SEVERINO PEREIRA DE LIMA COMUNICAÇÃO E CONTROLE DE VELOCIDADE VIA RÁDIO EM INVERSOR DE FREQÜÊNCIA ACIONANDO BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVAS (BCP)

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1 SEVERINO PEREIRA DE LIMA COMUNICAÇÃO E CONTROLE DE VELOCIDADE VIA RÁDIO EM INVERSOR DE FREQÜÊNCIA ACIONANDO BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVAS (BCP) MOSSORÓ RN, Julho de 2013

2 SEVERINO PEREIRA DE LIMA COMUNICAÇÃO E CONTROLE DE VELOCIDADE VIA RÁDIO EM INVERSOR DE FREQÜÊNCIA ACIONANDO BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVAS (BCP) Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado Profissionalizante em Engenharia de Petróleo e Gás da Universidade Potiguar de Mossoró - UNP. Orientador: Prof. Dr. Franklin Silva Mendes. MOSSORÓ RN, Julho de 2013

3 SEVERINO PEREIRA DE LIMA COMUNICAÇÃO E CONTROLE DE VELOCIDADE VIA RÁDIO EM INVERSOR DE FREQÜÊNCIA ACIONANDO BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVAS (BCP) Esta dissertação foi julgada adequada à obtenção do título de Mestre em Engenharia de Petróleo e Gás da Universidade Potiguar de Mossoró - UNP. Mossoró, 11 de Julho de Prof. Dr. Franklin Silva Mendes Universidade Potiguar de Mossoró RN Prof. Dr. Luís Morão Cabral Ferro UFERSA / Dep. de Ciências Ambientais e Tecnológicas Prof. Dr. Francisco Edson Nogueira Fraga UFERSA / Dep. de Ciências Ambientais e Tecnológicas

4 Dedico aos meus pais, José Pereira de Lima e Teresa Vieira de Lima, pelo amor, carinho, compreensão, incentivo e ajuda durante toda minha vida, muito obrigado, Amo Vocês, e toda minha família pelo amor, carinho e apoio ao longo da minha caminhada.

5 AGRADECIMENTOS Aos meus pais, José Pereira de Lima e Teresa Vieira de Lima, pelo amor, carinho, compreensão, incentivo e ajuda durante toda minha vida, muito obrigado, Amo Vocês. A toda minha família pelo amor, carinho e apoio ao longo da minha caminhada. A Universidade Potiguar (UNP) de Mossoró-RN por possibilitar minha formação, e assim pude guardar ensinamentos importantes para minha formação pessoal e profissional. Aos meus amigos e colegas do Curso, pela amizade, convivência, parceria e ajuda em todos os momentos dentro e fora da universidade.

6 Resumo A proposta desse trabalho foi de fazer a comunicação da automação de poços e do Sistema Supervisório de Automação da Elevação (SISAL) com o inversor de freqüência, na qual se deu por meio de uma placa eletrônica MDS TransNET (Microwave Data Systems), com transmissão de dados via rádio. O controle da velocidade e monitoramento de alguns dados do motor elétrico tipo, corrente elétrica do motor, velocidade da haste, torque na haste, foi realizada remotamente com uma comunicação via rádio através do programa de supervisão SISAL, com a automação de poços interligada ao inversor de freqüência onde o mesmo foi utilizado para controlar a velocidade de um motor assíncrono de indução instalado em uma Bomba de Cavidades Progressivas. Esta alteração de velocidade foi alcançada através da alteração da freqüência na alimentação do motor elétrico, onde variando esta freqüência consegue-se variar também a velocidade deste motor elétrico. Ao controlar a velocidade o motor, controla-se a velocidade na haste do cabeçote e com isso flexibilizando a produção do poço que foi acionada pelo motor de indução instalado no cabeçote desta BCP. Os benefícios da utilização desta tecnologia ajudaram na melhoria do processo em diversos aspectos, onde se verificou uma maior precisão na velocidade imposta na haste da BCP, bem como foi possível efetuar mudança da velocidade do motor em um tempo mais hábil, e ainda conseguiu-se redução no valor gasto com a mão de obra para alteração da velocidade da haste, e em meio a estes aspectos se conseguiu uma maior segurança do operador, tendo em vista que o mesmo não terá contato com o cabeçote BCP, para alterar sua velocidade. Ao contrário da situação existente na mudança de velocidade da haste do cabeçote, onde a equipe precisa deslocar-se até o local para configurar a velocidade no próprio inversor de freqüência. Palavras Chave: Comunicação com automação, Controle de velocidade, Sistema de supervisão, bomba de cavidades progressivas, inversor de freqüência.

7 Abstract The purpose of this work was to make the communication and automation of wells and the Supervisory System from Automation of the Elevation (SISAL) with the frequency inverter occurred through an electronic board TransNET MDS (Microwave Data Systems), with data transmission by radio. The control of speed and monitoring of some data from the electric motor, type, electric motor current, speed of the rod, torque on the rod, was performed remotely with a radio communication through the supervision program SISAL, with the automation of wells interconnected with the frequency inverter, where this one was used to control the speed of an asynchronous induction motor installed in a Progressive Cavity Pump. This changing of speed was reached by the alteration of frequency in the alimentation of the electric motor, in which varying this frequency we can also vary the speed of this electric motor. When we control the speed of the motor, we control the speed of the rod from the head and, by this, we turn the production of the well that was triggered by the motor of induction on the head of this BCP more flexible. The benefits of using this technology helped in improving the process in several ways, where we verified a bigger precision in the speed imposed in the BCPs rod, as well as it was possible to change the engine speed within an adequate time frame, and we managed a reduction in the value spent in the workforce for the modification of the speed of the rod, considering that this one will not stay in contact with the head BCP to modify its speed.unlike the situation in the gear shift rod head, where the team needs to move to the location to set the speed to the inverter frequency. Keywords: communication with automation, speed control, supervision system, progressive cavity pump, frequency inverter.

8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Progressão das cavidades ao longo da bomba BCP 22 Figura 2 Sistema de uma BCP 23 Figura 3 Computador do echometer 24 Figura 4 Canhão de gás 24 Figura 5 Esquema de computador e canhão de gás do echometer 24 Figura 6 Componentes da bomba BCP 25 Figura 7 Automação de poços 28 Figura 8 Automação e inversor de freqüência com BCP 28 Figura 9 Automação de poços com inversor de freqüência 33 Figura 10 Ambiente de automação com o SISAL 34 Figura 11 Inversor de freqüência simplificado 35 Figura 12 Célula de potência utilizando um retificador controlado trifásico 36 Figura 13 Célula de potência utilizando um retificador não controlado de seis pulsos 36 Figura 14 Circuito intermediário de inversor e fonte de corrente (I-converters) 37 Figura 15 Circuito intermediário de inversor com fonte de tensão (U-converters) 37 Figura 16 Circuito intermediário com tensão variável 38 Figura 17 Gráfico com tensão, corrente versos freqüência 38 Figura 18 Circuito de controle de um inversor 39 Figura 19 Inversores da linha WEG 40 Figura 20 Sistema de variação por polias fixa em cabeçote NETZSCH 47 Figura 21 Exemplo de aplicação de RPM com polias motoras e polia movida 48 Figura 22 Cabeçote de BCP com painel de inversor 49 Figura 23 Operador testando ausência de tensão do painel 50 Figura 24 Teste de tensão por indução Eletromagnética com Sinalização visual e Sonora 50 Figura 25 Operador desligando painel em botão de emergência 51 Figura 26 Operador desligando disjuntor geral 51 Figura 27 Etiqueta e bloqueio no disjuntor conforme NR10 51

9 Figura 28 Cabeçote de BCP da NETZSCH TIPO DH 52 Figura 29 Cabeçote NETZSCH com topo da haste pintada com material fosforescente 52 Figura 30 Sinalização de área classificada 52 Figura 31 Técnico ajustando correias da BCP na posição correta 53 Figura 32 Técnico se posicionando de maneira incorreta em relação ao ângulo das polias da BCP na hora do teste da mesma 53 Figura 33 Operador desligando painel em chave seletora 54 Figura 34 Operador desligando disjuntor geral 54 Figura 35 Etiqueta e bloqueio no disjuntor conforme NR10 54 Figura 36 Válvulas de bloqueio de um poço com cabeçote de BCS 54 Figura 37 Fixação de adesivo reflexivo na haste 55 Figura 38 Disjuntor geral e tela do inversor 55 Figura 39 Medição da RPM com tacômetro 55 Figura 40 Alterando RPM nas teclas do inversor 55 Figura 41 Lâmpada amarela acesa indicando falha no inversor 58 Figura 42 Tecla Reset da IHM do inversor (Destacada com contorno vermelho) 58 Figura 43 Painel IHM do inversor 59 Figura 44 Automação e inversor de freqüência comandando cabeçote de BCP 63 Figura 45 Painel com inversor de freqüência da ABB 65 Figura 46 Placa eletrônica TransNET para Comunicação via rádio do inversor de freqüência com a automação de poços (SISAL) 65 Figura 47 Fonte para alimentação da placa Eletrônica do rádio modem 65 Figura 48 Arquitetura do SISAL na automação de poços 66 Figura 49 Chaves de comando externo em painel elétrico do inversor de freqüência 67 Figura 50 Painel e diagrama elétrico das entradas e saídas digitais e analógicas do inversor de freqüência da ABB 68 Figura 51 Entradas analógicas do inversor de freqüência ABB para controle de velocidade remoto 69 Figura 52 Entradas digitais do inversor de freqüência da ABB para comando de liga e desliga remoto 69 Figura 53 Interface Homem Máquina (IHM) do inversor 70

10 Figura 54 Cabeçote de BCP do Centro de Treinamento do Canto do Amaro supervisionado pelo SISAL 71 Figura 55 Tela de monitoramento do SISAL onde está em destaque de laranja o cabeçote de BCP do centro de treinamento do Canto do Amaro 72

11 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Vantagens e desvantagens do uso da BCP 26 Tabela 2 Seqüência de passos para alteração de RPM 56 Tabela 3 Cronograma de atividades referente ao 1 semestre do projeto 61 Tabela 4 Cronograma de atividades referente ao 2 semestre do projeto 61 Tabela 5 Cronograma de atividades referente ao 3 semestre do projeto 61 Tabela 6 Cronograma de atividades referente ao 4 semestre do projeto 62 Tabela 7 Tabela comparativa dos serviços para alteração da RPM do cabeçote de BCP e seus tempos de execução 73

12 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS API - American Petroleum Institute (Densidade dos líquidos derivados do petróleo); AM - Modulação por Amplitude; APLAT - Administração de Plataformas e Áreas Terrestres; BCP - Bomba de Cavidades Progressivas; BCS - Bombeio Centrífugo Submerso; BSW - Basic Sediments and Water (Sedimentos Básicos de Água); bps - Bits por segundo; CA - Corrente Alternada; CC - Corrente Contínua; CLP - Controlador Lógico Programável; FM - Modulação por Freqüência; IHM - Interface Homem Máquina; IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor (Transistor Bipolar de Porta Isolada); MDS - Microwave Data Systems (Sistema de Dados em Microondas); PWM - Pulse Width Modulation (Pulsos de Modulação por Largura); PT - Permissão para o Trabalho; RF - Radio Freqüência; RPM - Rotação Por Minuto; RGO - Razão Gás Óleo; RGL - Razão Gás Líquido; SISAL - Sistema Supervisório de Automação da elevação; SAP - Sistemas, Aplicações e Produtos em Processamento de Dados; SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisão, Controle e Aquisição de Dados); SCR - Silicon Controlled Rectifier (Retificador Controlado de Silicio); UHF - Ultra Hight Frequency - Frequência Ultra Alta; UO-RNCE Unidade Operacional do Rio Grande do Norte; UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte; UB - Unidade de Bombeio; VAC - Volt Corrente Alternada.

13 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 14 2 OBJETIVOS 19 3 REVISÃO DA LITERATURA Sistema de bombeio por cavidades progressivas Automação Inversores de freqüência Sistema de variação de velocidade Aplicação dos inversores em bomba de deslocamento positivo Parada, partida e alteração de RPM no inversor de fabricação ABB com BCP Passo a Passo para alterar RPM em inversor de freqüência da ABB Diagnóstico de falha Visão geral da IHM do inversor 58 4 METODOLOGIA 60 5 RESULTADOS 62 6 CONCLUSÃO 75 7 REFERÊNCIAS 76 8 ANEXOS Parametrização utilizada no inversor de freqüência da ABB controlando cabeçote de Bomba de Cavidades Progressivas Esquema elétrico unifilar do painel com inversor da ABB controlando cabeçote de Bomba de Cavidades Progressivas Fonte de alimentação chaveada UPS Rádio Modem MDS TransNET Antena direcional tipo yagi de alto ganho para sistemas UHF 91

14 14 1. INTRODUÇÂO Em 1920, Moineau inventou um tipo de bomba formada por um rotor, no formato de uma hélice externa, que, quando gira dentro de um estator moldado no formato de uma hélice dupla interna, produz uma ação de bombeio. A patente foi registrada em A partir da década de 70 esta inovação passa a receber o nome comercial de Bomba de Cavidades Progressivas (BCP), sendo usada, inicialmente, para transferência de fluidos variados e posteriormente aplicada na elevação de petróleo. Com o desenvolvimento tecnológico, o sistema de elevação artificial por bombeio de cavidades progressivas tem se mostrado muito eficiente na elevação de óleos com alta viscosidade e/ou com alta produção de areia. As empresas de petróleo, no Brasil a partir de 1982, passaram a adotar este sistema em poços terrestres localizados nos estados de Sergipe, Alagoas, Bahia, Espírito Santo, Rio Grande do Norte e Ceará (ASSMANN, 2008). Segundo THOMAS, 2001 (P.248), onde o mesmo especifica de forma sucinta o principio de funcionamento e aplicação das Bombas de Cavidades Progressivas, informando que a energia mecânica da bomba é transferida para o fluido provocando assim o seu deslocamento do reservatório para a superfície, e essa sendo uma bomba de deslocamento positivo, a qual trabalha imersa em poço de petróleo, constituída de rotor e estator, esse deslocamento positivo está relacionado com a geometria do conjunto o qual forma uma série de cavidades herméticas idênticas. O rotor ao girar no interior do estator origina um movimento axial das cavidades, progressivamente, no sentido da sucção para a descarga da bomba, realizando a ação de bombeio. A forma de acionamento da bomba é originada da superfície, por meio de uma coluna de hastes e um cabeçote de acionamento, o qual está acoplado a um motor elétrico Diante de uma maior demanda da aplicação desse sistema nas empresas de petróleo, cresce também a necessidade de um maior domínio do conhecimento quanto aos fundamentos teóricos e práticos do sistema BCP, que permita ao pessoal de operação ou manutenção oferecer críticas e sugestões para o aperfeiçoamento desse sistema, no sentido de contribuir com o aumento de eficiência do equipamento com segurança, bem como, corroborar com a redução dos custos de manutenção e a minimização dos possíveis impactos ambientais.

15 15 A necessidade de aumento de produção e diminuição de custos, provocou surgimento da automação dentro deste cenário, ainda em fase inicial no Brasil, com isto uma infinidade de equipamentos foram desenvolvidos para as mais diversas variedades de aplicações e setores industriais. Um dos equipamentos mais utilizados nestes processos conjuntamente com a automação, é o Inversor de Freqüência, um equipamento versátil e dinâmico, o qual nesta dissertação será tratado, frisando os aspectos na comunicação da automação de poços com o inversor de freqüência, o qual controla a velocidade de uma Bomba de Cavidades Progressivas através do Sistema Supervisório de Automação da Elevação (SISAL). As Bombas de Cavidades Progressivas são mais aplicadas para poços rasos, tendo em vista a limitação do diferencial de pressão sobre a bomba e a forma como a energia é transmitida da superfície para a bomba. Para alteração da velocidade utiliza-se a troca de polias na transmissão do motor elétrico para o cabeçote, onde o mesmo está conectado a uma coluna de hastes, mudando, em conseqüência, a velocidade do rotor da BCP (THOMAS, 2001). A utilização de bomba com cavidades progressivas para elevação de petróleo, vêm crescendo cada vez mais em todo mundo, mas que existe uma carência no processo de automação desses sistemas para controle de sua velocidade, torque, entre outras variantes envolvidas no processo (ASSMANN, 2008). O segundo método de elevação mais utilizado, em número de poços, no Brasil é o bombeio de cavidades progressivas (11% dos poços). No mundo todo, ele é o quarto método em número de poços com 6% dos poços, atrás do bombeio mecânico (71%), do bombeio centrifugo submerso (10%) e gás lift (10%). A automação deste sistema ainda se encontra com um nível de desenvolvimento elementar, dai a necessidade de se empreender pesquisas no sentido de entender melhor o comportamento dinâmico deste sistema e as formas possíveis de otimização do processo segundo diversos critérios, sinalizando ou até mesmo parando o sistema em caso de violação de limites de parâmetros operacionais que indiquem algum problema ou coloquem em riscos em o operador. As operações de partida e parada em especial, por conta dos riscos em que implicam, tornam muito atrativa sua automação. ASSMANN, 2008 (Cap.1, P.2). Com o avanço da tecnologia eletrônica, hoje já é realidade a aplicação de inversores de frequência para controle de velocidade dos cabeçotes de bombas de cavidades progressivas, e com o avanço da Eletrônica de Potência, a qual permitiu principalmente o desenvolvimento de conversores de freqüência com dispositivos de estado sólido, inicialmente com tiristores e atualmente estamos na fase dos transistores, mais

16 16 especificamente Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), onde sua denominação é transistor bipolar de porta isolada. Os ciclos conversores antecedeu de certa forma os atuais inversores, eles eram utilizados para converter 60Hz da rede em uma freqüência mais baixa, a qual era uma conversão corrente alternada para corrente alternada (CA-CA), já os inversores utilizam a conversão corrente alternada para corrente continua (CA-CC) e por fim em Corrente alternada (CA) novamente. Os primeiros inversores de freqüência eram chamados de conversores de freqüência, tendo em vista que os mesmos eram alimentados por corrente alternada e convertiam para corrente continua, e os motores utilizados eram de corrente continua. Hoje o panorama é um pouco diferente, os inversores de freqüência recebem corrente alternada, transformam em corrente continua internamente através dos diodos retificadores e logo após esta corrente continua passa por tiristores que chaveiam em uma determinada velocidade que desejar regular a freqüência de funcionamento do motor, o qual será alimentado por corrente alternada, em virtude desse chaveamento transformar a corrente continua em alternada novamente. Houve um grande avanço na aplicação dos inversores na década de 80 em virtude do avanço na eletrônica de potência, com o desenvolvimento de semicondutores de potência com excelentes características de desempenho e confiabilidade, foi possível a implementação de sistemas de variação de velocidade eletrônicos, a qual é aplicada nesses inversores. O dispositivo de conversão de energia elétrica para mecânica continuou sendo o motor elétrico de indução, mas agora sem a utilização de dispositivos secundários mecânicos, hidráulicos ou elétricos. Em muitos casos a eficiência das instalações equipadas com estes novos dispositivos chegou a ser duplicada quando comparada com os sistemas antigos, estes sistemas de variação continua de velocidade utilizando os inversores de freqüência proporcionam, entre outras, as seguintes vantagens: economia de energia, melhoramento do desempenho de máquinas e equipamentos, devido à adaptação da velocidade a os requisitos do processo, elimina os picos de corrente na partida do motor, reduz a freqüência de manutenção dos equipamentos, etc.(gurgel, 2006). Os inversores podem ser classificados pela sua topologia, esta por sua vez é dividida em três partes, 1) tipo de retificação de entrada, 2) tipo de controle do circuito intermediário e 3) a saída. Independente da topologia utilizada. Tem-se agora uma tensão em correntes continua no circuito intermediário e deve-se transformar em tensão em

17 17 corrente alternada, para acionar o motor de corrente alternada. A topologia dos pulsos de modulação por largura tipo PWM (Pulse Width Modulation), é utilizada nos inversores de freqüência atuais em sua parte de controle. Vantagens de se utilizar a automação de poços com o controle via rádio, controlando e monitorando os inversores de freqüência os quais comandam os cabeçotes das Bombas de Cavidades Progressivas com relação a mudança de velocidade através da troca de polias do cabeçote ou do motor elétrico e de alteração da velocidade no próprio inversor de freqüência (RODRIGO et al, 2006): 1) Aumento da segurança operacional através da eliminação das tarefas de substituição de polias para ajuste de velocidade na haste e não necessidade de deslocamento do operador para a locação na alteração da velocidade; 2) Facilidade de mudança da Rotação Por Minuto através do SISAL comunicando com o inversor de freqüência; 3) Redução dos custos de operação e manutenção; 4) Aumento da confiabilidade do sistema de controle de reversão devido a inexistência de desgaste no freio hidrodinâmico, quando se utiliza o inversor de freqüência; 5) Redundância da segurança no sistema de controle de reversão através da utilização de dois sistemas de frenagem, hidrodinâmico e elétrico por parte do inversor de freqüência; 6) O inversor de freqüência tem a facilidade na integração com o sistema de automação; 7) Software de controle da operação com parada do equipamento e reversão controlada, Alarmes de condições operacionais anormais (sobre torque, nível de óleo, ruptura da haste, condição do driver); 8) Controle do torque através do controle de velocidade o que otimiza o rendimento da produção; 9) Permite visualizar de forma remoto as variáveis de processo (torque, velocidade da coluna de haste, tensão elétrica, potência consumida). A crescente utilização do petróleo como fonte de energia é um dos fatores que mais tem contribuído para a evolução tecnológica industrial neste setor, e com isso a eletrônica também tem acompanhado esta aceleração, onde a comunicação e monitoramento dos equipamentos estão cada vez mais sofisticados, a comunicação sem fio do servidor com os equipamentos de campo tem melhorado bastante a produção. A possibilidade de monitorar os poços de petróleo que utilizam a BCP, até mesmo o Bombeio Centrifugo Submerso (BCS) ou a Unidade de Bombeio (UB) como método de elevação permite a empresa aumentar a produção por causa da rápida percepção de falhas no processo, maior confiabilidade nos dados coletados pelos operadores, pois estes poços eram visitados várias vezes por dia para anotar dados de tensão, corrente, pressão da

18 18 cabeça do poço, da linha de produção, de temperatura e pressão do fundo do poço e se estavam parados ou não. Estas anotações eram feitas em planilhas impressas que apresentavam muitos erros de registro tais como, valor anotado errado, rasuras e consumo elevado de papel. A utilização da comunicação sem fio nos sistemas de automação vem crescendo de forma bastante acentuada e com vantagens superiores aos sistemas com cabeamentos (COSTA, 2011). O interesse na utilização de tecnologia de transmissão de dados sem fio em soluções para automação industrial tem crescido bastante nos últimos anos. Isto se deve às diversas vantagens trazidas por esse tipo de tecnologia que se adaptam bem aos sistemas de automação industrial. Podemos citar como algumas destas vantagens a facilidade e a rapidez de instalação, a economia em relação a projetos cabeados, a flexibilidade para alteração de instalações existentes, a integração de equipamentos móveis à rede, a possibilidade de posicionamento de sensores e atuadores em locais de difícil acesso, a não necessidade de infraestrutura para cabos e eletrodutos, dentre outras. (COSTA, P.17). É de grande importância um sistema local de controle do processo de elevação do petróleo capaz de mantê-lo no ponto ótimo de operação, identificar descontinuidades operacionais, retornar rapidamente ao ponto de operação após uma perturbação recuperando a produção da forma mais rápida possível, bem como diagnosticar a causa de algum problema, transmitindo a um sistema de supervisão avisos de providências a serem tomadas, tais como intervenção de limpeza, manutenção em equipamentos e outro. Os sistemas supervisórios suprem esta necessidade, pois permitem coletar dados do processo, além de monitorá-lo e atuar sobre ele com algum controle em nível de supervisão.

19 19 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo geral. O objetivo deste trabalho foi de comunicar o inversor de freqüência com uma automação de poços e SISAL fazendo o controle via rádio Objetivos específicos Estabelecer a comunicação para o monitoramento e controle da velocidade do cabeçote da Bomba de Cavidades Progressivas através de sistema de monitoramento SISAL interligado a automação do poço; Controle e monitoramento da velocidade do motor do cabeçote da BCP; Controle e monitoramento do torque do motor impelido na haste do cabeçote de BCP.

20 20 3 REVISÃO DA LITERATURA Para conseguir a comunicação da automação de poços com o inversor de freqüência obtendo monitoramento e controle do mesmo foi utilizado um sinal via rádio com uma placa eletrônica MDS TransNET (Microwave Data Systems), onde esta placa possibilitou a transmissão dos dados para o sistema SISAL existente. Porém para obter melhor êxito nesta tarefa foi necessário conhecer as características e funcionamento de todo o processo envolvido no sistema de bombeamento da bomba de cavidades progressivas, sistema esse que tem uma automação de poços interligada a um painel elétrico com inversor de freqüência comandando um motor elétrico de indução trifásico acoplado a um cabeçote de BCP Sistema de bombeio por cavidades progressivas Nos poços surgentes, os fluidos produzidos têm potencial de energia para alcançar a superfície sem a necessidade de auxílio por elevação artificial. À medida que um reservatório é depletado ou esgotado, a pressão estática no meio poroso diminui de tal forma que em um dado momento de sua vida produtiva a pressão de reservatório poderá tornar-se insuficiente impossibilitando que os fluidos possam surgir na superfície. Neste caso, deverá se instalar no poço algum método de elevação artificial de elevação. A escolha do método de elevação artificial é complexa, pois envolve inúmeros fatores, tais como: a viscosidade do fluido bombeado, o diferencial de pressão a ser elevado; a Razão Gás Óleo (RGO) do reservatório, a vazão de produção, a presença de areia, gás sulfídrico H 2 S, aromáticos, os Sedimentos Básicos de Água (BSW - Basic Sediments and Water), e a geometria do poço. O bombeio por cavidades progressivas é um sistema de elevação artificial e, como tal, visa à elevação do petróleo do fundo do poço até a superfície. Por suas características únicas é o método de elevação bastante indicado para reservatórios com materiais mais agressivos, tipo areia, ou óleos com alta viscosidade. Por questões de limitação no desenvolvimento do elastômero que geralmente são fabricados em borracha nitrílica com médio ou alto teor de acrilonitrila, ou nitrílica hidrogenada, sendo mais raramente usados outros materiais tais como o viton ou do adesivo apropriado para sustentar o elastômero ao

21 21 tubo estator, sua aplicação é bastante limitada em temperaturas elevadas (> 100ºC) ou quando o fluido produzido apresenta concentrações, mesmo que relativamente baixas, de aromáticos, gás sulfídrico, vapor de água e outros gases e contaminantes. Outra pressão entre recalque e sucção projetados para o poço. (ASSMANN, Cap.1, P.1) Funcionamento do sistema de bombeio por cavidades progressivas O sistema de bombeio por cavidades progressivas é baseado no funcionamento de uma bomba de cavidades progressivas. Essa bomba cria cavidades que, em seqüência, vão gerando um aumento de pressão ao longo do fluxo da própria bomba. Isso significa dizer que a cavidade criada no início da seqüência possui pressão inferior às posteriores. O sistema de Bombeio por Cavidades Progressivas é mais aplicado em poços rasos tendo em vista a pressão direta sobre a bomba, sem válvulas, e a forma com que a energia é transmitida da superfície à bomba no fundo, por hastes. e bem como para poços com uma pequena produção de areia, fluidos com alta e baixa viscosidade, e óleos parafínico. (REBOUÇAS, 2005). As linhas de interferência ou selagem são definidas como interfaces selantes que permitem a formação das cavidades e são formadas pelo contato entre o rotor e o estator, principais componentes da bomba de cavidades progressivas. O rotor da bomba de cavidades progressivas é de aço e revestido com cromo duro e tem o formato helicoidal, possuindo uma conexão para haste de bombeio. O estator é um tubo de aço revestido com elastômero (geralmente borracha nitrílica) formando uma cavidade helicoidal, onde a formação dessas cavidades isoladas permite o bombeio do fluido na bomba. Em suas extremidades existem conexões para o tubo de produção. Quando o rotor está inserido dentro do estator, onde as cavidades isoladas são formadas, e no momento que o rotor é girado no sentido horário, as cavidades se deslocam de cima para baixo, promovendo a ação de bombeio. (ASSMANN, 2008). A ilustração da figura 1 é útil no entendimento da variação de pressão ocorrida ao longo da bomba em relação à formação das cavidades.

22 22 Figura 1: Progressão das cavidades ao longo da bomba BCP Fonte: ASSMANN 2008 A energia mecânica necessária ao acionamento da bomba de cavidades progressivas (estator e rotor), localizada no fundo do poço, é transferida da superfície através de uma coluna de hastes. A rotação das hastes se dá através da redução da velocidade do motor elétrico de indução utilizando-se um acoplador mecânico denominado cabeçote. De acordo com REBOUÇAS, 2005 (P.38), onde o mesmo mostra a composição do Cabeçote de BCP e seu funcionamento. Neste método de elevação artificial é usada uma bomba de cavidades progressivas no fundo do poço. É uma bomba que trabalha submersa e consiste de um rotor usinado em forma helicoidal macho, em aço revestido por uma camada de cromo ou inox para reduzir o efeito da abrasão e um estator de material macio, geralmente um elastômero, moldado em forma de espiral fêmea com uma espira a mais que o rotor. A geometria do conjunto forma uma série de cavidades herméticas idênticas que com o movimento do eixo se deslocam progressivamente no sentido do bombeio. O acionamento da bomba pode ser originado na superfície e transmitido _a bomba por hastes ou originado diretamente no fundo do poço por meio de acionador elétrico ou hidráulico acoplado à bomba. Observe a ilustração da figura 2, que indica os principais elementos do sistema da bomba de cavidades progressivas.