Maestría en Ingeniería de Petróleos y Gas · 2020
Prueba piloto para ajuste remoto de tasa de producción en pozos con esp manejados por variador de frecuencia siemens perfect harmony en el campo caño Limón-énfasis en ingeniería de producción de hidrocarburos
La tasa de producción de un pozo productor de aceite que utilice un sistema ESP como sistema de levantamiento artificial, puede ser controlada desde un variador Robicon, el cual se encarga de regular la velocidad del sistema variando la frecuencia de la tensión aplicada a un motor de inducción trifásico. Esta tasa requiere ser ajustada, de acuerdo a la estrategia de producción del campo, incrementándola para aumentar el caudal, y de esta manera aumentar la cantidad de aceite producido. En ocasiones esta misma tasa requiere ser disminuida para realizar, por ejemplo, pruebas multi-tasa del pozo. En el campo Caño Limón, actualmente los ajustes de tasa se realizan manualmente, en forma local desde el teclado del variador Robicon. Este trabajo describe el desarrollo de un sistema de ajuste de frecuencia remoto que permite optimizar el procedimiento actualmente empleado, teniendo en cuenta consideraciones como las curvas de diseño de las bombas electro sumergibles suministradas por el fabricante y el efecto de la presencia de arena en el fluido de los pozos. Se presenta una descripción de la situación y del sistema de control actual, se evalúan las alternativas posibles, se hace un análisis de riesgos, se describen las condiciones a tener en cuenta en el diseño del algoritmo de control, se diseña el diagrama de flujo a partir del cual se realiza la programación, se presentan los resultados obtenidos, se realiza un análisis de la factibilidad y de los costos de su implementación y expansión.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 14
- SITUACIÓN PROBLEMÁTICAp. 15
- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMAp. 15
- OBJETIVOSp. 16
- Objetivo Generalp. 16
- Objetivos Específicosp. 16
- JUSTIFICACIÓNp. 17
- MARCO DE REFERENCIAp. 18
- ANTECEDENTES INVESTIGATIVOSp. 18
- MARCO TEÓRICO – CONCEPTUALp. 20
- Motor eléctrico sumergiblep. 20
- Variador de frecuencia ajustablep. 20
- Comunicación Modbusp. 22
- PLC (Controlador lógico programable)p. 22
- Sistema SCADAp. 23
- MARCO PRÁCTICOp. 23
- CONDICIONES ACTUALESp. 25
- DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO ACTUALp. 25
- SELECCÍÓN DEL POZO PARA PRUEBAp. 26
- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL EXISTENTEp. 28
- REVISIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE IMPLEMENTACIÓNp. 29
- ANÁLISIS DE RIESGOS WHAT IFp. 32
- CONSIDERACIONES DE DISEÑOp. 34
- CONSIDERACIONES EN EL VARIADOR ROBICONp. 34
- CONSIDERACIONES PARA EL CONTROLADOR (PLC)p. 36
- CONSIDERACIONES PARA EL SISTEMA DE SUPERVISIÓN iFIXp. 36
- Curva de rendimiento ESPp. 37
- Tipos de desgaste en bombas ESPp. 38
- Enfriamiento del motor electro sumergiblep. 39
- DISEÑO DEL ALGORITMOp. 40
- ANÁLISIS DEL PROBLEMAp. 40
- FORMULACIÓN DEL ALGORITMOp. 42
- IMPLEMENTACIÓN DE LA PRUEBA PILOTOp. 46
- CONFIGURACIÓN EN EL VARIADOR ROBICONp. 46
- PROGRAMACIÓN DEL CONTROLADOR PLCp. 47
- PROGRAMACIÓN EN EL SISTEMA DE SUPERVISIÓN iFIXp. 48
- RESULTADOS DE LA PRUEBA PILOTOp. 51
- VERIFICACIÓN DE LA FUNCIONALIDAD DEL SISTEMAp. 51
- EVALUACIÓN DE LA VIABILIDAD TÉCNICAp. 53
- ACTUALIZACIÓN DEL PROCEDIMIENTOp. 54
- ANÁLISIS ECONÓMICOp. 57
- ESTIMACIÓN DE COSTOSp. 57
- ESTIMACIÓN DE BENEFICIOSp. 58
- ANÁLISIS DE RENTABILIDADp. 59
- VALOR PRESENTE NETO (VPN)p. 60
- TASA INTERNA DE RENDIMIENTO TIRp. 61
- ÍNDICE DE RENTABILIDAD O RELACIÓN BENEFICIO COSTOp. 62
- CONCLUSIONESp. 63
- RECOMENDACIONESp. 64
- BIBLIOGRAFÍAp. 65
- ANEXOSp. 67
- Figura 1. Sistema de control Robiconp. 21
- Figura 2.Topología de potencia Robiconp. 22
- Figura 3. Sistema de monitoreo y control pozosp. 28
- Figura 4. Curva de rendimiento ESPp. 37
- Figura 5. Curva de rendimiento ESP a diferentes velocidadesp. 38
- Figura 6. Diseño del algoritmo a implementar en el servidorp. 42
- Figura 8. Diseño del subprograma en el PLC de máximo cambio en un díap. 44
- Figura 9. Lista diligenciada de chequeo variadorp. 47
- Figura 10. Lista diligenciada de chequeo PLCp. 48
- Figura 11. Pantalla de detalle pozo con VSD Robiconp. 49
- Figura 12. Interfaz de control recuadro de texto “set point” de frecuenciap. 49
- Figura 13. Pantalla de detalle animación cambio de frecuenciap. 49
- Figura 14. Lista diligenciada de verificación sistema de supervisiónp. 50
- Figura 15. Lista diligenciada de verificación funcionalidad pantallap. 52
- Figura 16. Matriz DOFAp. 54
- Tabla 1. Pozos candidatos para la pruebap. 27
- Tabla 2. Análisis de riesgos “what-if”p. 32
- Tabla 3. Parámetros de configuración variador Robiconp. 35
- Tabla 4. Parámetros de configuración del motorp. 46
- remotosp. 53
- Tabla 6. Estimación de costosp. 58
- Tabla 7. Estimación de beneficios por mesp. 59
- Tabla 8. Flujo de cajap. 59
- Tabla 9. Flujo de caja con flujos de efectivo actualizadosp. 60
- Variadores ROBICON (SIEMENS), ICS, GCS y YASKAWAp. 67
- ANEXO B. Lógica en escalera programada en el PLCp. 71
- remotop. 73