Experiencia de Campo con la Aplicación y Operación de los Motores de Imanes Permanentes (PMM) en la Industria de las Bombas Eléctricas Sumergibles

Transcripción

1 Experiencia de Campo con la Aplicación y Operación de los Motores de Imanes Permanentes (PMM) en la Industria de las Bombas Eléctricas Sumergibles (ESP) 2013

2 Estructura de la presentación Tecnología de los PMM principio de operación parámetros técnicos ventajas de aplicación de los ESP-PMM y ESPCP (Bomba eléctrica sumergible de cavidad progresiva)-pmm Pruebas internas Motor de imanes permanentes Borets vs. Motor de inducción (IM) Ensayos de campo Motor de imanes permanentes Borets in Rusia, América del Norte y América del Sur. 2

3 Principio de operación del PMM A diferencia del motor de inducción, el motor de imanes permanentes usa un rotor con imanes permanentes que permite el aumento al 10 % de la eficacia del motor. Rotor de alta velocidad para la aplicación de ESP-PMM Rotor del Motor de Inducción Rotor del Motor de Imanes Permanentes Rotor de baja velocidad para la aplicación de PCP-PMM Rotor Imanes Permanentes Flujo Magnético 3

4 Principio de Operación del PMM 4

5 Beneficios del Motor de Imanes Permanentes Beneficios Adicionales: Densidad de potencia más alta; Velocidad síncrona = la energía no se gasta en el resbalamiento; Control más rápido y más adaptivo; Rango de operación más amplio, eficacia más alta, inicio suave, el control más fácil y menor calentamiento ofrecen una excelente solución para los pozos de petróleo históricamente problemáticos. 5

6 Ventajas de la aplicación de los ESP-PMM Borets Consumo de energía reducido entre el 10% y el 20%; Eficacia hasta el 93%; Rango ampliado de operación del motor de rpm; Generación del calor reducida requiriendo el 50% menos velocidad de enfriamiento; Más corto que el sistema ESP-IM; Los sensores ESP estándar pueden ser conectados al punto Y del PMM; Gastos de explotación más bajos. Rendimiento del PMM y IM a 36kW de potencia nominal 6

7 Rango potencia del PMM para la aplicación del ESP Rango de potencia a 3000 rpm (50 Hz), kw Tamaño 103 (series 406) Tamaño 117 (series 460) Tamaño 130 (series 512)* Rango de potencia a 300 rpm (60 Hz), CV Tamaño 103 (series 406) Tamaño 117 (series 460) Tamaño 130 (series 512)* * En proceso de ensayos de campo. 7

8 Ventajas de la aplicación de los ESPCP-PMM Borets Rango ampliado de operación del motor de rpm. En las condiciones de pozos con las que se enfrentan los sistemas ESP o ESPCP, el sistema ESPCP-PMM Borets ofrece una alternativa rentable para aumentar la vida útil y la productividad del pozo. Los entornos de destino incluyen: pozos de índice bajo o medio (típicamente de m 3 / día ( barriles por día); pozos con sal e incrustación que reducen la eficacia de ESP; pozos con alta viscosidad y líquidos cargados de sólidos; pozos con alta relación gas petróleo (GOR); pozos poco profundos con unos índices de producción menores de 16 m 3 / día (100 barriles por día); pozos con una tendencia de crear emulsión estable y muy viscosa; pozos sensibles que requieren un rango de frecuencias más amplio para evitar bombeo sin necesidad; pozos altamente desviados u horizontales que causan desgaste y falla por rotación en tubos y varillas de las instalaciones PCP. 8

9 Rango de potencia del PMM para la aplicación del ESPCP Rango de potencia a 500 rpm (kw) 117 mm (460 series) 5 35 Rango de potencia a 500 rpm (CV) 117 mm (460 series)

10 Ventajas del ESP-PMM & ESPCP-PMM 10

11 Ahorro de energía en los Sistemas PMM ESP 11

12 Pruebas internas del Motor de Imanes Permanentes Borets vs. Motor de Inducción 12

13 Comparación de las características del Motor de Imanes Permanentes y Motor de Inducción Parámetros Potencia del Motor=149 CV Motor de Inducción EDB V5 PMM 1VEDBT V5 Potencia de salida, CV (kw) 150 (110) 150 (110) Velocidad de rotación (rpm) Frecuencia de Operación (Hz) Voltaje (V) Corriente (A) Eficacia a Potencia Nominal (%) Factor de Potencia, COS Ф Velocidad mínima del fluido de enfriamiento (ft/s) Corriente de marcha en vacío (A) Diámetro de alojamiento, mm (in) Largo, mm (ft) 117 (4.6) 7695 (25.2) 117 (4.6) 5455 (17.9) Peso, kg (lb) 573(1263) 376(829 ) 13

14 Pruebas internas comparativas del motor PMM vs. Motor de Inducción Las pruebas internas tuvieron lugar en la empresa Lysvaneftemash en Rusia. Para efectuar las pruebas fueron elegidos los siguientes motores: Motor de Imanes Permanentes 9.1VEDBT con variador de frecuencia (VFD) Borets- VD105 Motor de Inducción 4EDBT con VFD Borets y filtro FVZ-250 Los ahorros de energía para diferentes frecuencias expuestos en la tabla fueron calculados con la fórmula (1- Psp PMM /Psp IM ) 100%, donde Psp PMM y Psp IM fueron obtenidos sobre la base de los resultados de pruebas. Par en el eje, N m Ahorros de energía, % Frecuencia 40Hz 45Hz 50Hz 55Hz 2400 rpm 2700 rpm 3000 rpm 3300 rpm Valor promedio 57 15,2% 14,7% 12,6% - 14,2% 85 11,1% 10,4% 9,2% 7,0% 9,4% 97 11,1% 10,1% 8,8% 7,6% 9,4% ,5% 10,0% 9,3% 9,0% 10,1% Valor promedio 12,2% 11,3% 10,0% 7,9% 10.8% 14

15 Ensayos de campo del Motor de imanes permanentes Borets en Rusia 15

16 Aplicación del ESPCP-PMM en las condiciones duras del pozo TNK-BP, yacimiento Russkoye La explotación del yacimiento de petróleo Russkoye por primera vez empezó en los 1960 usando las bombas de varilla para producir el petróleo. Por culpa de bajo rendimiento de las bombas de varilla el yacimiento fue cerrado hasta que se encontrara una solución rentable para producir en las condiciones tan difíciles. La tecnología del PMM Borets fue uno de los argumentos claves para la compañía petrolera TNK-BP para volver a explotar el yacimiento cuyas reservas recuperables totales de millones de toneladas habían estado cerradas durante más de 50 años. Borets facilitó una tecnología combinada de ESPCP-PMM para operar en condiciones duras del pozo combinadas con condiciones de ambiente severas (temperaturas ambientales bajas, limitaciones de eficacia energética, limitaciones de transporte e infraestructura). Condiciones de operación: Temperatura de yacimiento baja 17 C (63 F), Crudo pesado de 460 CP, Fluido altamente abrasivo con un contenido de arena hasta mg/l (5.6 lbs/bbl), Temperaturas de aire de -40 C en invierno. El sistema ESPCP-PMM Borets incluía: PCP: EVNB PMM: 9.2VEDBT La vida útil de dos sistemas ESPCP-PMM instalados excedió 750 días (válido para el 1r trimestre de 2013). 16

17 Ensayos de campo comparativos del PMM vs. IM para la aplicación del ESP en al yacimiento de TNK-BP Gun -Yoganskoe El objetivo del ensayo de campo fue evaluar la eficacia energética del Motor de Imanes Permanentes Borets en comparación del Motor de Inducción. El ensayo de campo tuvo lugar en el yacimiento de petróleo Gun -Yoganskoe. Condiciones de operación: Caudal 50 m3/ día (315 barriles por día), Carga dinámica 1620 m (5315 ft), Corte de agua 96%. Los sistemas de fondo PMM ESP e IM ESP estaban instalados a una profundidad mayor a 2200 metros y tenían la siguiente configuración: Unidad Sistema IM Sistema PMM ESP Motor PEDT VEDBTK VFD VFD Borets VD-105/ Borets VD-80 17

18 Ahorros de energía de diferentes sistemas Motor + VFD/Tablero de conmutación Tipo del motor IM PMM - Frecuencia, RPM Q, m3/día Potencia, Consumo de energía, Hz kw kw/ m3 por día , ,3 16, ,6 48,9 20,4 Ahorros de energía, % ,2 25,5 13,2 16, ,7 13, ,9 40,5 17,4 14,7 Ahorro promedio por operar el PMM Borets 15-18

19 Aplicación del ESPCP-PMM vs. ESP, PCP de varilla de bombeo y Bomba aspirante de varilla en Lukoil El objetivo del ensayo de campo fue evaluar la eficacia energética de la aplicación de ESPCP-PMM Borets comparada con la aplicación de ESP-IM y PCP de varilla de bombeo y Bomba aspirante de varilla con motor de superficie en los pozos de condiciones similares. Condiciones de operación: pozos con tendencia de crear emulsión muy viscosa, fluido altamente abrasivo con sólidos hasta 600 mg/l, GOR en la entrada a la bomba hasta el 50%. Todas las aplicaciones estaban instaladas a una profundidad de 2400 metros y tenían la siguiente configuración: PCP: EOVNB5(A) con un índice de productividad de m 3 /día PMM: 9.2VEDB 117 con una potencia de 7-35 kw VFD: Borets-VD La vida útil de las aplicaciones ESPCP-PMM instaladas excedió 620 días (válido para el 1r trimestre de 2013) comparada con los 120 días de las aplicaciones operadas anteriormente.

20 Ahorro de energía del ESPCP-PMM vs. ESP-IM, PCP de varilla de bombeo y Bomba aspirante de varilla

21 Pruebas del Motor de Imanes Permanentes Borets en América del Norte* *Contenidos protegidos por el derecho del autor IEEE documento No.PCIC Nuevo Orleans, Conferencia de Industria Química y Petrolera, IEEE-IAS, Septiembre de

22 Ensayo de campo comparativo del PMM vs. IM en América del Norte Las diferencias de los sistemas de ensayo eran las siguientes: Controlador de superficie Borets-VD Transformador aumentador de salida de 520 kva Transformadores reductores de entrada kva, /480 Disyuntor de entrada 400A, 600V Filtro de armónicos de entrada de 250 kva Caja de conexiones de salida de tensión media Analizador de potencia de grado industrial Shark 200 Analizador de potencia de grado industrial Nexus 1500 instalado en la salida del transformador aumentador Los sistemas de fondo PMM ESP e IM ESP estaban instalados a una profundidad mayor a 1830 metros y tenían la siguiente configuración: Unidad Sistema IM ESP Sistema PMM ESP Motor de 2 secciones, series 456 series IL180, 240 HP, 2590 V, 59 A (una sección 120 HP, 1295 V, 59 A) 266 HP, 2466 V, 62 A (a 60 Hz, 3600 rpm) 22

23 Ensayo de campo comparativo del PMM vs. IM en América del Norte Motor B/D kw Diferencia, kw Ahorro de energía, % IM PMM , , , ,9 34,4 20, ,4 20, ,3 20,5 9,1 Ahorro de energía promedio facilitado por la operación del PMM Borets 17 23

24 Ensayo de laboratorio, América del Norte En el ensayo participaron los siguientes motores: NEMA, ESP IMs y PMM. Para la mayoría de los motores NEMA la relación voltaje-corriente es casi constante, la impedancia es lineal. El NEMA usado en el ensayo fue un común de 200 HP, clase B, 460V, motor de inducción del bastidor 444 TS. Los ESP IMs tienen ranuras del estator cerradas y a bajo voltaje la impedancia está muy alta. La impedancia no se hace lineal hasta que los puentes entre el diente de la lámina del estator lleguen a saturarse. Los ESP IMs usados en el ensayo fueron los IM5 and IM10. El IM10 había mejorado el diseño de las láminas. Este motor fue clasificado a 10 CV/rotor. El ESP PMM también tiene ranuras de las láminas del estator cerradas, pero en la operación el flujo suministrado por los imanes satura los puentes. 24

25 Una comparación de la eficacia de motores para los IM10, IM5, PMM y NEMA, América del Norte La mayor eficacia del motor NEMA se debe al diámetro más largo y funcionamiento con aire (sin aceite). Los dos ESP IMs tuvieron menos eficacia por causa de pérdidas de cobre y hierro en el rotor. Como el PMM no tiene cobre de rotor, las pérdidas de cobre y hierro son cero. La eficacia a cargas ligeras disminuye para ambos IMs y PMM. Esto se debe al factor de llenado de aceite. 25

26 Ensayo de campo del Motor de Imanes Permanentes en América del Sur 26

27 Ensayo de campo del PMM, América del Sur Desde los principios del sistemas de ESP con los PMM Borets han funcionado en Brasil. Pozo No. 1 Motor PMM: 3.1VEDBT45-117/V5, 1340V, 25A Vida útil del PMM 424 days Condiciones de operación: Caudal = 70 m 3 /día (440 BPD) Carga dinámica = 570 m (1870 ft) Corte de agua = 92 % Pozo No. 3 Motor PMM: 3.1VEDBT36-117/V5, 1070V, 25A Vida útil del PMM 408 días Condiciones de operación: Caudal = 61 m 3 /day (384 BPD) Carga dinámica = 672 m (2205 ft) Corte de agua = 90 % Pozo No. 2 Motor PMM: 3.1VEDBT45-117/3V5, 1340V, 25A Vida útil del PMM 419 días Condiciones de operación: Caudal = 101m 3 /day (635 BPD) Carga dinámica = 490 m (1608 ft) Corte de agua = 92 % La vida útil actual del PMM es de unos 420 días en promedio (válido para abril de 2013). 27

28 Conclusiones 28

29 Dinámica de ventas y operación de los PMM en el mundo 29

30 Conclusiones. Ventajas del PMM El ahorro de costos de energía con la tecnología del PMM vs. otros sistemas ESPCP/ESP es de un 20% al año. La vida útil del ESPCP o ESP aumenta considerablemente. Minimiza el tiempo de puesta en funcionamiento. Permite que el sistema continúe su funcionamiento sin cesar la producción ni desactivarse en caso de sobrecargas o durante los ajustes de carga. Reduce la cantidad de operaciones de servicio en el pozo causadas por las fallas del ESPCP/ESP en condiciones duras. Capacidad de adaptarse a los cambios en las condiciones de operación del pozo sin necesidad de sensores adicionales. Gestión del pozo integrada para determinadas condiciones del pozo. 30

31 Conclusiones Hasta hoy han sido instalados más de 2500 sistemas del PMM Borets en todo el mundo. Los resultados de las pruebas piloto e instalaciones en EE.UU., Rusia, Brasil han demostrado una importante reducción en necesidades de energía entre el 10% y el 20% dependiendo de las condiciones de pozo específicas. La flexibilidad del sistema hace el sistema de control superficial aplicable en los pozos problemáticos con condiciones dinámicas poco predecibles. Los algoritmos adaptables como parte de la unidad de control potencialmente permitirán un control completo de la operación del pozo por medio de variar la velocidad de rotación en función de la velocidad corriente registrada en la superficie. La capacidad de ajustar la velocidad en un rango de operación amplio hace el sistema muy flexible para varios tipos de aplicaciones. En cambio la aplicación de la tecnología en condiciones difíciles de extracción artificial puede optimizar la producción y prorrogar la vida útil del pozo y del equipo. La aplicación del PMM reduce los costos de operación. 31

32 Clientes a Nivel Mundial 32

33 Gracias por su atención! 33