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Con il continuo aumento dei costi del lavoro e l'avanzamento della tecnologia di automazione industriale, i produttori di petrolio e gas si trovano ad affrontare requisiti sempre più rigorosi per l'efficienza produttiva, la sicurezza delle attrezzature e l'affidabilità operativa.
I sistemi a pompa submersibile elettrica (ESP) sono apparecchiature critiche nella produzione moderna di petrolio. Sostituendo il tradizionale monitoraggio manuale in loco con un controllo intelligente e automatizzato, i sistemi di controllo ESP aiutano gli operatori a migliorare l'efficienza produttiva, ridurre i rischi operativi e mantenere una produzione petrolifera stabile in condizioni complesse di pozzo.
Una Pompa Elettrica Sommersa (ESP) è un sistema di sollevamento centrifugo a più stadi progettato per operare in profondità all'interno di un pozzo e rimanere completamente immerso nei fluidi del pozzo. Un sistema ESP completo generalmente è composto da tre sezioni principali: l'assemblaggio in fondo, il sistema di cavi ESP e l'apparecchiatura di controllo superficiale.
Dall'alto verso il basso, l'insieme in fondo a pozzo include tipicamente il motore ESP, il protettore, il separatore di gas e la pompa centrifuga multistadio. In superficie, armadi di controllo e trasformatori dedicati forniscono alimentazione, regolazione della velocità, acquisizione dati e protezione delle apparecchiature.
Durante il funzionamento, il sistema di controllo superficiale fornisce energia elettrica correttamente condizionata attraverso il cavo ESP per azionare il motore in fondo. Il motore aziona le giranti multistadio, che aumentano progressivamente la pressione della miscela olio-acqua all'interno del pozzo. Il fluido viene quindi sollevato in superficie contro la pressione idrostatica e la resistenza della condotta.
Allo stesso tempo, il sistema di controllo monitora continuamente parametri operativi come la temperatura in fondo, la pressione e la corrente del motore. Basandosi su dati operativi in tempo reale, il sistema esegue un controllo a circuito chiuso a frequenza variabile e attiva le funzioni protettive quando vengono rilevate condizioni anomale.
L'assemblaggio in fondo al pozzo è composto principalmente dal motore ESP, dal protettore, dal separatore di gas e dalla pompa centrifuga multistadio. Insieme, questi componenti forniscono la forza motrice e la capacità idraulica di sollevamento necessarie per la produzione di petrolio.
Il motore ESP sigillato fornisce la potenza meccanica per l'intero sistema. Il suo olio isolante e lubrificante interno aiuta a isolare il motore dai fluidi corrosivi del pozzo.
Il protegge collega motore e pompa bilanciando la pressione interna ed esterna. Compensa inoltre l'espansione termica e la contrazione dell'olio isolante, aiutando a prevenire l'ingresso dei fluidi del pozzo nel motore e causare guasti elettrici.
Il separatore di gas rimuove il gas libero dal fluido del pozzo prima che entri nella pompa, aiutando a ridurre le interferenze del gas e a prevenire il blocco del gas o il degrado delle prestazioni legato alla cavitazione.
La pompa centrifuga multistadio utilizza più giranti per aumentare continuamente la pressione del fluido stadio dopo stadio, superando la pressione idrostatica e sollevando il fluido prodotto verso la superficie.
L'intero insieme in fondo deve resistere a condizioni impegnative, tra cui alta temperatura, alta pressione, alta salinità e fluidi corrosivi del pozzo. Serve come principale unità fisica di esecuzione per il sollevamento dei fluidi.
Il cavo ESP viene fissato all'esterno del tubo di produzione e calato nel pozzo insieme alla stringa del tubo.
Il sistema a cavi generalmente include cavi di alimentazione e cavi di segnale integrati per il monitoraggio della temperatura e della pressione.
Il cavo di alimentazione fornisce energia elettrica stabile dal sistema di controllo superficiale al motore ESP in profondità. È progettato per resistere ad alte temperature, pressioni, olio, acqua e altre condizioni difficili nel pozzo.
I cavi di segnale trasmettono dati operativi critici dall'apparecchiatura a fondo al sistema di controllo superficiale in tempo reale, inclusa temperatura del motore, pressione di aspirazione della pompa e altri parametri operativi.
Questo crea una connessione dati affidabile tra l'attrezzatura in fondo al pozzo e l'unità di controllo superficiale, consentendo il monitoraggio in tempo reale e il controllo intelligente.
Il sistema di controllo superficiale è centrato attorno a un cabinet di controllo ESP dedicato ed è tipicamente dotato di trasformatori step-up o high-down e componenti primari di distribuzione dell'energia.
Il trasformatore abbina la tensione disponibile alla rete con i requisiti elettrici dell'apparecchiatura sottofondo e fornisce un'alimentazione adeguata.
Il cabinet di controllo integra l'azionamento a frequenza variabile, l'unità di controllo PLC, i moduli di campionamento di tensione e corrente e molteplici circuiti di protezione.
Permette:
Controllo di avvio e arresto ESP
Regolazione della velocità in frequenza variabile
Regolazione dinamica del carico
Protezione da sovraccarico
Protezione dal sottocarico
Protezione contro la perdita di fase
Protezione contro la pompa e la prova a secco
Protezione dalle perdite
Protezione dal sovrariscaldamento
Quando viene rilevata una condizione operativa anomala, il sistema può eseguire immediatamente la corrispondente logica di spegnimento e blocco, fornendo una protezione elettrica completa per un funzionamento ESP stabile e affidabile.
Il Sistema Intelligente di Controllo a Frequenza Variabile FGI FD3300 è progettato per affrontare le complesse condizioni operative riscontrate nella produzione moderna di petrolio. Le sue funzioni di controllo e protezione intelligenti aiutano a migliorare l'affidabilità dell'ESP, a ridurre i tempi di inattività non pianificati e a sostenere una produzione stabile di petrolio.
Il FD3300 supporta sei modalità operative:
Operazioni periodiche
Controllo automatico della frequenza variabile
Commutazione di frequenza
Manutenzione dei parametri
Rimozione del blocco del gas
Partenza ritardata
Diverse modalità operative possono essere selezionate e coordinate automaticamente secondo parametri preimpostati.
Questo permette al sistema di rispondere efficacemente alle condizioni variabili del pozzo, inclusi livelli fluttuanti del fluido, accumulo di gas, fornitura instabile di fluidi e impatto iniziale.
La logica operativa flessibile è particolarmente adatta per ambienti di giacimenti petroliferi difficili caratterizzati da alte temperature in fondo a pozzo, miscele petrolio-gas e condizioni di produzione in continuo cambiamento.
Di conseguenza, il FD3300 aiuta a mantenere un funzionamento ESP sicuro, stabile ed efficiente per periodi prolungati.
Il sistema di controllo fornisce tre strategie iniziali:
Avvio Morbido
Push Start
Inizio dell'oscillazione
Avvio Morbidoriduce la corrente di avviamento e minimizza l'impatto elettrico e meccanico sull'apparecchiatura.
Push Startfornisce un'elevata coppia di avviamento per superare la resistenza causata da fluidi ad alta viscosità e altre condizioni di avviamento difficili.
Inizio dell'oscillazioneutilizza un movimento reciproco controllato per aiutare a liberare l'ostruzione della pompa causata da accumulo di sabbia, inscalamento o bloccamento meccanico.
Queste tre strategie iniziali permettono al FD3300 di adattarsi a diverse condizioni del pozzo e di migliorare la sicurezza e l'affidabilità dell'avvio dell'ESP.
Il FD3300 incorpora un'architettura di protezione a sei categorie che copre:
Protezione della Rete
Protezione del motore
Protezione dei sensori in fondo al pozzo
Protezione del segnale analogico
Protezione del segnale digitale
Protezione della resistenza all'isolamento
Ogni funzione di protezione può essere configurata con parametri come:
Ritardo della protezione post-avvio
Ritardo dell'azione di protezione
Riavvia i tempi di attesa
Tentativi di riavvio massimi
Riavvio del tempo di reset del contatore
La combinazione di ritardi gerarchici nella protezione e tentativi di riavvio automatico limitati aiuta a distinguere le interruzioni temporanee dai guasti persistenti delle apparecchiature.
Per fluttuazioni di tensione di breve durata, interferenze di segnale o altre perturbazioni transitorie, il sistema può evitare spegnenti inutili e mantenere la continuità della produzione.
Se si verifica un guasto hardware persistente, il sistema può bloccare l'apparecchiatura in uno stato di spegnimento per evitare che i riavvii ripetuti causino ulteriori danni.
Questa strategia di protezione è particolarmente preziosa in ambienti difficili in fondo al pozzo, dove alte temperature, fluidi complessi e interferenze di segnale possono influire sul funzionamento delle apparecchiature.
Il FD3300 supporta il calcolo e la configurazione automatica dei parametri operativi chiave, inclusi i parametri V/F multipunto e le impostazioni raccomandate della tensione del trasformatore.
Le funzioni di calcolo e configurazione dei parametri sono integrate nell'interfaccia uomo-macchina dell'armadio di controllo.
Questo semplifica la messa in servizio e riduce gli errori causati dai calcoli manuali, permettendo una configurazione più accurata dell'alimentatore ESP e dei parametri di controllo a frequenza variabile.
Il risultato è una messa in funzione più efficiente e un controllo motore più preciso, aiutando il motore in fondo a operare entro il suo intervallo nominale appropriato.
Il FD3300 è dotato di software di supervisione dedicato per la memorizzazione e l'analisi a lungo termine dei dati storici operativi.
Gli utenti possono accedere e analizzare i registri operativi di più giorni per supportare il monitoraggio delle apparecchiature, la risoluzione dei problemi e l'ottimizzazione operativa.
Quando un'unità di controllo esistente deve essere sostituita, i parametri di configurazione originali possono essere rapidamente copiati sul nuovo dispositivo tramite una chiavetta USB.
La migrazione dei parametri può essere completata entro circa5–10 minuti, semplificando significativamente la messa in servizio in loco e riducendo i tempi di sostituzione delle attrezzature.
Motori ESP, cavi, sensori e altri componenti critici operano a migliaia di metri di profondità in ambienti ad alta temperatura, alta pressione e altamente corrosivi.
In tali condizioni, le prestazioni dell'isolamento possono peggiorare gradualmente nel tempo. Il monitoraggio continuo dell'isolamento è quindi una parte importante per garantire un funzionamento sicuro, affidabile ed efficiente dell'ESP.
Il monitoraggio dell'isolamento è più di un'ispezione unica delle apparecchiature. Si tratta di una misura preventiva direttamente collegata alla continuità della produzione, ai costi di manutenzione e alla sicurezza operativa in fondo al pozzo.
FGI ha sviluppato una scheda dedicata per il rilevamento della resistenza dell'isolamento basata sulMetodo di iniezione a bassa frequenza.
Il sistema consente la misurazione e il calcolo in tempo reale della resistenza dell'isolamento in condizioni complesse, inclusi sistemi alimentati a corrente continua con segnali accoppiati in corrente alternata. Analizzando le condizioni di isolamento e identificando potenziali località di guasti, il sistema aiuta a prevenire interruzioni impreviste della produzione e l'escalation di guasti alle apparecchiature.
Questo fornisce un ulteriore livello di protezione per una produzione sicura, efficiente e intelligente nei campi petroliferi.
La Stazione di Controllo ESP della serie FGI FD3300 è stata installata con successo in un sito di produzione petrolifera gestito da una compagnia petrolifera europea.
Il FD3300 ha sostituito le precedenti apparecchiature di controllo ESP del cliente provenienti da un altro fornitore, contribuendo a migliorare l'efficienza operativa e a supporto degli obiettivi del cliente di ridurre i costi operativi e migliorare le prestazioni produttive.
Per questa applicazione, FGI Suzhou fornì equipaggiamenti nelle gamme di potenza da 315 kW e 200 kW, insieme a una soluzione completa di sistema di azionamento.
Durante l'implementazione del progetto, il cliente richiedeva al sistema:
Leggere i dati da un misuratore di potenza di marca europea
Continuare il funzionamento automaticamente dopo un'interruzione di corrente e il ripristino
Preservare i parametri operativi e lo stato del sistema durante eventi di alimentazione anomali
Per soddisfare questi requisiti, FGI ha personalizzato il protocollo di comunicazione per il contatore di potenza specificato dal cliente e ha sviluppato una funzione dedicata di mantenimento dello stato operativo.
Queste funzioni personalizzate permettevano al sistema FD3300 di adattarsi meglio alle esigenze operative sul campo del cliente e di massimizzare la disponibilità del sistema.
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Quando si verificano anomalie temporanee dovute a fluttuazioni nelle condizioni operative sul campo, il FD3300 incorpora un meccanismo progettato per prevenire spegnenti istantanei inutili.
Il sistema non attiva immediatamente la sequenza di protezione dallo spegnimento quando viene rilevata un'anomalia transitoria. Invece, il corrispondente ritardo di protezione viene applicato prima che venga eseguito il comando di spegnenza.
Questo aiuta a ridurre i falsi spegnenti causati da disturbi temporanei e supporta il funzionamento continuo e stabile del sistema.
Minimizzando spegnenti e riavvii inutili, il sistema può anche ridurre le perdite di produzione e lo stress delle attrezzature associate.
Il FD3300 supporta il riavvio automatico dopo che i guasti recuperabili sono stati risolti.
Quando un'unità ESP si spegne a causa di una condizione anomala in un sito remoto di un giacimento petrolifero, il sistema attende l'intervallo di riavvio preimpostato. Una volta che la situazione di guasto è tornata normale, l'apparecchiatura può riavviarsi e riprendere automaticamente senza richiedere un intervento manuale immediato.
Questa funzione è particolarmente preziosa per siti di pozzi remoti e non custoditi, dove inviare personale sul sito per ogni piccolo guasto può aumentare i tempi di manutenzione e i costi operativi.
Il limite di tentativi di riavvio configurabile aiuta inoltre a prevenire che i riavvii ripetuti danneggino l'apparecchiatura.
La modalità automatica di funzionamento a frequenza variabile utilizza feedback in tempo reale dalla pressione in fondo, dalla corrente del carico del motore e dal flusso di produzione della testa pozzo per stabilire una strategia di controllo ad anello chiuso.
In base alle condizioni reali di alimentazione del fluido, il FD3300 regola automaticamente la frequenza e la velocità del motore.
Quando l'approvvigionamento di fluidi è sufficiente, il sistema può aumentare la frequenza e la velocità operativa per aumentare la capacità di sollevamento dell'ESP.
Quando il livello del fluido diminuisce o l'apporto di fluido diventa insufficiente, il sistema riduce automaticamente la frequenza per prevenire un eccessivo calo.
Adattando dinamicamente l'operazione ESP alla produttività variabile della formazione, il sistema aiuta a mantenere il livello del fluido del pozzo entro un intervallo operativo appropriato e riduce il rischio di pompaggio, funzionamento a secco, carico eccessivo o accumulo di pressione.
Questo consente un'operazione ESP più stabile a lungo termine e supporta una produzione di petrolio affidabile.
Sistema di Controllo ESP Intelligente FGI FD3300
L'FGI FD3300 combina controllo a frequenza variabile, modalità operative intelligenti, protezione automatica, monitoraggio in tempo reale, gestione dei parametri e controllo adattivo in una soluzione integrata di controllo ESP.
Affrontando le sfide delle condizioni fluttuanti dei pozzi, dell'operazione in campo remoto, degli ambienti complessi in fondo a pozzi e della produttività in evoluzione delle formazioni, il FD3300 aiuta i produttori di petrolio a migliorare l'affidabilità delle attrezzature, ridurre i tempi di inattività non pianificati, semplificare la messa in servizio sul campo e ottenere una produzione petrolifera più stabile ed efficiente.
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