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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE COMPUTACIÓN Y ESCUELA DE ELECTRÓNICA
DETECCIÓN DE FALLAS EN EL SISTEMA MONITOR DE CABEZAL DE POZO, PARA OPTIMIZAR EL CONTROL DE LA TASA DE
INYECCIÓN DE GAS. CASO: PDVSA & OCCIDENTE.
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERÍA EN COMPUTACIÓN E INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA:
PRESENTADO POR:
Br. Hernández Montiel, Ana Mercedes. CI: 13.010.160
Br. Rivera Quevedo, Ronny Alberto. CI: 13.371.651
ASESORADO POR:
Lic. Ricardo Caraballo. Ing. Angel Villalobos.
Ing. Héctor Rodríguez. Ing. Oswaldo Russian.
MARACAIBO, OCTUBRE DE 2.000.
ii
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iv
DEDICATORIA.
A mis padres Iris M. Montiel y Angel A. Hernández, por ser mi apoyo y guía en todo momento y muy especialmente a mi Tía Ramona de Jesús Hernández (Tía Chucha), a pesar de no estar con nosotros, siempre me acompaño en todo momento.
Ana Hernández.
A quien fue, es y será, mi gran apoyo:
Nicanor S. Rivera R. y Digna R. Quevedo A. de Rivera.
Ronny Rivera.
v
AGRADECIMIENTO.
A Dios, por brindarme la fortuna de vivir esta experiencia tan
maravillosa y acompañarme en todo momento de mi vida.
A mis Padres, por apoyarme en todo momento, por guiarme por
caminos fértiles y frondosos en mi vida, por brindarme la confianza y
seguridad necesaria para lograr una de mis grandes metas.
A mis Hermanos, por todo el apoyo brindado y por darme las
fuerzas necesaria para lograr mis objetivos.
Al Sr. Rafael Machado, por colaborar en culminar una de las
metas más importantes de mi vida.
A Ronny Rivera, por ser la mano amiga en los momentos más
difíciles, por brindarme seguridad, cariño y confianza.
A los Sr. Oswaldo Russian y Sr. Héctor Rodríguez, por la ayuda
recibida en el desarrollo de este último requisito de pregrado.
A todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyeron
al desarrollo de este trabajo.
Ana Hernández.
vi
AGRADECIMIENTO.
Gracias a:
ü Dios, por la sabiduría otorgada.
ü La confianza de mis hermanos Papi y Diego.
ü Pedro Izarra y Gualberto Sánchez, por la oportunidad de realizar
esta tesis.
ü Mi “tutora” amiga Exida Arteaga.
ü Héctor Rodríguez, por la confianza y certeras contribuciones
prestadas.
ü Oswaldo Russian, por darme conocimientos que considero
importantes tanto para esta como para futuras investigaciones.
ü Un tutor digno de muchos reconocimientos, ganados por su trabajo
en Equipo, Ricardo Caraballo.
ü Quien contribuyó con su carácter guerrero a finalizar esta
investigación, Ana Hernández.
ü Angel Villalobos, Miguel Quivera, Héctor Manzanero, Jerlib Leal,
José Romero, Vladimir Aldana, José Pirela, Carlos Parra, Aldo
Lugo, Dixon Rodríguez, Romulo Melendez, Yamely Soto y Dilia
Guerra.
Ronny Rivera.
vii
Hernández Montiel, Ana Mercedes; Rivera Quevedo, Ronny Alberto. Detección de Fallas en el Sistema Monitor de Cabezal de Pozo, para optimizar el Control de la Tasa de inyección de Gas. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín (URBE). Facultad de Ingeniería. Escuela de Computación y Escuela de Electrónica. Maracaibo, 2.000.
RESUMEN.
La presente Investigación estuvo orientada a detectar fallas en el Sistema Monitor de Cabezal de Pozo, para optimizar el control de la tasa de Inyección de Gas suministrada a los pozos productores de petróleo en el Lago de Maracaibo. El tipo de investigación se cataloga como Aplicada, Descriptiva, In Situ o de Campo, Tecnológica del Conocimiento y Prospectiva. Para recaudar la información se utilizaron técnicas de recolección de datos como: entrevistas no estructuradas que permitieron dar a conocer mediante opiniones el funcionamiento del sistema y sus fallas, complementadas con observaciones, revisión de bibliografía y cuestionarios dirigidos a la empresa proveedora, los operadores y supervisores del mismo, con la finalidad de validar la información obtenida en las referidas entrevistas. La investigación tuvo una duración de seis meses. Se obtuvo como resultado que el mayor porcentaje de las fallas ocurre en la unidad motora del Equipo Monitor de Cabezal de Pozo (WHM) debido a diversos factores asociados al gas suministrado. Para ello se diseño basándose en requerimientos de la empresa una propuesta que consta principalmente de un dispositivo que no se viese afectado por las condiciones del gas de inyección, como lo es un actuador eléctrico en reemplazo del neumático.
Palabras claves: actuador, Unidad Motora, reemplazo, dispositivo.
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Hernández Montiel, Ana Mercedes; Rivera Quevedo, Ronny Alberto. Detection of Faults in the Well Head Monitor System, to optimize the Control of the Rate of Gas injection. University Dr. Rafael Belloso Chacín (URBE). Faculty of Engineering. School of Computation and School of Electronics. Maracaibo, 2.000.
ABSTRACT
The present Investigation was oriented to detect faults in the Well Head Monitor System, to optimize the control of the rate of Injection of Gas provided to producing petroleum wells in the Lake of Maracaibo. The type of investigation is catalogued like Applied, Descriptive, In Situ or of Field, Technological of Knowledge and Prospective. In order to collect the information techniques of data collection were used like: interviews nonstructured that allowed to present by means of opinions the operation the equipment and its faults, complemented with observations, overhaul of bibliography and questionnaires (Instrument of validation) directed to the company supplier, the operators (and technicians) and supervisors of the same one, with the purpose of validating the information obtained in the referred interviews. The investigation lasted of six months. The mayority of the faults happen in the Flowmaster of the Well Head Monitor (WHM) Equipment and for that reason it was come on the basis of requirements of the company to make a proposal that guaranteed the optimal control turned by this high percentage. The obtained results indicated that the elements of automatic control had to be reconstructed in the wells that demonstrate high percentage of free water in the injection gas, and the new equipment to install in future acquisitions. Design a proposal for the referred reconstruction that consists mainly of a device that was not affected by the conditions of the injection gas, as it is an electrical actuator in replacement of the neumatic contained in the original design of the monitor equipment WHM. Key words: actuator, Flow Master, replacement, device.
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ÍNDICE GENERAL.
Página.
VEREDICTOS .....................................................................................ii
DEDICATORIA .................................................................................. iv
AGRADECIMIENTOS. .........................................................................v
RESUMEN. ........................................................................................ vii
LISTA DE TABLAS. ..........................................................................xiv
LISTA DE FIGURAS. ......................................................................... xv
LISTA DE GRÁFICOS. .....................................................................xvii
INTRODUCCIÓN. ............................................................................... 1
CAPÍTULO I: EL PROBLEMA. ................................................. 4
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ................................................ 5
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. .................................................... 9
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN. ..............................................10
Objetivo General. .........................................................................10
x
Objetivos Especí ficos. ................................................................10
JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ........................................11
DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN .........................................12
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO...........................................14
BASES TEÓRICAS ...........................................................................15
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN. .....................................15
SISTEMA MONITOR DE CABEZAL DE POZO (WHM)......................17
Elementos del Sistema. ...............................................................19
LEVANTAMIENTO ARTIFICIAL POR GAS. ......................................30
ACTUADORES. .................................................................................35
Actuadores Neumáticos. .............................................................35
Actuadores Eléctricos. ................................................................37
DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS. ...........................................40
SISTEMA DE VARIABLES................................................................47
Detección de Fallas .....................................................................47
x
xi
Control de la tasa de inyección de gas. .....................................47
CAPÍTULO III: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN.....50
TIPO DE INVESTIGACIÓN. ...............................................................51
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. ....52
METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA INVESTIGACIÓN. ....................53
Metodología HERI ........................................................................54
HERRAMIENTAS UTILIZADAS (EQUIPOS Y MATERIALES). ..........55
Hardware......................................................................................55
Software.......................................................................................57
CAPÍTULO IV: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN......59
DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL. ...................................60
Visión General .............................................................................60
Identificación del Problema ........................................................74
ESTUDIO DE LAS CAUSAS DE FALLAS Y DESVIACIONES EN EL SISTEMA. ....................................................................................75
Alternativas de Solución. ............................................................81
xi
xii
EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS PARA MEJORAR EL SISTEMA
..........................................................................................................82
SELECCIÓN DE UNA ALTERNATIVA COMO PROPUESTA. ...........84
CAPÍTULO V: LA PROPUESTA..............................................85
ESTRUCTURA DE DESARROLLO DE LA PROPUESTA .................86
Objetivos del Diseño de la Propuesta. ............................................88
General.........................................................................................88
Específicos. .................................................................................88
CONCEPTUALIZACIÓN DEL DISEÑO.............................................88
INVESTIGACIÓN PRELIMINAR. .......................................................89
Estudio de Factibilidad. ..............................................................89
Factibilidad Económica. ..............................................................89
Factibilidad Técnica ....................................................................90
Factibilidad Operativa .................................................................91
REQUERIMIENTOS DE LA PROPUESTA.........................................92
xii
xiii
DISEÑO DE LA PROPUESTA. ..........................................................93
CONCLUSIONES. ...........................................................................101
RECOMENDACIONES. ...................................................................104
ANEXOS..........................................................................................105
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................155
BIBLIOGRAFIA ...............................................................................157
xiii
xiv
LISTA DE TABLAS.
Página
Tabla 3-1. Mapa de Variables...........................................................58
Tabla 4-1. Distribución de Pozos Lago Cinco (24/04/00) ................63
Tabla 4-2. Distribución de Pozos Lago Medio (24/04/00) ................67
Tabla 4-3. Distribución de Pozos Lago Treco (24/04/00) ................68
Tabla 4-4. Estados de Operación Lago Cinco (27/04/00) ................69
Tabla 4-5. Estados de Operación Lago Medio (24/04/00) ................70
Tabla 4-6. Estados de Operación Lago Treco (24/04/00) ................72
Tabla 4-7. Estados de Operación General (24/04/00) ......................73
Tabla 4-8. Clasificación de Fallas. ...................................................78
Tabla 4-9. Porcentaje de Fallas más frecuentes del Sistema. ........80
Tabla 4-10. Comparación entre el actuador eléctrico y neumático...........................................................................................................83
Tabla 5-1. Situación Actual y Deseada del Control Automático del Sistema Monitor del Cabezal de Pozo.............................................87
Tabla 5-2. Análisis de costos. ..........................................................90
xv
LISTA DE FIGURAS.
Página
Figura 2-1.Sistema Monitor de Cabezal de Pozo (WHM) ................19
Figura 2-2.Monitor de Cabezal de Pozo (WHM) ...............................24
Figura 2–3.Unidad Motora (Flow Master). .......................................27
Figura 2-4.Manifold. .........................................................................30
Figura 2-5.Tipos de Levantamiento Artificial ..................................31
Figura 4–1.Ubicación Lago Cinco....................................................60
Figura 4-2.Equipo Monitor de Cabezal de Pozo. .............................61
Figura 4-3.Unidad Terminal Remota Principal (UTRP) ...................63
Figura 4-4.Pantalla reporte de variables de un pozo especifico. ...64
Figura 4-5.Gráficas de Tendencia....................................................65
Figura 4-6.Ubicación Lago Medio. ...................................................66
Figura 4-7.Ubicación de Lago Treco. ..............................................68
Figura 4-8.Diagrama de Flujo del Proceso de Diseño ....................76
xvi
Figura 4-9.Diagrama Causa - Efecto del Equipo Monitor de Cabezal de Pozo. ............................................................................................77
Figura 5-1.Canalización Esquemática de la Señal de Alimentación...........................................................................................................93
Figura 5-2.Diseño del Sistema Monitor de Cabezal de Pozo. .........94
Figura 5-3.Diagrama de Procesos Actual........................................95
Figura 5-4.Actuador Eléctrico. .........................................................96
Figura 5-5.Trampa de Liquido. .........................................................97
Figura 5-6.Diseño Del Equipo Monitor de Cabezal de Pozo Propuesto. ........................................................................................98
Figura 5-7.Diagrama de Procesos Propuesto .................................99
Figura 5-8.Propuesta Final. ............................................................100
xvi
xvii
LISTA DE GRÁFICOS.
Página
Gráfica 4-1.SITUACIÓN ACTUAL LAGO CINCO (154 POZOS)........69
Gráfica 4 -2.SITUACIÓN ACTUAL LAGO MEDIO (191 POZOS) .......71
Gráfica 4 - 3.SITUACIÓN ACTUAL LAGO TRECO (56 POZOS) .......72
Gráfica 4-4.SITUACIÓN ACTUAL DE LOS WHM. .............................74
Gráfica 4-5. GRÁFICA DE ESTADÍSTICOS DE LAS FALLAS MÁS COMUNES.........................................................................................79
INTRODUCCIÓN.
Hace más de diez años Maraven S.A., una de las ex empresas
filiales de Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA), buscando la
automatización de sus procesos de producción de crudo en el Lago de
Maracaibo, implantó un sistema monitor de variables operacionales de
superficie de los pozos que utilizan la tecnología del levantamiento
artificial por gas para su extracción, denominado Sistema Well Head
Monitor (WHM), el cual tiene como función la supervisión y control a
distancia de la tasa de inyección del gas y de forma automática.
Desde su instalación, el Equipo Monitor de Cabezal de Pozo ha
venido presentando fallas con respecto a su adaptación a condiciones
reales de operación, ocasionando gastos a la empresa. Es por ello,
que PDVSA en sus proyectos de reducción de costos plantea la
detección de fallas a fin de buscar la solución y mejora de mismos
para que no sucedan nuevamente.
De esta manera, se realizan trabajos para garantizar que los
equipos instalados ofrezcan información confiable, ejecutándose así
ampliaciones, reemplazos y adiciones menores por parte del personal
de PDVSA y el contratado; para lo cual se envían operadores a los
2
cabezales de pozo a ejecutar dichas acciones en los equipos descritos
y por medio de radios comuniquen a los operadores en tierra la data
que necesiten validar, además, la Gerencia de Automatización a través
de la Superintendencia de Integración de Soluciones por su parte
realiza estudios para el mejoramiento u optimización del equipo.
A continuación se presenta los aspectos que involucran a la
investigación, dividido en cinco (5) capítulos a saber:
En el Capítulo I, se realiza el planteamiento del problema, la
justificación de la investigación, la formulación del objetivo general y
los específicos de la investigación, además de la delimitación de la
investigación.
En lo que respecta al Capítulo II, se desarrolló todo lo que se
refiere a las variables de la investigación y al equipo Monitor de
Cabezal de Pozos, como también se mencionaron los antecedentes de
la investigación así como la definición de Términos Básicos y el
Sistema de Variables de la Investigación.
Como Capítulo III, se detalla el tipo de investigación, Técnicas de
Recolección de Datos en las cuales se encontrarán entrevistas no
estructurados, observaciones, revisión bibliográfica, cuestionarios,
3
como también el tipo de metodología utilizada, la cual fue propia para
adaptarse a los requerimientos de la empresa, finalizando con un mapa
de variables donde se describen las escalas de variaciones del
instrumento realizado para validar la información obtenida.
En lo que se refiere al Capitulo IV, se describen las diferentes
propuestas para diseñar la alternativa más acorde con las necesidades
de la empresa en el siguiente y último Capítulo (V) de la investigación
que es donde se desarrolla la propuesta para optimizar el control de la
tasa de inyección de gas.
Luego de los capítulos se encuentran Conclusiones referidas
principalmente a los resultados obtenidos en la investigación,
Recomendaciones consideradas pertinentes para y como complemento
de la propuesta realizada hacia la empresa.
Finalizando con los Anexos que por razones de espacio no
fueron colocados en secuencia con el texto, y aquellos que no se
tenían en electrónico para ser modificados. Además se completa todas
las referencias Bibliográficas citadas con autor y fecha de publicación
en el desarrollo del documento, divididas en textos, fuentes
electrónicas, entrevistas, entre otras.
