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A medida que los costes laborales siguen aumentando y la tecnología de automatización industrial avanza, los productores de petróleo y gas se enfrentan a requisitos cada vez más estrictos en cuanto a eficiencia en la producción, seguridad de equipos y fiabilidad operativa.
Los sistemas de bomba sumergible eléctrica (ESP) son equipos críticos en la producción moderna de petróleo. Al sustituir la monitorización manual tradicional in situ por un control inteligente y automatizado, los sistemas de control ESP ayudan a los operadores a mejorar la eficiencia de la producción, reducir riesgos operativos y mantener una producción estable de petróleo bajo condiciones complejas de pozos.
Una bomba sumergible eléctrica (ESP) es un sistema centrífugo de elevación de varias etapas diseñado para operar en profundidad dentro de un pozo y permanecer completamente inmerso en fluidos de pozo. Un sistema ESP completo generalmente consta de tres secciones principales: el conjunto de fondo, el sistema de cables ESP y el equipo de control superficial.
De arriba a abajo, el conjunto de fondo suele incluir el motor ESP, el protector, el separador de gas y la bomba centrífuga multietapa. En la superficie, armarios de control y transformadores dedicados proporcionan suministro eléctrico, regulación de velocidad, adquisición de datos y protección de equipos.
Durante el funcionamiento, el sistema de control de superficie suministra energía eléctrica correctamente acondicionada a través del cable ESP para accionar el motor de fondo. El motor acciona los impulsores multietapa, que aumentan progresivamente la presión de la mezcla de aceite y agua dentro del pozo. El fluido se eleva entonces a la superficie contra la presión hidrostática y la resistencia de la tubería.
Al mismo tiempo, el sistema de control monitoriza continuamente parámetros de funcionamiento como la temperatura en el fondo del pozo, la presión y la corriente del motor. Basado en datos operativos en tiempo real, el sistema realiza controles en lazo cerrado de frecuencia variable y activa funciones de protección cuando se detectan condiciones anómalas.
El conjunto de fondo consiste principalmente en el motor ESP, el protector, el separador de gas y la bomba centrífuga multietapa. En conjunto, estos componentes proporcionan la fuerza motriz y la capacidad hidráulica de elevación necesarias para la producción de petróleo.
El motor ESP sellado proporciona la potencia mecánica para todo el sistema. Su aceite aislante y lubricante interno ayuda a aislar el motor de fluidos corrosivos de pozo.
El protector conecta el conjunto del motor y la bomba mientras equilibra la presión interna y externa. También compensa la expansión y contracción térmica del aceite aislante, ayudando a evitar que los fluidos del pozo entren en el motor y provoquen fallos eléctricos.
El separador de gas elimina el gas libre del fluido del pozo antes de que entre en la bomba, ayudando a reducir la interferencia de gas y a prevenir la degradación del rendimiento por bloqueo de gas o cavitación.
La bomba centrífuga multietapa utiliza múltiples impulsores para aumentar continuamente la presión del fluido etapa a etapa, superando la presión hidrostática y elevando el fluido producido hacia la superficie.
Todo el conjunto de fondo debe soportar condiciones exigentes, incluyendo alta temperatura, alta presión, alta salinidad y fluidos corrosivos de pozo. Sirve como la principal unidad física de ejecución para el levantamiento de fluidos.
El cable ESP se fija a lo largo del exterior de la tubería de producción y se baja al pozo junto con la cuerda de tubos.
El sistema de cables generalmente incluye cables de alimentación y cables de señalización integrados para monitorización de temperatura y presión.
El cable de alimentación suministra energía eléctrica estable desde el sistema de control de la superficie hasta el motor ESP en el fondo del pozo. Está diseñado para soportar altas temperaturas, presión, aceite, agua y otras condiciones duras en el fondo del pozo.
Los cables de señalización transmiten datos críticos de funcionamiento desde el equipo de fondo hasta el sistema de control de superficie en tiempo real, incluyendo la temperatura del motor, la presión de admisión de la bomba y otros parámetros operativos.
Esto crea una conexión de datos fiable entre el equipo de fondo y la unidad de control de superficie, permitiendo la monitorización en tiempo real y el control inteligente.
El sistema de control de superficie está centrado en torno a un armario de control ESP dedicado y suele estar equipado con transformadores elevadores o reductores y componentes primarios de distribución de energía.
El transformador ajusta el voltaje disponible a la red con los requisitos eléctricos del equipo de fondo y proporciona una fuente de alimentación adecuada.
El armario de control integra el accionamiento de frecuencia variable, la unidad de control PLC, módulos de muestreo de voltaje y corriente, y múltiples circuitos de protección.
Permite:
Control de arranque y parada del ESP
Regulación de velocidad de frecuencia variable
Ajuste dinámico de carga
Protección contra sobrecarga
Protección contra la carga inferior
Protección contra pérdida de fase
Protección contra el bombeo y la prueba en seco
Protección contra fugas
Protección contra sobretemperatura
Cuando se detecta una condición de funcionamiento anormal, el sistema puede ejecutar inmediatamente la lógica correspondiente de apagado y bloqueo, proporcionando una protección eléctrica completa para un funcionamiento ESP estable y fiable.
El Sistema Inteligente de Control de Frecuencia Variable FGI FD3300 está diseñado para abordar las complejas condiciones de funcionamiento que se encuentran en la producción moderna de petróleo. Sus funciones inteligentes de control y protección ayudan a mejorar la fiabilidad del ESP, reducir los tiempos de inactividad no planificados y apoyar una producción estable de petróleo.
El FD3300 soporta seis modos de funcionamiento:
Operación periódica
Control automático de frecuencia variable
Conmutación de frecuencia
Mantenimiento de parámetros
Eliminación de bloqueo de gas
Inicio retrasado
Se pueden seleccionar y coordinar automáticamente diferentes modos de funcionamiento según parámetros preestablecidos.
Esto permite que el sistema responda eficazmente a las condiciones cambiantes del pozo, incluyendo niveles fluctuantes de fluido, acumulación de gas, suministro inestable de fluido e impacto inicial.
La lógica de funcionamiento flexible es especialmente adecuada para entornos hostiles caracterizados por altas temperaturas en el fondo del pozo, mezclas de petróleo y gas y condiciones de producción en constante cambio.
Como resultado, el FD3300 ayuda a mantener un funcionamiento ESP seguro, estable y eficiente durante períodos prolongados.
El sistema de control ofrece tres estrategias iniciales:
Arranque suave
Empujar el arranque
Inicio de la oscilación
Arranque suavereduce la corriente de arranque y minimiza el impacto eléctrico y mecánico en el equipo.
Empujar el arranqueproporciona un par de arranque elevado para superar la resistencia causada por fluidos de alta viscosidad y otras condiciones difíciles de arranque.
Inicio de la oscilaciónutiliza un movimiento alternativo controlado para ayudar a liberar el bloqueo de la bomba causado por la acumulación de arena, el descascamiento o el bloqueo mecánico.
Estas tres estrategias iniciales permiten al FD3300 adaptarse a diferentes condiciones del pozo y mejorar la seguridad y fiabilidad del arranque del ESP.
El FD3300 incorpora una arquitectura de protección de seis categorías que cubre:
Protección de la red
Protección de motores
Protección de sensores en el fondo del pozo
Protección de señales analógicas
Protección de Señales Digitales
Protección de resistencia al aislamiento
Cada función de protección puede configurarse con parámetros como:
Retraso de protección tras el arranque
Retraso en la acción de protección
Reinicia el tiempo de espera
Máximo intentos de reinicio
Reinicio del tiempo de reinicio del contador
La combinación de retrasos jerárquicos en la protección y los intentos limitados de reinicio automático ayuda a distinguir las perturbaciones temporales de las fallas persistentes del equipo.
Para fluctuaciones de voltaje de corta duración, interferencias de señal u otras perturbaciones transitorias, el sistema puede evitar apagones innecesarios y mantener la continuidad de producción.
Si ocurre un fallo persistente de hardware, el sistema puede bloquear el equipo en estado de apagado para evitar que los reinicios repetidos causen daños adicionales.
Esta estrategia de protección es especialmente valiosa en entornos duros en el fondo de pozo donde altas temperaturas, fluidos complejos e interferencias de señal pueden afectar al funcionamiento del equipo.
El FD3300 soporta el cálculo y configuración automática de parámetros clave de funcionamiento, incluyendo parámetros V/F multipunto y ajustes recomendados de voltaje del transformador.
Las funciones de cálculo y configuración de parámetros están integradas en la interfaz hombre-máquina del gabinete de control.
Esto simplifica la puesta en marcha y reduce los errores causados por cálculos manuales, permitiendo una configuración más precisa de la fuente de alimentación ESP y de los parámetros de control de frecuencia variable.
El resultado es una puesta en marcha más eficiente y un control motor más preciso, ayudando al motor de fondo a funcionar dentro de su rango de funcionamiento adecuado para la capacidad.
El FD3300 está equipado con software de supervisión dedicado para el almacenamiento y análisis a largo plazo de datos históricos operativos.
Los usuarios pueden acceder y analizar registros operativos de varios días para apoyar la monitorización del equipo, la resolución de problemas y la optimización operativa.
Cuando una unidad de control existente necesita ser reemplazada, los parámetros de configuración originales pueden copiarse rápidamente al nuevo dispositivo mediante una unidad USB.
La migración de parámetros puede completarse en un plazo aproximado5–10 minutos, simplificando significativamente la puesta en marcha in situ y reduciendo el tiempo de reemplazo de equipos.
Motores, cables, sensores y otros componentes críticos de ESP operan a miles de metros bajo tierra en entornos de alta temperatura, alta presión y altamente corrosivos.
En tales condiciones, el rendimiento del aislamiento puede deteriorarse gradualmente con el tiempo. Por tanto, la monitorización continua del aislamiento es una parte importante para garantizar un funcionamiento seguro, fiable y eficiente del ESP.
El monitoreo del aislamiento es más que una inspección única de equipos. Es una medida preventiva directamente relacionada con la continuidad de la producción, los costes de mantenimiento y la seguridad operativa en el fondo del pozo.
FGI ha desarrollado una placa dedicada para la detección de resistencia de aislamiento basada en elMétodo de inyección de baja frecuencia.
El sistema permite la medición y cálculo en tiempo real de la resistencia al aislamiento bajo condiciones complejas, incluyendo sistemas alimentados por corriente continua con señales acopladas en CA. Al analizar las condiciones del aislamiento e identificar posibles localizaciones de fallos, el sistema ayuda a prevenir interrupciones inesperadas en la producción y la escalada de fallos en los equipos.
Esto proporciona una capa adicional de protección para una producción en campos petrolíferos segura, eficiente e inteligente.
La estación de control ESP de la serie FGI FD3300 ha sido desplegada con éxito en un centro de producción petrolera operado por una compañía petrolera europea.
El FD3300 sustituyó al anterior equipo de control ESP del cliente de otro proveedor, ayudando a mejorar la eficiencia operativa y apoyando los objetivos del cliente de reducir costes operativos y mejorar el rendimiento de la producción.
Para esta aplicación, FGI Suzhou proporcionó equipos en los rangos de potencia de 315 kW y 200 kW, junto con una solución completa de sistema de accionamiento.
Durante la implementación del proyecto, el cliente exigió que el sistema:
Lee datos de un medidor de potencia de marca europea
Continuar funcionando automáticamente tras una interrupción y restablecimiento
Preservar los parámetros operativos y el estado del sistema durante eventos de energía anormales
Para cumplir con estos requisitos, FGI personalizó el protocolo de comunicación para el contador de potencia especificado por el cliente y desarrolló una función dedicada de retención en estado operativo.
Estas funciones personalizadas permitían que el sistema FD3300 se ajustara mejor a los requisitos operativos de campo del cliente y maximizara la disponibilidad del sistema.
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Cuando se producen anomalías temporales debido a fluctuaciones en las condiciones de operación en el campo, el FD3300 incorpora un mecanismo diseñado para evitar apagados instantáneos innecesarios.
El sistema no activa inmediatamente la secuencia de protección contra el apagado cuando se detecta una anomalía transitoria. En su lugar, se aplica el retardo de protección correspondiente antes de ejecutar la orden de apagado.
Esto ayuda a reducir los apagones falsos causados por perturbaciones temporales y favorece el funcionamiento continuo y estable del sistema.
Al minimizar los apagados y reinicios innecesarios, el sistema también puede reducir las pérdidas de producción asociadas y el estrés del equipo.
El FD3300 soporta el reinicio automático una vez que se hayan solucionado fallos recuperables.
Cuando una unidad ESP se apaga debido a una condición anormal en un yacimiento petrolífero remoto, el sistema espera el intervalo de reinicio preestablecido. Una vez que la condición de fallo ha vuelto a la normalidad, el equipo puede reiniciarse y reanudar la operación automáticamente sin necesidad de intervención manual inmediata.
Esta función es especialmente valiosa para pozos remotos y sin vigilancia, donde enviar personal al lugar por cualquier fallo menor puede aumentar el tiempo de mantenimiento y los costes operativos.
El límite de intentos de reinicio configurables ayuda además a evitar que los reinicios repetidos dañen el equipo.
El modo automático de funcionamiento de frecuencia variable utiliza retroalimentación en tiempo real de la presión en el pozo, la corriente de carga del motor y el flujo de producción de la cabeza de pozo para establecer una estrategia de control en lazo cerrado.
En función de las condiciones reales del suministro de fluido, el FD3300 ajusta automáticamente la frecuencia y velocidad del motor.
Cuando el suministro de fluido es suficiente, el sistema puede aumentar la frecuencia y velocidad de funcionamiento para aumentar la capacidad de elevación del ESP.
Cuando el nivel del fluido disminuye o el suministro de fluido se vuelve insuficiente, el sistema reduce automáticamente la frecuencia para evitar un descenso excesivo.
Al ajustar dinámicamente la operación del ESP con la productividad cambiante de la formación, el sistema ayuda a mantener el nivel del fluido del pozo dentro de un rango operativo adecuado y reduce el riesgo de bombeo, funcionamiento en seco, carga excesiva o acumulación de presión.
Esto permite una operación ESP más estable a largo plazo y apoya una producción fiable de petróleo.
Sistema de Control ESP Inteligente FGI FD3300
El FGI FD3300 combina control de frecuencia variable, modos de funcionamiento inteligentes, protección automática, monitorización en tiempo real, gestión de parámetros y control adaptativo en una solución integrada de control ESP.
Al abordar los desafíos de las condiciones fluctuantes de los pozos, la operación remota de campos, los complejos entornos profundos y la evolución de la productividad de las formaciones, el FD3300 ayuda a los productores de petróleo a mejorar la fiabilidad de los equipos, reducir los tiempos de inactividad no planificados, simplificar la puesta en marcha en campo y lograr una producción de petróleo más estable y eficiente.
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