.71

18 VASCON 6.112464493 1481.72353 5472.88 1149.3 0

19 VASCON 4.340158833 1170.932587 4504.1 1486.35 0

20 VASCON 5.5 1600 5324.85 1131.08 128.5

21 VASCON 4.572057215 1186.452284 4630.98 926.2 0

23 VASCON 5.5 1273.135527 5233.06 976.84 64.25

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIATIPO DE OPERACIÓN CAUCASIA PASO

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIATIPO DE OPERACIÓN CAUCASIA REBOMBEO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Pre

sio

n (

PSI

)

Longitud

Perfil de presion Q=7.2 KBph

Pi, ajus. Sin Caucasia+Pres-Geod Pi, ajus Con Caucasia+Pres-Geod

Pres. Geod Pint,tub + Pres. Geod

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIAREPORTE BOMBA

HORA Estación BombasPd

(psi)Pd(psi)- Estacion

P

(hp)Eficiencia RPM M$/Kwh

0 VASCON BPC701 542.28 1626.83 1992.33 0.61 3500 0.18

1 VASCON BPC701 542.28 1626.83 1992.33 0.61 3500 0.18

2 VASCON BPC701 534.75 1604.24 2148.95 0.64 3500 0.17

3 VASCON BPC701 534.75 1590.19 2148.95 0.64 3500 0.17

3 VASCON BPC704 260.35 1590.19 1046.25 0.64 2442.15 0.70

4 VASCON BPC701 542.28 1626.83 1992.33 0.61 3500 0.18

5 VASCON BPC701 534.75 1604.24 2148.95 0.64 3500 0.18

6 VASCON BPC701 542.28 1600 1992.33 0.61 3500 0.19

6 VASCON BPC704 257.72 1600 946.87 0.61 2412.87 0.70

7 VASCON BPC701 542.28 1626.83 1992.33 0.61 3500 0.19

8 VASCON BPC701 537.59 1612.77 2096.13 0.63 3500 0.19

9 VASCON BPC701 537.59 1612.77 2096.13 0.63 3500 0.20

10 VASCON BPC701 537.59 1612.77 2096.13 0.63 3500 0.20

11 VASCON BPC701 551.89 1162.90 1675.70 0.54 3500 0.20

11 VASCON BPC704 29.56 1162.90 89.75 0.54 810 0.70

12 VASCON BPC701 542.28 1626.83 1992.33 0.61 3500 0.20

13 VASCON BPC701 551.89 1162.90 1675.70 0.54 3500 0.20

13 VASCON BPC704 29.56 1162.90 89.75 0.54 810 0.70

15 VASCON BPC701 551.89 1655.67 1675.70 0.54 3500 0.20

15 VASCON BPC701 534.21 1602.64 1439.87 0.61 3500 0.20

16 VASCON BPC701 529.92 1589.76 1617.07 0.67 3500 0.20

17 CAUCAS BPC410 622.22 622.22 1374.08 0.67 2944.09 0.80

17 VASCON BPC701 508.84 1904.86 2012.91 0.75 3500 0.20

17 VASCON BPC704 189.18 1904.86 748.36 0.75 2134.09 0.70

18 VASCON BPC701 521.81 1565.44 1824.29 0.71 3500 0.21

19 VASCON BPC701 532.91 1598.74 1501.37 0.63 3500 0.33

20 VASCON BPC701 526.68 1636.46 1713.76 0.69 3500 0.22

20 VASCON BPC704 28.21 1636.46 91.79 0.69 810 0.70

21 VASCON BPC701 531.91 1595.74 1543.66 0.64 3500 0.20

23 VASCON BPC701 526.68 1608.25 1713.76 0.69 3500 0.19

23 VASCON BPC704 28.21 1608.25 91.79 0.69 810 0.70

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIAREPORTE VALVULA DE CONTROL-DESPACHO ESTACIÓN Y PATRÓN ÓPTIMO OPERACIÓN

HORA Bache EstaciónPd(psi)-

Sis.DuctosPd(psi)-EStación VC.Presión

0 MZC2 VASCON 1281.70 1626.83 345.13

1 MZC2 VASCON 1281.70 1626.83 345.13

2 MZC2 VASCON 1586.16 1604.24 18.07

3 MZC2 VASCON 1590.19 1590.19 0

4 MZC2 VASCON 1281.70 1626.83 345.13

5 MZC2 VASCON 1601.88 1604.24 2.36

6 MZC2 VASCON 1600 1600 0

7 MZC2 VASCON 1281.70 1626.83 345.13

8 MZC2 VASCON 1411.83 1612.77 200.94

9 MZC2 VASCON 1411.83 1612.77 200.94

10 MZC2 VASCON 1411.83 1612.77 200.94

11 MZC2 VASCON 1152.59 1162.90 10.31

12 MZC2 VASCON 1600 1626.83 26.83

13 MZC2 VASCON 1152.59 1162.90 10.31

15 MZC2 VASCON 1151.75 1655.67 503.92

15 CMZ3 VASCON 1151.75 1602.64 450.89

16 CMZ3 VASCON 1224.80 1589.76 364.96

17 CMZ1 CAUCAS 622.22 622.22 0

17 CMZ3 VASCON 1904.86 1904.86 0

18 CMZ3 VASCON 1481.72 1565.44 83.72

19 CMZ3 VASCON 1170.93 1598.74 427.81

20 CMZ3 VASCON 1600 1636.46 36.46

21 CMZ3 VASCON 1186.45 1595.74 409.29

23 CMZ3 VASCON 1273.14 1608.25 335.12

BacheDPE

(KBph)

MZC2 5.50

MZC2 5.50

MZC2 6.26

MZC2 6.26

MZC2 5.50

MZC2 6.26

MZC2 5.50

MZC2 5.50

MZC2 6

MZC2 6

MZC2 6

MZC2 4

MZC2 5.50

MZC2 4

MZC2 1.44

CMZ3 2.56

CMZ3 4.97

CMZ1 7.22

CMZ3 7.22

CMZ3 6.11

CMZ3 4.34

CMZ3 5.50

CMZ3 4.57

CMZ3 5.50

Patrón

ÓptimoBache

VE3O0 MZC2

VE3O0 MZC2

VE3O0 MZC2

VE2O2 MZC2

VE3O0 MZC2

VE3O0 MZC2

VE2O2 MZC2

VE3O0 MZC2

VE3O0 MZC2

VE3O0 MZC2

VE3O0 MZC2

VE2O2 MZC2

VE3O0 MZC2

VE2O2 MZC2

VE3O0 MZC2

VE3O0 CMZ3

VE3O0 CMZ3

VE3O2 CMZ3

CE0O2 CMZ1

VE3O0 CMZ3

VE3O0 CMZ3

VE3O2 CMZ3

VE3O0 CMZ3

VE3O1 CMZ3

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIAREPORTE SISTEMA DE DUCTOS

HORA TramoTramo

Hidráulico

Presión Entrada

(psi)

Presión Salida

(psi)

Perdidas Fricción

(m)

Longitud Tramo

(Km)

Perdidas Gravedad

(m)

0 T00100 D5842 10 1289.40 2.31 0.80 0

0 T00200 D5842 1289.40 1251.87 50.95 17.62 -13.42

0 T00300 D5842 1251.87 1251.14 4.75 1.64 -4.02

0 T00400 D5842 1251.14 1160.79 75.60 26.14 14.76

0 T00500 D5842 1160.79 1181.86 4.42 1.53 -25.49

0 T00600 D5858 1181.86 1161.17 26.06 9.17 -5.37

0 T00700 D5858 1161.17 1151.81 6.68 2.35 2.68

0 T00800 D5858 1151.81 1066.32 59.99 21.12 25.49

0 T00901 D5858 1066.32 1059.80 1.16 0.41 5.37

0 T01001 D5858 1059.80 954.79 35.24 12.40 69.77

0 T01101 D5858 954.79 823.71 10.34 3.64 120.75

0 T01201 D5858 823.71 656.14 13.27 4.67 154.30

0 T01301 D5858 656.14 559.46 8.13 2.86 88.56

0 T01401 D5858 559.46 488.66 9.07 3.19 61.72

0 T01501 D5953 488.66 317.80 8.50 3.23 162.36

0 T01601 D5953 317.80 362.08 18.79 7.13 -63.06

0 T01701 D5953 362.08 400.37 16.72 6.35 -55.01

0 T01801 D5953 400.37 200.03 31.28 11.88 169.06

0 T01902 D5953 200.03 218.24 26.06 9.90 -44.28

0 T02002 D5953 218.24 164.44 6.83 2.59 46.96

0 T02102 D5953 164.44 10 14.90 5.66 139.54

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIAPERFIL DE ENERGIA

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Ene

rgia

(m

)

Longitud (Kms)

Energia-Pi,ajustada Energia-PF,ajustada Energia-PI Energia - Pfinal Perfil-Oleoducto

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIALLENO DE LINEA HORA 0 y 1

HORA0

(KBph)1

(KBph)HORA

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TRAMO/CRUDO MZC2 CMZ1 MZC3 CMZ2 MZC2 CMZ1 MZC3 CMZ2 TRAMO/CRUDO MZC2 CMZ1 MZC3 CMZ2 MZC2 CMZ1 MZC3 CMZ2

T00100 1343 1343 T03303 17582 17582

T00200 29680 29680 T03403 9817 9817

T00300 2768 2768 T03503 8363 8363

T00400 44040 44040 T03603 6219 6219

T00500 2574 2574 T03703 28930 28930

T00600 15558 15558 T03803 14526 14526

T00700 3988 3988 T03904 15952 15952

T00800 35819 35819 T04004 3436 28469 8936 22969

T00901 692 692 T04104 2335 2335

T01001 21039 21039 T04204 12 12

T01101 6171 6171 T04304 936 936

T01201 7922 7922 T04404 1534 1534

T01301 4852 4852 T04504 4464 4464

T01401 5418 5418 T04604 31493 31493

T01501 5644 5644 T04704 597 597

T01601 12475 12475 T04804 165 165

T01701 11102 11102 T04905 5002 5002

T01801 20768 20768 T05005 5841 5841

T01902 17305 17305 T05105 22614 22614

T02002 4537 4537 T05205 8807 8807

T02102 9892 9892 T05305 18563 18563

T02202 5332 5332 T05405 25980 25980

T02302 7349 7349 T05505 23962 23962

T02402 10850 4047 14897 T05605 3971 4702 8673

T02502 1100 1100 T05705 31303 798 30505

T02602 7612 353 7259 T05805 9963 9963

T02702 14014 14014 T05906 34542 34542

T02802 2548 2548 T06006 8804 8804

T02903 40914 40914 T06106 40307 40307

T03003 4406 4406 T06206 16228 16228

T03103 756 756 T06306 9234 9234

T03203 1658 1658 T06406 25240 25240

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20

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HORA

Cotos horario Operación, MC vs M$

M$ MC

AHORRO POTENCIAL EN COSTO = 6%NOTA: FRENTE A LA OPERACIÓN REAL PUEDE SER MAYOR 15%

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIAMÍNIMO COSTO(M$) vs. MÍNIMO CONSUMO(MC)

ss

0

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60000

80000

100000

120000

140000

0 5 10 15 20

HP

HORA

Consumo Energía Acumulada, MC vs M$

M$ MC

OLEODUCTO VASCONIA CAUCASIAMÍNIMO COSTO(M$) vs. MÍNIMO CONSUMO(MC)

AHORRO POTENCIAL DE ENERGÍA = 5.5%

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