Las pruebas garantizan la seguridad de la BOP

operación normal GOLPEAR — Un dispositivo que evita que los pozos de petróleo tengan fugas bajo presión: una pieza fundamental del equipo en la producción de petróleo yacimiento petrolífero . Las unidades múltiples de prevención de reventones (BOP) a menudo se apilan juntas para un manejo redundante alrededor de la tubería de perforación en la boca del pozo, Figura 1. Sus tareas son centrar la tubería de perforación, regular la presión del fluido debajo del pozo y sujetar o cortar la tubería de perforación para reducir las fugas. Con esto en mente, es fundamental probar los sellos de los preventores de reventones (tipos de anillo y émbolo) para garantizar que no fallen en el campo. Las pruebas generalmente se realizan según los estándares especificados por el Instituto Americano del Petróleo (API) y son presenciadas y certificadas por una empresa de pruebas externa.

Figura 1. Una sección transversal de un BOP anular típico, en este caso el BOP de «bloqueo» modelo WGK de Worldwide Oilfield Machine. En gris se muestra el anillo anular, que se comprime en la tubería de perforación mediante un pistón angular (que se muestra en púrpura) para evitar la fuga de fluido del pozo durante las operaciones de perforación.

HydrobotWorx LLC de Seabrook, Texas, ha desarrollado un sistema de prueba único para aplicar estrés del mundo real a los equipos en las instalaciones BOP de Worldwide Oilfield Machine Inc. (WOM) en Houston. El sistema fue diseñado para medir las fugas a través del collar BOP a medida que la tubería de perforación simulada recorría múltiples carreras descendentes y ascendentes durante casi 60 pulgadas a 24 pulgadas/seg. La varilla es impulsada por un cilindro hidráulico de 6 pulgadas. Taladre agujeros con 3 pulgadas. Rod, capaz de manejar 5800 psi con una fuerza total de 82 toneladas. API especifica la fuga permitida y la velocidad a la que se debe mover la tubería de perforación durante la prueba.

El controlador electrohidráulico entra en acción
Era natural que HydrobotWorx utilizara un controlador de movimiento electrohidráulico para controlar la circulación de la tubería de perforación, pero la empresa también quería aprovechar el hecho de que algunos de los controladores de movimiento se conectaban fácilmente a la PC que ejecutaba la adquisición de datos. software, además de controlar la presión de prueba del actuador aplicable. Con estos controladores de movimiento, se puede registrar la misma retroalimentación utilizada para cerrar el ciclo de control para mantener un registro de cómo cambian los parámetros clave durante la secuencia de prueba.

Figura 2. El controlador de movimiento RMC150E de ocho ejes se conecta directamente a los sensores de posición y presión y a las servoválvulas, y utiliza el software Ethernet y RMCTools para conectarse a una PC para el registro de datos.

Un controlador de movimiento con esta capacidad es RMC150E , fabricado por Delta Computer Systems, Figura 2. Los ocho ejes del RMC150E se utilizan para esta aplicación. Un eje controla la posición y la fuerza del cilindro hidráulico. Los otros siete ejes se utilizan para entradas analógicas de alta velocidad para la adquisición de datos: cuatro entradas de presión del BOP, dos entradas de temperatura del sistema hidráulico y una para el medidor de flujo para medir la tasa de fuga en el BOP. Dado que el sistema reacciona muy rápidamente a medida que la varilla (diámetro y unión del segmento cambia) pasa a través del BOP, el controlador de movimiento está programado para cerrar el ciclo de control activando la servoválvula Yuken para mover la varilla por encima de 500 veces por segundo a la velocidad especificada.

Todo el sistema se controla y supervisa a través de una interfaz de pantalla táctil en la sala de control. La presión, la posición y la fuerza del émbolo se muestran en tiempo real como un gráfico de barras. La Figura 3 muestra todos los componentes principales del sistema de prueba, que está diseñado para ser portátil. La figura 4 muestra otra vista que incluye el BOP bajo prueba (debajo de la estructura naranja).

Figura 3. Los componentes principales del probador BOP desarrollado por HydrobotWorx están instalados en las instalaciones de Worldwide Oilfield Machine en Houston. Alimentando el sistema hidráulico en el centro de la foto hay tres bombas Yuken impulsadas por motores eléctricos de 100 caballos de fuerza. La construcción del sistema hidráulico estuvo a cargo de FleetWorx de Pasadena, Texas.

El software proporciona una gestión visual
Chuck Camp, vicepresidente de ingeniería de HydrobotWorx, utilizó el software RMCTools de Delta Computer Systems para programar y ajustar el controlador de movimiento, que incluye un administrador de gráficos para trazar el movimiento en función del tiempo. Los gráficos muestran el movimiento real en comparación con el objetivo de cada operación. Cuando la línea de trama real y la línea de trama de destino para cada parámetro se superponen (como se muestra en la Figura 5), ​​el sistema está perfectamente ajustado. En la imagen, hay un «golpe» en la lectura de la fuerza cuando la unión de la herramienta pasa por el sello del anillo. La junta de herramienta simula el cambio de diámetro de la tubería a la junta roscada. Por lo tanto, cuando la parte más ancha de la unión de la herramienta pase a través del elemento de sellado desde arriba, la presión sobre el émbolo, el anillo y la brida de prueba alcanzará un máximo momentáneo. Esto hace que el gráfico de este parámetro muestre un ligero «movimiento» en lugar de una línea recta. Luego, cuando la unión de la herramienta sale por la parte inferior del preventor de reventones, el diámetro disminuye y se produce otro golpe de presión. Debido al control de circuito cerrado optimizado del controlador RMC, la posición del émbolo que mueve la tubería de perforación (línea roja en la figura) cambia muy suavemente incluso con grandes fluctuaciones de presión.

Figura 4 El BOP anular de Worldwide Oilfield Machine bajo prueba está montado debajo de un pórtico naranja con cilindros hidráulicos y tubería de perforación simulada.

HydrobotWorx también utiliza el software RMCLink de Delta. Esta herramienta permite que una PC externa lea y escriba datos del controlador de movimiento e interactúe con software popular en la PC. Por ejemplo, los ingenieros de HydrobotWorx utilizaron RMCLink para capturar la presión del pozo y la velocidad de la tubería de perforación y registrarlos en una hoja de cálculo de Excel para la validación de la prueba.

«La biblioteca de software de Delta incluye programas de ejemplo e instrucciones para hacerlo», dijo Mike Zilai, presidente de HydrobotWorx.»No necesitamos costosos PLC o registradores de datos, solo una PC y Delta RMC, y podemos proporcionar gráficos y archivos de Excel que hacen lo mismo».

Figura 5. Gráfico de RMCTools para dos semiciclos del probador BOP. El eje horizontal es el tiempo. La línea roja trazada refleja la posición real de la tubería de perforación, la línea azul es la velocidad real y la línea negra es la fuerza aplicada real. Aproximadamente a los 39 segundos de iniciada la prueba, la unión simulada en la tubería de perforación fue forzada a través del collar BOP y la unión de la herramienta se detuvo brevemente, lo que se manifestó como una breve oscilación de la línea de posición y un pico en la línea de fuerza.

El sistema de prueba BOP es típico de muchos probadores activados hidráulicamente. Los desafíos que plantean aplicaciones como estas son enormes, ya que las condiciones varían ampliamente, mientras que se debe mantener un control estricto sobre la velocidad y la dirección del movimiento.

Como descubrieron los ingenieros de HydrobotWorx, al elegir un controlador de movimiento con Ethernet integrado y fácil conexión a una PC, los datos necesarios se pueden registrar y archivar mediante la lectura de parámetros del controlador de movimiento. Al hacerlo, se evita la necesidad de un hardware de registro de datos separado.

Más información está disponible en www.deltamotion.com , www.worxamerica.com , y www.womusa.com . Contacta con el autor BSavela@deltamotion.com . Leer más artículos de Bill Savila aquí .

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