SENSORES ULTRASÓNICOS INTELIGENTES

Monitor ClampOn SandQ® PROCESAMIENTO DE SEÑALES DIGITALES

FLUJO Y ARENA

SENSORES ULTRASÓNICOS INTELIGENTES

Monitor ClampOn SandQ® Cualquier propietario u operador de una fábrica quiere que su instalación funcione de la manera más eficiente y productiva posible. En la gestión de petróleo y gas ocurre lo mismo y para maximizar las utilidades ClampOn le ofrece la herramienta perfecta: el Monitor SandQ®. ClampOn es el proveedor de sistemas de monitoreo de arena más importante del mundo: sus sistemas DSP se utilizan cada día en miles de pozos. El sensor SandQ® de ClampOn es la solución perfecta para cualquier operador que quiera que sus pozos produzcan en condiciones de seguridad al máximo nivel posible; es decir, para cualquiera que necesite una medición cuantitativa, precisa y en tiempo real de las partículas de arena. El mercado llevaba años demandando un equipo capaz de medir la cantidad de partículas sin contar con datos de caudal. SandQ® proporciona a los operadores encargados del control de arena, la erosión y la corrosión una información muy valiosa, de la que hasta ahora no disponían. El revolucionario sensor SandQ®, con patente de ClampOn, está diseñado para instalarse a la salida de un codo. En este punto existe un perfil de flujo turbulento bien desarrollado y el sensor puede medir directamente la cantidad de partículas, sin datos de caudal procedentes de fuentes externas. Esta capacidad reduce radicalmente los costes de calibración en el campo. De hecho, una vez que el sensor sale de la fábrica de ClampOn, no hay que volver a calibrarlo. SandQ® comparte las mismas interfaces y protocolos de comunicaciones que el actual Monitor de Partículas DSP. Eso significa que todos los clientes que ya disponen de instrumentos ClampOn pueden integrar el nuevo monitor SandQ® en sus sistemas existentes: es tan sencillo como cambiar un equipo por otro. SandQ® es un equipo intrínsecamente

seguro y cuenta con certificación EEx ia IIB. ClampOn es una compañía de gran prestigio en el sector de petróleo y gas «aguas arriba», y es desde hace muchos años el líder en sistemas de monitoreo de arena y raspatubos para la industria costa afuera.

¿Qué Ventajas Ofrece el SandQ®?

The SandQ® fitted onto a production pipe.

La producción de arena en los pozos de petróleo constituye un grave problema para las compañías del sector. El desafío no consiste sólo en evitar la producción de arena, sino también en optimizar la productividad del pozo; no hay que olvidar que incluso pequeñas cantidades de partículas presentes en el flujo del pozo pueden provocar daños importantes.

Cualquier operador está interesado en una producción y unas utilidades máximas, independientemente de la tecnología que se utilice. La tecnología patentada de ClampOn para el monitoreo y el control de la producción de arena nos ha llevado a convertirnos en el proveedor preferido por los operadores de todo el mundo. El monitor SandQ® incorpora una innovadora técnica de filtrado que se combina con altas prestaciones de monitoreo de flujo; el resultado es una herramienta extremadamente útil para analizar la naturaleza de la producción de arena, controlarla y, en último término, maximizar las utilidades del pozo.

Procesamiento de Señales Digitales de Alta Capacidad: el Futuro El SandQ® ofrece digitalización completa, reduciendo al mínimo absoluto la cantidad de filtros analógicos, circuitos y amplificadores. Su tecnología patentada incorpora una potente unidad de procesamiento de señales y un software modular con prestaciones muy completas. El sensor trabaja simultáneamente en varias bandas de frecuencias de ultrasonidos, lo que ha permitido implementar una serie de nuevas características de procesamiento de señales. Las avanzadas técnicas de filtrado y procesamiento de SandQ® permiten analizar y compensar el ruido generado por diferentes tipos de válvulas estranguladoras y condiciones de caudal. La unidad avanzada de Procesamiento de Señales Digitales (DSP) de SandQ® presenta una sensibilidad, repetibilidad, precisión y capacidad para separar ruidos ajenos (ruido del flujo) superiores a cualquier sistema tradicional alternativo. Todos estos factores son importantes a la hora de cuantificar la producción de arena y convierten a

Figura 1. Señal captada por un sensor tradicional / alternativo (instalado en un pozo de gas a alta presión y elevada velocidad de flujo), sin tecnología de filtrado DSP-06.

Figura 2. Señal generada en las mismas condiciones con el nuevo filtro ClampOn DSP-06. Las figuras muestran cómo el sensor elimina completamente el ruido del flujo, lo que permite que el operador pueda controlar el estado real de la producción de arena.

Figura 3. La ilustración muestra cómo el sensor “sigue” mediante barrido ultrasónico el rastro de una burbuja para medir el flujo.

SandQ® en una herramienta vital para el control cotidiano de arena. La Figura 1 muestra un sensor instalado junto a una válvula estranguladora en un pozo de gas a alta presión y con elevada velocidad de caudal. Las figuras permiten comparar las señales generadas con un sistema tradicional alternativo y las generadas con la nueva tecnología de filtrado SandQ®. El nuevo filtro (Figura 2) reduce el ruido no deseado en un factor de 500, en comparación con las soluciones alternativas. No existe ninguna otra tecnología que pueda compararse con el SandQ® de ClampOn en términos de optimización y utilidad de la producción.

Principio de Operación Para medir la cantidad de arena que se está produciendo, hemos combinado dos instrumentos en uno. El SandQ tiene integrada la medición de la velocidad del flujo mixto. El sensor se instala a la salida de un codo, a una distancia equivalente a unas pocas veces el diámetro de la tubería, donde el flujo es turbulento. El monitor SandQ® mide las partículas/ arena mediante tecnología ultrasónica pasiva: lo que hace es detectar la señal ultrasónica que generan las partículas al chocar contra el interior de la tubería inmediatamente a continuación del codo donde se instala el sensor.

El flujo de producto se mide mediante una técnica activa Doppler de impulsos. El elemento Doppler integrado rastrea las partículas/burbujas en el flujo utilizando una frecuencia de repetición de impulsos extremadamente alta (8000 pings por segundo). La frecuencia de impulsos es tan rápida que, para velocidades de flujo típicas de 0,3 a 20 m/s, la distancia que una burbuja o partícula puede recorrer entre dos impulsos es muy inferior a la anchura de haz del impulso. De esta manera, las burbujas o partículas del fluido son «interceptadas» por varios impulsos, lo cual permite rastrear su movimiento. Con el desarrollo de esta técnica, ClampOn ha conseguido medir en ambientes multifase y crear un instrumento que rastrea el flujo con gran precisión, el flujo puede ser monofase o multifase. Las señales se procesan internamente mediante una unidad DSP antes de enviarlas a una computadora o sistema de control (no se requiere Unidad de Interfaz de Cálculo). El SandQ® se entrega perfectamente calibrado. No se requiere ninguna calibración especial sobre el terreno para empezar a utilizarlo: lo único que hay que hacer es fijarlo a la pared de la tubería. Con el monitor SandQ® de ClampOn, el operador de campo puede evaluar los datos de flujo y arena en tiempo real y tomar las decisiones oportunas para optimizar la producción.

Gestión de Arena con ClampOn La producción de arena en un yacimiento de petróleo supone una disminución en el nivel de producción así como un aumento de los costos de mantenimiento; además, representa un grave riesgo para las instalaciones colindantes. Este factor nunca puede obviarse; de hecho, todos los pozos perforados en formaciones no consolidadas deben contar con algún tipo de sistema de monitoreo de arena, preferiblemente un sistema de monitoreo en tiempo real.

En el control de arena intervienen tres factores fundamentales: predicción, manejo y medición • Predicción. La predicción ayuda al operador a comprender cómo produce el pozo y cómo controlar la producción de arena. Las herramientas de predicción de producción de arena (basadas en datos geológicos y del yacimiento) también resultan útiles para diseñar las instalaciones y garantizar que estén preparadas para manejar la producción de arena, y para definir la estrategia de control.

Caudal

Límite máximo de producción segura

Mejora de la producción

Producción masiva de arena

Producción ocasional de arena

Línea límite de producción sin arena

Ninguna producción de arena

Resistencia de la arena Figura 4. Filosofía de la gestión de arena. Cuanto más cerca de la línea roja pueda producir un operador de forma segura, más utilidades obtendrá de los pozos.

Mediciones de SandQ – monitor instalado a una distancia de 2 x DI aguas abajo – comparación con referencia

Referencia

Medición de SandQ

Velocidad medida [m/s]

En muchos casos, un pozo se produce conservadoramente, a una distancia segura por debajo de la línea azul (ver Figura 4) para asegurar que no haya producción de arena. Ese es, sin duda, un método seguro de controlar la arena, aunque costoso. Un plan de gestión de arena más activo puede ayudar a mejorar de forma significativa las cifras de producción. Por encima de la línea roja (ver Figura 4) la producción continua de arena es posible, situación que debe evitarse. El área situada entre la línea azul y la línea roja es donde se halla el mayor potencial para aumentar de forma segura la producción e incrementar las utilidades.

Velocidad de flujo [m/s] Figura 5. El gráfico muestra la gran precisión de las mediciones de velocidad de flujo con Sand Q, incluso con el sensor instalado muy cerca de un codo.

• Manejo de la arena. La arena producida penetra en el sistema de procesamiento. El operador debe estar seguro de que dispone de un método seguro para manejarla. La supervisión del ritmo de erosión y las actividades de remoción son un factor esencial en la gestión de arena. • Medición. La medición es de vital importancia en un sistema de control de arena. Una vez que se dispone de sistemas seguros de predicción y tratamiento, incluido el control del riesgo de erosión y remoción de arena, es necesario implementar un método confiable de medición, con el objeto de garantizar que los parámetros establecidos se respeten y no se excedan. Aquí es donde interviene el monitor SandQ® de ClampOn. La extremada sensibilidad del sensor, el mecanismo de filtrado y sus soluciones patentadas de control en tiempo real lo convierten en la mejor herramienta existente para mantener un programa de control de arena confiable y seguro.

ClampOn lleva más de una década trabajando en el problema de la producción de arena y ayudando a sus clientes, en todo el mundo, a medir y predecir este fenómeno. Gracias a su experiencia en miles de pozos, ClampOn cuenta con un conocimiento práctico único sobre la aparición, medición y control de la producción de arena. A lo largo de los años, ClampOn ha trabajado con algunas de las compañías más importantes dedicadas a la investigación y el servicio en este sector. Nuestros conocimientos, adquiridos mediante experiencia práctica en aplicaciones de campo con monitores ClampOn, unidos al alto nivel de nuestros socios, nos permiten ofrecer un producto de prestaciones insuperables. Incluso para las compañías internacionales con gran experiencia, la oportunidad de obtener asesoramiento de los líderes mundiales en la gestión de arena con sólo una llamada de teléfono es invaluable.

ClampOn, Líder en Control de Paso de Arena Hasta agosto de 2010, ClampOn ha entregado más de 8000 Sistemas de Monitoreo de Partículas submarinos y de superficie a operadores de todo el mundo. Shell Brent, Woodside Australia y otros han instalado más de mil sensores para optimizar su producción y eliminar los riesgos asociados a la erosión. Repetibilidad, precisión, relación señal/ruido y resistencia, así como la experiencia y conocimientos de nuestra compañía en este campo, son las características por las que nuestros clientes eligen los sistema de ClampOn. El continuo desarrollo tecnológico y la formación de nuestro personal han situado a ClampOn en el primer puesto en todas las pruebas de campo y de laboratorio en las que ha participado, posición que estamos firmemente decididos a mantener en el futuro. El modelo de SandQ® es decisivo para ayudar a que los operadores mejoren su rendimiento en las situaciones en que la arena es un problema. Si le interesa aumentar sus utilidades, el monitor SandQ® de ClampOn es su mejor elección.

Configuración del sistema Área de campo

Es posible añadir varios sensores al sistema

Área segura

Caja conexiones

Fuente de alimentación

Sistema principal de control del cliente

Figura 6. Configuración típica, en la que los sensores y la caja de conexiones se conectan a través de una fuente de alimentación a una o varias computadoras dedicadas y/o al sistema de control del cliente.

Palabras clave • Sensibilidad • Discriminación de ruidos • Repetibilidad • Medición en tiempo real

ClampOn, la Mejor Solución para los Problemas de Monitoreo de Partículas Un problema común en el monitoreo de arena es la interferencia de señales generadas por fuentes ajenas a las partículas, tales como: ruido de las mezclas líquido/gas, presencia de gotas en los pozos de gas de alta velocidad, ruido mecánico/estructural e interferencias eléctricas. Para obtener unas mediciones precisas es esencial contar con una relación señal/ruido de alta calidad. En este sentido, el SandQ® ofrece la mejor relación señal/ruido del mercado. La Figura 7 muestra con claridad la diferencia entre un sistema tradicional/ alternativo y el sistema ClampOn. La línea roja corresponde a un sensor afectado por ruidos de fondo y con una relación señal/ ruido inadecuada. En el peor caso, la señal de la arena se ve incluso anulada por el ruido de fondo, en lo que constituye una situación pésima para el usuario. En pozos de gas de alta velocidad, en los que las gotas de líquido chocan con la pared de la tubería a velocidades elevadas, el modelo rojo suele indicar sistemas sensibles al flujo. Como consecuencia, el usuario puede verse inducido a reducir la producción y arruinar la productividad... ¡aunque no se esté produciendo arena en absoluto!

Figura 7. Comparación de señales

El sensor de ClampOn evita estas situaciones al separar totalmente el ruido de la arena de otras fuentes de ruido, tal y como ilustra la línea azul. La tecnología SandQ® utilizada por ClampOn permite al sensor eliminar por completo el ruido de fondo, de modo que el modelo de sonido generado por las partículas de arena aparezca con perfecta nitidez en la computadora del operador. Desde que ClampOn entró en el mercado en 1995, nuestros sistemas han ganado todas las pruebas industriales de campo en las que han competido con otros sistemas. Con SandQ® hemos conseguido crear una herramienta todavía menos sensible al ruido de fondo y de mayor precisión cuantitativa. La baja relación señal/ruido del sistema de

ClampOn es también muy importante para la eficiencia de la instalación de campo, debido a sus bajos costos de calibración.

Cómo determinar la máxima producción libre de arena en un pozo de petróleo o gas A menudo, nos encontramos con operadores preocupados porque no tienen un control preciso de la producción de arena de sus pozos, y eso les incita a reducir la producción de forma innecesaria. De hecho, es bastante común encontrar reducciones en la producción de entre el 20 y 75% en pozos de petróleo y gas. Por su alta calidad y confiabilidad, y porque aporta una información vital para el operador, el monitor SandQ® es la forma más sencilla de aumentar la producción. Y es que, teniendo en cuenta las limitaciones que impone la producción de arena, merece la pena pararse a evaluar los sistemas de monitoreo de arena de ClampOn. Para detectar la arena de forma óptima es de vital importancia disponer de un sistema rápido y preciso. Normalmente, el operador corta la producción en el momento en el que detecta la presencia de arena (o cuando cree que la hay). La figura 8 (derecha) corresponde a un pozo en el que la producción de arena está disminuyendo. La curva representa lo que llamamos un modelo «BUENO». Tal y como vemos en la imagen, la arena se genera debido a un incremento en la producción (con la apertura de la válvula estranguladora). Mediante un sistema confiable de monitoreo de arena, el operador puede vigilar la evolución de la producción de arena. La figura muestra cómo la producción de arena se reduce con el tiempo, debido a la consolidación del yacimiento productor. El modelo indica al operador que la producción de petróleo y gas puede continuar al mismo nivel, ya que el pozo pronto quedará libre de arena. Cuando por fin el flujo deja de transportar arena, el operador puede volver a abrir el estrangulador e incrementar la producción. Como muestra la figura, el incremento en la producción seguramente haga que se vuelva a producir arena; no obstante,

Figura 8. Modelo Bueno

Figura 9. Modelo Malo

el operador debe dejar que la producción continúe para poder observar la evolución en la producción. El objetivo es obtener un modelo «BUENO», como el mostrado en la figura 8. Cuando, después de un tiempo, se produce una curva como la de la figura, significa que el yacimiento se ha consolidado. El método anterior de incremento de la producción puede utilizarse durante un cierto tiempo (normalmente un par de días), hasta que el operador identifique el modelo contrario o «MALO» (figura 9), que indica que la producción de arena está aumentando. Cuando aparezca el modelo «MALO» en la pantalla, el operador deberá restringir la producción devolviendo la válvula estranguladora a su posición previa. Esto le indica el nivel máximo de producción libre de arena. La producción deberá mantenerse durante al menos un periodo de 24 horas para asegurar que la formación está consolidada y estable. Para conseguir un nivel seguro y efectivo de producción libre de arena (o con producción tolerable), el operador debe disponer del mejor equipo de monitoreo del mercado. ClampOn ofrece una solución imbatible, y su experiencia adquirida en miles de pozos.

Especificaciones del Producto Monitor SandQ® Principio de operación Tamaño mínimo de partículas

Acústica pasiva/activa, sensor inteligente El tamaño de partículas y el caudal de arena detectables dependen del fluido y de la velocidad. Los tamaños típicos son: Petróleo/agua: 25 micras / 1 ppm Aire/gas: 15 micras / 1 ppm Flujo mínimo de arena 0,01 g/s Incertidumbre ±5% (con calibración mediante inyecciones de arena) Repetibilidad Superior al 1% Flujo Velocidad 0,5-20 m/s Precisión ±15% Presión mínima Líquido >0,5 bar Multifase/Gas 30 bar. Contactar con el fabricante para más detalles Método de instalación Sujeción mediante abrazaderas a la superficie de la tubería, no intrusivo Electrónica del sensor Electrónica inteligente DSP con procesamiento de señales Opciones de interfaz Todos los sensores incluyen: Salida digital RS485 (ASCII, binaria, ModBus RTU), 4-20 mA (activa/pasiva) Comunicación en ambas direcciones Sí Software actualizable Sí Temp. de superficie de la tubería -40 a 225 °C (-40 a 437 °F ) Accesorio para alta temperatura Contactar con el fabricante para más detalles Regímenes de flujo Petróleo, gas, agua, fases múltiples Características de diagnóstico Autocomprobación inteligente del hardware electrónico COMPUTADORA Hardware mínimo Requisitos del software ClampOn Entrada Salida de señal

Pentium III (o equivalente) con 512 MB de RAM Windows® Vista/XP/2000 Serie, Modbus, Ethernet, OPC Serie, Modbus, Ethernet, 4-20 mA, Relé, Client Server

EQUIPO PARA ÁREAS SEGURAS Suministro principal de energía 12 - 48 VCC o 100-240 VCA 50-60 Hz Consumo de energía Máximo 2,1 W por sensor + módulo de la computadora Señal, barreras de potencia y convertidores para montaje sobre carriles DIN en armario móvil o montaje en soporte de 19”. MONITOR DE SUPERFICIE Clase de protección Material de la cubierta externa Dimensiones / Peso Interfaz de cable Barrera de potencia / seguridad Consumo de energía Cables

IP68 Acero inoxidable AISI 316 109 mm x 101 mm [4,3 pulgadas x 4,0 pulgadas] Conexión de cable M20, suministrado con cable inyectado de 5 m (16 pies) Barrera de potencia ClampOn IS, barreras de señales IS certificadas Normal 1,5 W, máx. 2,1 W por sensor Mínimo 4 x 0,75 mm2 (según la configuración del sistema)

APROBACIÓN INTRÍNSECAMENTE SEGURA (IS) ATEX II 1G EEx ia IIB T2-T5, Zona 0

ClampOn, líder en monitoreo de arena, raspatubos, erosión y corrosión Fundada en 1994, ClampOn es el mayor proveedor de sistemas pasivos ultrasónicos para el control de partículas y arena destinados al sector petrolero. Todos los productos suministrados por ClampOn (sistemas de control de partículas, detectores de tacos de limpiar, control de erosión y corrosión y control de fugas) están basados en la misma plataforma tecnológica, de eficacia probada. Tanto los instrumentos de superficie como los submarinos incorporan tecnología de Procesamiento de Señales Digitales (DSP); además, nuestros sistemas están totalmente digitalizados: se han eliminado todos los filtros, circuitos y amplificadores analógicos.

del paso de arena con una vida útil extremadamente larga y excelentes propiedades acústicas, que ofrece una alta confiabilidad en ambientes marinos con altas profundidades y alta presión. Desde 1998, ClampOn ha suministrado mas que 1800 sensores submarinos al sector petrolero. Además, nuestros sensores se han sometido a un desarrollo continuo con el fin de optimizar su calidad y desempeño y satisfacer todas las exigencias del mercado.

Sensores submarinos

El CEM está diseñado para controlar cualquier cambio en el espesor de las paredes. Utiliza transductores (de dos a ocho unidades) que se montan en la superficie de la tubería (u otra estructura de metal) y se conectan a una unidad de control de ClampOn. La unidad de control envía y recibe de forma continua ondas guiadas entre los transceptores, de

Los sensores submarinos se han desarrollado en estrecha colaboración con Shell Deepwater Development Inc., en Houston, y con FMC Energy Systems, en Noruega. El resultado de este proyecto conjunto ha sido la creación de un sistema de monitoreo

Monitor de Corrosión-Erosión DSP de ClampOn (CEM)

forma que se crea una red de líneas de medición que cubre el área seleccionada. El principio de funcionamiento del instrumento se basa en la transmisión de señales ultrasónicas propagadas a través del material de la tubería. Las señales transmitidas son recibidas por un sensor y analizadas mediante métodos avanzados de procesamiento de datos.

Detector de raspatubos DSP de ClampOn El detector de raspatubos DSP de ClampOn es un sistema de detección de tacos de limpiar no intrusivo, diseñado como un sistema de primera alarma. El instrumento ofrece un registro fiable y preciso del momento en el que pasan los tacos y transmite la señal al operador. El detector también puede indicar la cantidad de residuos que preceden al taco en las operaciones de limpieza.

SENSORES ULTRA SÓNICOS INTELIGENTES NORUEGA: ClampOn AS, Vaagsgaten 10, NO-5160 Laksevaag, Bergen, Noruega, Teléfono: +47 5594 8850, Fax: +47 5594 8855, e-mail: [email protected] – EE.UU.: ClampOn, Inc., 15720 Park Row, Ste. 300 (77084), PO Box 219206 (77218-9206), Houston, TX, EE.UU, Teléfono: +1 281 492 9805, Fax: +1 281 492 9810, e-mail: [email protected] – WEB: www.clampon.com

Design: Tønnes H. Gundersen – Photo: Thor Westrebø – Print: Molvik Grafisk AS – F E B . 2 0 1 1

El sensor ultrasónico inteligente de ClampOn procesa todos los datos de forma interna (principio patentado), lo que permite que el instrumento pueda separar el ruido generado por la arena del ruido generado por el flujo. Este factor es muy importante, ya que los cambios en la velocidad de caudal y en la relación petróleo/gas no afectan al desempeño del sistema. Asimismo, para obtener unas mediciones de calidad es vital contar con una buena relación señal/ruido, que es inmejorable en los sensores de ClampOn. En la nueva versión, el ruido externo se ha eliminado completamente.