CT&F - Ciencia, Tecnología y Futuro

DEVELOPMENT OF EXPRESSION FOR RESISTANCE TO EROSION BY SOLID PARTICLES IN TURBIN BLADES

ABSTRACT The application of reliability centered maintenance on repairable equipment requires that the reliability calculation should not to be based on failure statistics, as in traditional methods, but rather on its condition. The "load vs resistance" method presumes the comparison of process parameters with carefully selected mechanical properties of the materials. The author proposes the calculation based on parameters monitored for diagnosis purposes. Specifically, he analyzes the erosion of steam turbine blades subject to the action of solid particle from the superheaters, which, under certain conditions, grow to critical thicknesses and due to stress actions caused by thermal changes, fracture and detach, acquiring such energy that then impacts the surface of the blades causing their erosion. These phenomena are analyzed and equations are established in relation with the mechanical properties of the blade metal, with the energy required by oxide flakes to cause their erosion. An expression has been obtained, allowing for the application of the method, which has not been found in analyzed research works.

RESUMEN La aplicación del mantenimiento centrado en contabilidad a equipos reparables, requiere que el cálculo de contabilidad no esté basado en estadísticas de fallos, como en los métodos tradicionales, sino en su condición. El método de "carga vs resistencia" presupone la comparación de parámetros de procesos con las propiedades mecánicas de los materiales, cuidadosamente seleccionados. El autor propone el cálculo a partir de los parámetros, monitoreados para el diagnóstico. En específico, analiza la erosión de los álabes de la turbina de vapor, bajo la acción de partículas sólidas, provenientes de los sobrecalentadores, que bajo determinadas condiciones, crecen hasta espesores críticos, y debido a la acción de esfuerzos, provocados por cambios térmicos, se fracturan y se desprenden, adquiriendo una energía tal, que al impactar en la superficie de los álabes les provoca la erosión. Estos fenómenos se analizan y se establecen las ecuaciones, que relacionan las propiedades mecánicas del metal de los álabes con la energía que necesitan las escamas de óxidos para provocar su erosión. Se ha obtenido una expresión, que permite la aplicación del método y no ha sido encontrada en ninguna de las investigaciones analizadas.

SUSTAINABLE URBAN MOBILITY IN ISTANBUL: A FINANCIAL ASSESSMENT OF FUEL CELL HYBRID-ELECTRIC BUSES IN THE METROBUS SYSTEM

ABSTRACT As cities grow and become more populous, the demand for public transportation increases due to a need for authorities to expand their transportation capacity. However, the increased use of vehicles can cause environmental impacts such as air pollution, greenhouse gas emissions, and noise. To address these issues, governments and other stakeholders seek alternative transportation systems or technologies. This paper intends to assess the financial viability of using fuel cell hybrid-electric buses as an alternative transportation system for the Istanbul Metrobus System. The analysis is based on the Payback Period Method, which evaluates the costs and benefits of a project over its lifetime. The study compares the total operating costs of using fuel cell hybrid-electric buses to diesel and battery-electric buses. The study determined that fuel cell hybrid-electric buses can lead to a reduction in total operating costs of 81.1% compared to diesel buses and 56.3% compared to battery-electric buses. This analysis suggests that fuel cell hybrid-electric buses offer added value after approximately 9 years. The outcome of this study is significant as it can help stakeholders take informed decisions about the financial viability of alternative transportation systems. Furthermore, the financial model or approach used in this study can be useful for understanding how public transportation systems can be funded in the future.

RESUMEN A medida que las ciudades crecen y se vuelven más pobladas, aumenta la demanda de transporte público, debido a la necesidad de las autoridades de ampliar sus capacidades de transporte. Sin embargo, el mayor uso de vehículos puede causar impactos ambientales como la contaminación atmosférica, las emisiones de gases de efecto invernadero y el ruido. Para hacer frente a estos problemas, los gobiernos y otras partes interesadas buscan sistemas o tecnologías de transporte alternativos. El objetivo de este trabajo es investigar la viabilidad financiera del uso de autobuses híbridos-eléctricos de pila de combustible como sistema de transporte alternativo para el sistema Metrobús de Estambul. El análisis se realiza utilizando el método del periodo de retorno, que evalúa los costes y beneficios de un proyecto a lo largo de su vida útil. El estudio compara los costes totales de explotación del uso de autobuses híbridos-eléctricos de pila de combustible con los autobuses diésel y eléctricos de batería. El estudio concluye que los autobuses híbridos-eléctricos de pila de combustible pueden reducir los costes totales de explotación en un 81,1% en comparación con los autobuses diésel y en un 56,3% en comparación con los autobuses eléctricos de batería. Este análisis sugiere que los autobuses híbridos-eléctricos de pila de combustible ofrecen un valor añadido tras un periodo aproximado de 9 años. Los resultados de este estudio son significativos porque pueden ayudar a las partes interesadas a tomar decisiones informadas sobre la viabilidad financiera de los sistemas de transporte alternativos. Además, el modelo o enfoque financiero utilizado en este estudio puede ser útil para comprender cómo pueden financiarse los sistemas de transporte público en el futuro.

CALCULATION OF TEMPERATURE DISTRIBUTION IN HI OIL RESERVOIRS BY ELECTROMAGNETIC HEATING

ABSTRACT The introduction of heat into a reservoir has proven to be an effective way to reduce the viscosity of heavy oils by increasing the temperature in the formation. The use of electromagnetic energy has proven to be particularly attractive because of its advantages vis-à-vis conventional heat recovery techniques. While extensive research has been conducted on this radiofrequency recovery method over the years, numerical simulation with reservoir industry applications has been rarely used for electromagnetic heating with heavy oil reservoirs when connected to strong-bottom aquifers. We propose a numerical scheme to estimate temperature variations in the reservoir by electromagnetic absorption, based on the calculation of the electro- magnetic wavefield amplitude and radiation heat diffusion coupling. The electrical and thermal properties of the reservoir were calculated considering the fractions and saturation of its phases. The results obtained from this RF heating simulation show a radially distributed temperature profile within the reservoir. The power and frequency of the incident wave were considered for an antenna located in the center of the formation. This allows to determine the required energy in kWh, and its influence on the antenna power, as well as the thermal and electrical properties of the medium such as aquifers. Numerical modelling allows reaching a stable temperature inside the reservoir, in days or months, despite the strong presence of water-saturated zones. The simulation shows that the presence of aquifers at bottom and partially saturated media affects reservoir heating. To make the numerical experiment reproducible and verifiable, the workflow is provided in code form.

RESUMEN La introducción de Calor en un reservorio ha demostrado ser una forma eficaz de reducir la viscosidad de crudos pesados mediante el aumento de la temperatura en la formación. El uso de la energía electromagnética ha demostrado ser especialmente atractivo debido a las ventajas que ofrece sobre las técnicas convencionales de recuperación de calor. Aunque a lo largo de los años se han llevado a cabo numerosas investigaciones sobre este método de recuperación por radiofrecuencia, la simulación numérica con aplicaciones en la industria de los yacimientos ha sido de uso limitado para el calentamiento electromagnético con yacimientos de petróleo pesado cuando están conectados con acuíferos en fondo. Presentamos un esquema numérico para estimar las variaciones de temperatura en el yacimiento por absorción electro-magnética, basado en el cálculo de la amplitud del campo de ondas electromagnéticas y el acoplamiento de difusión de calor por radiación. Las propiedades eléctricas y térmicas del reservorio fueron calculadas teniendo en cuenta las fracciones y saturación de sus fases. Los resultados obtenidos de esta simulación de calentamiento por RF muestran un perfil de temperatura distribuido radialmente dentro del yacimiento, La potencia y frecuencia de la onda incidente fueron consideradas para una antena situada en el centro de la formación. Esto permite determinar la energía necesaria en kWh y su influencia en la potencia de la antena, así como las propiedades térmicas y eléctricas de un medio en presencia de acuíferos. El modelado numérico alcanza una temperatura estable en el interior del reservorio en días o meses, a pesar de la presencia fuerte de zonas saturadas de agua de formación. La simulación muestra que la presencia de acuíferos en fondo y de medios parcialmente saturados afecta el calentamiento del yacimiento. Para que el experimento numérico sea reproducible y verificable un flujo de trabajo se proporciona en forma de código.

COMPREHENSIVE INVESTIGATION ON THE GEOTHERMAL ENERGY SECTOR IN MEXICO

ABSTRACT Factors such as fossilisation, diversification of energy resources, sustainable development, and energy security are attracting global attention for the development and expansion of renewable energy sources. Environmental issues arising from fossil fuel consumption are being addressed, but concerns remain about the renewability and availability of new energy sources. Mexico is one of the ten countries in the exploitation of geothermal energy, with a history of approximately five decades. This study examines Mexico's five major geothermal fields: Cerro Prieto, Los Azufres, Los Humeros, Las Tres Vírgenes, and Domo San Pedro. Currently, Mexico is working with international geothermal companies. However, there are more power plants and substantial cooperation to obtain this energy for industry and homes. This study is focused on the potential of geothermal exploitation in Mexico and its position worldwide after the introduction of geothermal energy in Mexico. Next, five geothermal fields are introduced in Mexico, and the potential and capacities of each are discussed. Finally, the future energy scenarios in Mexico are reviewed, with an emphasis on geothermal energy.

RESUMEN Factores como la fosilización, la diversificación de los recursos energéticos, el desarrollo sostenible y la seguridad energética están atrayendo la atención mundial hacia el desarrollo y la expansión de las fuentes de energía renovables. Se están abordando los problemas medioambientales derivados del consumo de combustibles fósiles, pero sigue preocupando la renovabilidad y disponibilidad de nuevas fuentes de energía. México se encuentra entre los diez primeros países en explotación de energía geotérmica, con una historia de unas cinco décadas. El presente estudio examina los cinco principales campos geotérmicos de México: Cerro Prieto, Los Azufres, Los Humeros, Las Tres Vírgenes y Domo San Pedro. México trabaja actualmente con empresas geotérmicas internacionales; sin embargo, necesita más centrales y una mayor cooperación para hacer llegar esta energía a la industria y los hogares. El presente estudio analiza el potencial de la explotación geotérmica en México y su posición en el mundo tras la introducción de la energía geotérmica, después se discute el potencial y capacidades de cada uno de los campos geotérmicos. Finalmente, se revisan los escenarios energéticos futuros de México en general con énfasis en la energía geotérmica.

EXPERIMENTAL EVALUATION OF THE POTENTIAL IMPACTS OF POLYMER BREAKTHROUGH ON TOPSIDE OPERATIONS AT YARIGUÍ-CANTAGALLO FIELD CONDITIONS

ABSTRACT After a successful polymer injection pilot, Ecopetrol plans to deploy at full-field scale this enhanced oil recovery (EOR) technology on the Yariguí-Cantagallo field. Although a significant increase oil production is expected, the impact of the residual polymer on the produced water cycle should not be neglected. Indeed, after the polymer breakthrough, a significant part of the EOR chemical will be present in the produced fluids, and this may negatively impact the water/oil separation and the water treatment processes. An early review of this scenario provides an accurate vision of potential issues and, above all, enables to anticipate handling difficulties with produced fluids, and identifying mitigation strategies. This paper proposes a specific and comprehensive experimental methodology to assess production risks using laboratory equipment designed to mimic the current separation processes of the Yariguí-Cantagallo field, which were as representative as possible. The objective is to highlight the impact of the residual polymer first on water/oil separation processes with bottle tests, electrostatic dehydration tests, and polymer fouling evaluation on heat exchangers and, second, on water treatment using long-term gravity separation tests, Jar test, flotation column, and walnut shell filtration unit. The assessment considered different scenarios in terms of polymer concentration, water-cut, water composition and initial oil content in the produced water. The compatibility between the polymer and some oilfield chemicals, such as demulsifiers and water clarifiers, was also investigated. The efficiency of these physical and chemical treatments was evaluated by monitoring the separation kinetics as well as by evaluating the quality of the phases with measures of water-in-oil content, oil-in-water content, or water turbidity. For this case study and at laboratory scale, the polymer does not seem to stabilize tight emulsions, rather observing an improvement in water/oil separation kinetics. However, the quality of the separated water is strongly degraded with a higher oil content and some incompatibilities with current demulsifiers which reduce their efficiency have been observed. The risk of polymer precipitation or fouling on heat surface is very low under the experimental conditions tested. The performance of the different water treatment stages is slightly affected in the presence of polymer, even if the water quality remains good. The operational risk assessment conclusions and pending recommendations draw the map of conditions where the residual polymer seems to cause problems or not. This anticipated experimental approach can provide clues and solutions to better manage the impact of the residual polymer in back produced fluids. Adjusting process parameters on existing surface facilities and working on chemical treatment optimization should ensure to produce oil, and release produced water on specifications. This challenge will be one of the keys for technical success and for upholding the expected economic performance of this EOR project.

RESUMEN Luego de un exitoso programa piloto de inyección de polímeros para recuperación mejorada de petróleo (EOR), Ecopetrol contempla implementar una expansión de la tecnología de EOR en el campo Yariguí-Cantagallo. Aunque, se espera un aumento significativo de la producción de petróleo, no se debe despreciar el impacto del polímero residual en el ciclo del agua producida. De hecho, después de inyectar la solución polimérica, una parte significativa del polímero estará presente en los fluidos producidos y puede tener un impacto severo tanto en la separación de agua/petróleo como en los procesos de tratamiento de agua. La consideración temprana de este escenario proporciona una visión precisa de los problemas potenciales y, sobre todo, permite anticipar las dificultades en el manejo de los fluidos producidos e identificar estrategias de mitigación. Este artículo propone una metodología experimental específica e integral para evaluar los riesgos de producción basada en equipos de laboratorio diseñados para simular los procesos de separación actuales del campo Yariguí-Cantagallo para que sean lo más representativos posible. El objetivo es resaltar el impacto del polímero residual, en primer lugar, en la separación de agua/ petróleo, mediante pruebas de botella, pruebas de deshidratación electrostática y evaluación de depositación de polímeros en intercambiadores de calor y, en segundo lugar, en el tratamiento del agua mediante pruebas de separación por gravedad a largo plazo, test de jarra, unidad de flotación y filtración de columna y cáscara de nuez. La evaluación consideró diferentes escenarios en términos de concentración de polímeros, corte de agua, composición del agua y contenido inicial de aceite en el agua producida. También se investigó la compatibilidad entre el polímero y algunos productos químicos de yacimientos petrolíferos, como demulsificantes y clarificadores de agua. La eficiencia de estos tratamientos físicos y químicos se evaluó mediante el seguimiento de la cinética de separación, así como mediante la evaluación de la calidad de las fases con medidas de contenido de agua en aceite, contenido de aceite en agua o turbidez del agua. Para este caso de estudio a escala de laboratorio, el polímero no parece estabilizar emulsiones compactas y más bien se observa una mejora en la cinética de separación agua/aceite. Sin embargo, la calidad del agua separada se degrada fuertemente con un mayor contenido de aceite y se han observado algunas incompatibilidades con los demulsificantes actuales, reduciendo su eficiencia. El riesgo de precipitación de polímeros o incrustaciones en superficies calientes es muy bajo en las condiciones experimentales probadas. El rendimiento de las diferentes etapas del tratamiento del agua se ve ligeramente afectado en presencia de polímeros, incluso si la calidad del agua sigue siendo buena. Las conclusiones de la evaluación del riesgo operativo y las recomendaciones pendientes exponen las condiciones en las que el polímero residual podría o no causar problemas. Este enfoque experimental puede proporcionar pistas y soluciones anticipadamente para gestionar mejor el impacto del polímero residual en los fluidos producidos. Ajustar los parámetros del proceso en las instalaciones de superficie existentes y trabajar en la optimización del tratamiento químico debería garantizar la producción de petróleo y el agua según especificaciones. Este desafío será una de las claves para el éxito técnico y para mantener el desempeño económico esperado de este proyecto EOR.

STUDY OF FATIGUE CHARACTERISTICS OF KEY WELDS OF MODULAR DRILLING DERRICKS

ABSTRACT Driven by the gradual development of oil and natural gas resources, the global use of rigs and the number of wells rise steadily. Modular rigs play an important role in oil exploration because of their efficient transport, economy, technological advancement, and rig reliability. The derrick is a key part of the modular rig, and since many essential components in the derrick are welded, the fatigue life of the derrick weld is particularly relevant. In this paper, the modular rig is the object of the research, proposoing the calculation formula of fatigue life of the key weld of the derrick. Using modular rig ZJ90D as an example, and combining the rig working conditions with the structural characteristics of the derrick, the key calculation parameters are obtained by numerical analysis. Thus, the life expectancy of the key weld is calculated according to the calculation formula of fatigue life presented herein. The research results have important reference significance and guiding value for the design and optimization of modular rig derricks.

RESUMEN Impulsado por el desarrollo gradual de los recursos de petróleo y gas natural, el uso global de las plataformas y el número de pozos aumentan constantemente. La plataforma de módulos juega un papel importante en la exploración de petróleo debido a su eficiente transporte, economía, avance tecnológico y contabilidad de la plataforma. El Derrick es una parte importante de la plataforma del módulo, y dado que muchos componentes importantes en el Derrick están soldados, la vida de fatiga de la soldadura Derrick es particularmente importante. En este trabajo se toma como objeto de investigación el módulo aparejo y se propone la fórmula de cálculo de la vida a fatiga de la soldadura clave de la torre de perforación. Tomando el módulo rig ZJ90D como ejemplo, combinado las condiciones de trabajo de la plataforma del módulo con las características estructurales de la torre de perforación, los parámetros clave de cálculo se obtienen por análisis numérico. Por lo tanto, la esperanza de vida de la soldadura clave se calcula de acuerdo con la fórmula de cálculo de la vida a la fatiga que se presenta en este artículo. Los resultados de la investigación tienen un importante significado de referencia y valor guía para el diseño y optimización de la plataforma de módulo Derrick

PLANNING MODEL FOR NATURAL GAS COMMERCIALIZATION WITH LEGAL AND OPERATIONAL CONSTRAINTS

ABSTRACT This paper presents a mathematical model for planning optimization of the gas supply chain of a company that is a producer, trader, and gas consumer for its operations, but does not transport it, according to the guidelines of the Colombian government. The model optimizes the profit of the modeled company based on (i) the availability and demand of the modeled company, (ii) public information from other gas-producing and consuming companies, and (iii) demand-serving priorities. The model is formulated as a single-period non-linear programming (NLP) model that optimizes the natural gas allocations and the total profit of the company considering production, transportation, prioritization, and economic constraints. Due to prioritization constraints, the model is formulated as a optimization problem that is solved with the lexicographical method. The proposed model stands out for its ability to be used as a decision support tool for natural gas supply planners in Colombia due to its considerations of the technical, legal, contractual, and regulatory aspects of natural gas production in the country.

RESUMEN Este artículo presenta un modelo matemático para la optimización de la planeación de la cadena de suministro de gas de una empresa que es productora, comercializadora y consumidora de gas para sus operaciones, pero no lo transporta, de acuerdo con los lineamientos del gobierno colombiano. El modelo optimiza las ganancias de la empresa modelada en función de (i) la disponibilidad y la demanda de gas de la empresa modelada, (ii) la información pública de otras empresas productoras y consumidoras de gas, y (iii) las prioridades de atención de la demanda. El modelo está formulado como un modelo de programación no lineal (NLP) de un solo período que optimiza las asignaciones de gas natural y las ganancias totales de la empresa considerando restricciones de producción, transporte, priorización y económicas. Debido a restricciones de priorización, el modelo se formula como un problema de optimización que se resuelve con el método lexicográfico. El modelo propuesto destaca por su capacidad de ser utilizado como herramienta de apoyo a la decisión de los planificadores del suministro de gas natural en Colombia debido a sus consideraciones de los aspectos técnicos, legales, contractuales y regulatorios de la producción de gas natural en el país.