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8º Congreso y Expo Internacional de Ductos Clave: SIG-025

Subdirección de Almacenamiento y Distribución. Gerencia de Mantenimiento de Terminales y Ductos.

USO DE TECNOLOGÍAS AVANZADAS PARA LA LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA DE DUCTOS: EL CASO DEL DDV RÍO LOS REMEDIOS J. G. Corralesa, C.H. Knighta, J.J. Cantob, J. Godoyb, L.M. Escalerab, O. Díazc L. Martinezd a

PEMEX Refinación, Subdirección de Almacenamiento y Distribución, Marina Nacional 252, Colonia Huasteca, Del. Gustavo A. Madero, México, D.F. b Universidad Autónoma del Estado de Morelos. c Instituto de Geofísica, UNAM. d CCF-UNAM y Universidad Autónoma de Puebla.

Contacto: Ing. Cecil Knight Hope. PEMEX Refinación: knight_ce@yahoo.com.mx

mantenimiento y la operación segura y confiable. En este artículo se presentan una serie de estudios de trabajo de campo dedicados a la aplicación de un conjunto de tecnologías avanzadas de detección y posicionamiento geográfico tridimensional de los ductos.

RESUMEN Los ductos alojados en derechos de vía de zonas urbanas son de muy alta prioridad para PEMEX Refinación. Los sistemas en DDV del Río Los Remedios son singulares tanto por su magnitud, como por el reto que presenta su mantenimiento en las zonas densamente pobladas del norte de la Ciudad de México.

Se emplearon técnicas de radiofrecuencia, radar electromagnético GPR, geo posicionamiento satelital diferencial de alta precisión, y sistemas de información geográfica GIS. Los resultados se compararon con los datos de geo posicionamiento de la última inspección en línea con diablos instrumentados en el ducto.

Los ductos en el DDV, aproximadamente 10 en el bordo norte, y 5 en el bordo sur transportan productos refinados, gas y drenajes. Algunos de los ductos ya están en desuso. La topografía urbana ha cambiado mucho en las tres décadas de vida del DDV, en los que el río ha transformado de una reserva de agua natural a una zona invadida de vialidades, industrias y zonas habitacionales.

Resultó de particular importancia establecer la coincidencias de las técnicas, y sus ventajas relativas, y se logró un avance significativo en la creación de nueva información que ha dado valiosa ayuda a los operadores del ducto para labores de mantenimiento y reparaciones.

La determinación precisa de la ubicación geográfica de los ductos en este delicado DDV es un factor clave para el adecuado

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INTRODUCCIÓN

en los DDV con esta información, tiene sin embargo un factor de incertidumbre que puede ser de uno a dos metros en los mejores casos, y el hecho de que algunos de los ductos en el DDV pueden no haber sido inspeccionados con esta técnica, e inclusive pueden no estar adaptados con la infraestructura de trampas de diablos.

La ubicación precisa de la posición y la trayectoria de los ductos de combustible es la pieza de información esencial para ayudar a los operadores a minimizar los riesgos de fallas durante maniobras de reparación o mantenimiento, o durante la realización de trabajos de terceros en la zona, especialmente en las zonas urbanas.

El presente estudio está dedicado a la creación de información de precisión sobre la ubicación de los ductos en los DDV del Río Los Remedios, tanto en el bordo norte como en el sur, así como a establecer coincidencias y diferencias entre las tecnologías de punta relacionadas. La referencia inicial del estudio fueron los datos de las corridas de diablo instrumentado y la información documental existente en el Sector México de PEMEX Refinación. Los datos nuevos de campo se realizaron combinando tres técnicas básicas: detección de ductos de radiofrecuencia, radar electromagnético y geo posicionamiento satelital de alta precisión.

PEMEX Refinación es la subsidiaria responsable de la administración del mantenimiento del derecho de vía compartido en la Zona del Río Los Remedios. Los Remedios es una zona densamente poblada e industrial que tiene un gran dinamismo y crecimiento. El DDV contiene un gran número de ductos de productos refinados, gas natural y drenajes industriales. Existen una variedad de factores creadores de incertidumbre en la ubicación del los ductos en le DDV. La zona ha sufrido un proceso de construcción de vialidades y edificación civil e industrial. Grandes movimientos de escombros y rellenos han ocurrido debido a la intensa remodelación de las vialidades, al entubamiento del río, y al difícil control de asentamientos humanos en la zona. Durante este proceso se han dañado señalizaciones así como postes de protección catódica, y se han modificado las referencias físicas. Específicamente la incertidumbre de la ubicación de los ductos radica principalmente en la profundidad, pero también hay dudas sobre las variables latitud y altitud.

NOMENCLATURA GIS: Sistema de Información Geográfica GPR: Radar de Penetración Terrestre DDV: Derecho de Vía C/A: Adquisición Burda P: Precisa GPS: Sistema de Posicionamiento Global

METODOLOGÍA La zona de estudio del presente proyecto abarca el DDV de Los Remedios en los bordos norte, donde se ubican la mayoría de los ductos, y el bordo sur. El DDV en el bordo norte se extiende del Km 5+000 al Km 17+000. El bordo sur el DDV se extiende del Km 21+000 al Km 25+500.

La evolución reciente de las tecnologías de los diablos instrumentados ha permitido obtener la trayectoria tridimensional de los ductos con cada vez mayor precisión. La ubicación de los ductos

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que el campo magnético se acopla a todas las estructuras conectadas y es útil para acotar la zona donde se hace el barrido con el GPR.

Paralelos en el bordo norte se albergan entre 8 y 11 poliductos, gasoductos y turbosinoductos o tubos de drenajes industriales, dependiendo del tramo considerado. En el bordo sur hay 5 ductos, también con funciones de transporte variables.

El ancho del DDV en cada bordo se definió como la zona entre los ductos ubicados en los dos extremos laterales del DDV. Se colocaron las estacas que definieron los dos puntos de referencia en los extremos del DDV, y se realizaron medidas de posicionamiento satelital diferencial de alta precisión en ambas estacas.

La complejidad de la red de ductos en la zona se ilustra en la Figura 3, donde se muestran los datos de corridas de diablos sobre una imagen satelital de alta resolución en la Zona de Los Remedios.

GPS

LOCALIZADOR DE DUCTOS POR RADIO FRECUENCIA

El equipo de posicionamiento satelital diferencial que se empleó en este proyecto es de marca Trimble de doble frecuencia.

La primera acción en campo consistió en definir el ancho del DDV en ambos bordes norte y sur. En cada borde se realizó una prospección cada 50m con detector de ductos de radiofrecuencia en corte transversal para definir el ancho del DDV. Se empleó un detector de radiofrecuencia avanzado modelo del receptor RD4000Rx y RD4000T10 del transmisor, ambos de la marca Radiodetection.

Esta tecnología utiliza la red la constelación de satélites equipados con transmisores de radio frecuencia y relojes atómicos, que proveen el posicionamiento tridimensional, navegación y hora de forma continua y en tiempo real en todo el mundo. Entendiéndose posicionamiento como la obtención de coordenadas geográficas (u otro sistema de referencia) de un punto en el espacio.

El detector de tuberías por radio frecuencia funciona induciendo un campo magnético de frecuencia variable a lo largo del ducto, ya sea por inducción o por conexión directa. Y por otro lado con un receptor o antena que desde la superficie del terreno detecta dicho campo magnético a lo largo del ducto, con la posibilidad de medir profundidades del ducto.

Los receptores GPS se clasifican de acuerdo a la frecuencia de radio que pueden recibir y esto está en relación con la precisión que pueden lograr. El sistema GPS utiliza dos frecuencias L1 y L2 y varias formas de codificar la información, como el código C/A y el código P. El la banda L1 se utilizan ambos códigos, mientras que para la banda L2 sólo se utiliza el código P. El pseudo rango de las señales en el código P es mucho más exacto al compararlo con el pseudo rango del código C/A dada su longitud.

En casos donde los ductos están interconectados eléctricamente para fines de protección catódica esta técnica es poco precisa, por lo que se utiliza únicamente se utiliza para delimitar el derecho de vía debido a

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una antena con frecuencia central de 200 MHz, modelo 5106. El radar electromagnético GPR se hizo pasar sobre el terreno por la línea de corte a lo largo de la distancia entre las dos estacas a una velocidad constante con el fin de poder tener un número uniforme de escaneos. Las capturas de señales del subsuelo se procesaron numéricamente en un servidor, empleando el software RADAN.

GPS DIFERENCIAL Para emplear esta técnica es necesario ocupar las estaciones remotas mientras se tiene operando una estación base, al procesar los datos para obtener la posición después de adquirirlos, se evitan errores que se presentan al utilizar el posicionamiento en tiempo real. Al menos un receptor se coloca en un punto de coordenadas geodésicas conocidas previamente u obtenidas posteriormente, a la que se le llama base y por otro lado un receptor autónomo en el punto remoto cuyas coordenadas se desean obtener.

El perfil topográfico entre las dos estacas a los extremos del DDV se midió con nivel de láser estándar.

RESULTADOS

Por medio de un procesamiento se determina el vector o línea base entre las estaciones, obteniendo un posicionamiento relativo dado que las coordenadas finales de la estación remota son siempre relativas a las coordenadas conocidas de la estación base.Con esta técnica se trata de minimizar los errores de cada estación utilizando el error conocido de otra estación. Entonces se calcula las correcciones para cada satélite tomando en cuenta la posición “real” y la calculada a partir de satélites en vista.

La imagen satelital de alta precisión (30 cm) de la Zona del Río Los Remedios se armó a partir imágenes a color, radiometricamente corregidas, con corrección de sensor, geométricamente corregidas y mapeadas en una proyección cartográfica, obtenidas en el banco de imágenes del satélite QuickBird. Sobre la imagen se montaron los puntos GPS de los extremos del DDV medidos con el detector de ductos de radiofrecuencia. La Figura 1 muestra un sector de la imagen satelital con las marcas del derecho de vía.

Para el presente estudio se utilizaron tiempos de adquisición de 20 minutos, con una frecuencia de muestreo de 5 segundos y con una longitud de la línea base menor a 15 km, con lo cual se logran errores que varían entre 0.5 a 2 cm. GPR La ubicación precisa de los ductos en el subsuelo se realizó con un radar electromagnético GPR monoestático de marca Geophysical Survey System Inc. modelo SIR 2 y

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Los radargramas muestran las ondas que se reconstruyen mediante el cálculo numérico. La naturaleza ondulatoria del fenómeno de radar electromagnético hace que se produzcan varios “ecos” alineados debajo de la posición de cada ducto. La acertada interpretación de los radargramas da lugar a la selección del lugar de la imagen donde se ubica cada ducto. COMPARACION DEL GPR CON INSECCIÓN EN LINEA INSTRUMENTADA. Una vez que se obtuvieron los radargramas procesados, se aplicó una escala de distancia en el eje vertical, por medio de mediciones de calibración de la velocidad de la propagación de la onda electromagnética del GPR, con la cual se obtuvo la profundidad de los ductos encontrados.

LA Figura 1.- Imagen satelital donde se muestran los límites del DDV El resultado directo de los pases de radar electromagnético GPR es un radargrama de cada corte del DDV. En la Figura 2 se muestra un radargrama típico, de entre los 23 obtenidos en el bordo norte y 9 en el bordo sur.

Figura 2.- Radargrama típico postproceso, escala en metros

después

De los datos obtenidos de la inspección en línea con diablo instrumentado se obtuvieron las coordenadas geográficas de los ductos que pasan por la zona y se pudo encontrar la profundidad y posición en los lugares donde se hizo el levantamiento del GPR para obtener una comparación directa y determinar la precisión del método, como se muestra en la Figura 5.

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Figura 3.- Localización de ductos mediante la inspección en línea de diablo instrumentado tipo Caliper.

Figura 5. Diferencia de posición entre medidas con el diablo instrumentado y con el GPR-GPS diferencial

Figura 4.- Se muestra la posición de los ductos de acuerdo al Caliper en el lugar del barrido del levantamiento del GPR. A continuación se muestran las gráficas de la cantidad de muestras que tuvieron una diferencia entre las posiciones medidas con el GPR, referenciados con los puntos geoposicionados de inicio y final del barrido del radar, y los arrojados con la inspección en línea instrumentada.

Figura 6. Frecuencia de las diferencias de las coordenadas medidas con el diablo instrumentado y con GPR-GPS diferencial en el eje horizontal

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El avance de las tecnologías existentes para la ubicación precisa de la posición y la trayectoria de los ductos de combustible es notable. Se puede generar nformación esencial para ayudar a los operadores a minimizar los riesgos de fallas durante maniobras de reparación o mantenimiento, o trabajos de terceros en la zona, especialmente en las zonas urbanas.

Otra característica relevante es que en el caso de la localización con GPR se pueden identificar estructuras que no están acondicionadas con trampas de diablos e incluso estructuras en desuso, que para el caso particular de interferencias y consumo de corriente en sistemas de protección catódica influyen considerablemente.

Aún con el notable progreso de las tecnologías de localización contenidas en los sistemas de inspección en línea, la operación segura de labores de mantenimiento de los ductos debería ser apoyada por técnicas de mayor precisión como el uso de radar GPR.

REFERENCIAS

muestras

CONCLUSIONES

Por otro lado la distancia en el eje vertical alcanza una diferencia de hasta ocho metros y todos los casos estudiados fue mayor a los 2.5 metros, y con una mayor frecuencia entre los 2.5 y 3 metros. Por lo se concluye que en el caso del diablo instrumentado, las mediciones en el eje vertical, es decir en cuanto a la profundidad del ducto es menos precisa. Cabe señalar que aún con esta seria desventaja, la localización por medio de la inspección interna por medio de diablo instrumentado representa una gran ventaja, sobre todo en zonas de alto congestionamiento de ductos y con diferentes DDV, donde se podrían tomar esta técnica como una primera aproximación, para refinar las coordenadas geográficas con la combinación de las técnicas de GPR y con el GPS diferencial de alta precisión.

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Figura 7. Frecuencia de las diferencias de las coordenadas medidas con el diablo instrumentado y con GPR-GPS diferencial en el eje vertical.

Blewitt, G.M. M. Helflin, W. Bertiger, F. Webb, U. Lindqwister, and R. Malla. 1992. Global Coordinates With Centimeter Accuracy In The International Terrestrial Reference Frame Using The Global Positioning System, Geophys. Res. Lett, Vol 19, No. 9, 853-856.

Se pudo constatar que la diferencia entre los datos obtenidos con el GPR, distan de los obtenidos con el diablo instrumentado hasta en siete metros en el eje horizontal, presentándose la mayor parte en valores menores a un metro.

Dixon, T., 1991. An Introduction to the Global Positioning System and some Geological

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applications, Review of Geophysics. Pp 249276. Hoffmann, W.B. Lichtenegger, H. and Collins J. , 1992. GPS: Theory and Pactice. Ed. SpringerVerlag. New York. pp 326. Lichten, S. and Border, J.S. 1987. Strategies for High-Precision Global Positioning System Orbit Determination. Jour. Of Geo. Res. 92-12 pp 12751-12762 L. Martínez, Localización tridimensional, diagnóstico y diseño del reforzamiento del sistema de protección catódica de los ductos de PEMEX refinación en el Río de los Remedios. Reporte técnico BUAP-PEMEX Refinación, Martinez Rosique, J.A. and Escuder, J.M., 1995. El Sistema de posicionamiento Global (GPS): Principios Básicos de Funcionamiento. Depto. De Comunicaciones Esc. Tec. Sup. De Ingenieros en Telecomunicaciones. Univ. Politecnica de Valencia. pp. 355 Radiodetection, RD4000, Manual de Usuario. Trimble Navegation Ltd. 1993. Manual de Usuario.

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