Andrea Paola Martínez

Ingeniero de Petróleos

Durante las diferentes operaciones realizadas en el tratamiento de la producción de un campo petrolero, es necesario realizar el CONTROL del proceso correspondiente en cada una de sus etapas.

El control del proceso involucra cuatro variables importantes que están presentes en casi todos los equipos y elementos de una facilidad de producción:

• Presión

• Temperatura

• Nivel de fluido

• Caudal

Generalmente el control de las diferentes operaciones realizadas en los equipos del proceso se efectúa mediante un elemento controlador, un elemento de transmisión y una válvula de control LAZO DE CONTROL.

El lazo de control

Un lazo de control requiere la ocurrencia de tres tareas:

• Medida

• Comparación

• Ajuste

El lazo de control

Variables del proceso

PRESIÓN – Es la fuerza ejercida por un cuerpo o un fluido sobre un área específica.

MEDICIÓN Y CONTROL – Tubos Bourdon de tipo helicoidal o espiral, tipo C y por diafragmas.

Tubos Bourdon

Es el método más usual para medir presiones, consiste en un tubo aplanado de bronce o acero curvado en arco. A medida que se aplica presión al interior del tubo, éste tiende a enderezarse, y éste movimiento se transmite a un cuadrante por

intermedio de un mecanismo amplificador adecuado.

TEMPERATURA – Es el aumento del movimiento de las moléculas de una sustancia ya sea por fricción, presión o combustión. MEDICIÓN Y CONTROL - Termómetros (Dispositivos Mecánicos o Eléctricos) y Resistencias. z

Variables del proceso

Variables del proceso

NIVEL – Altura de algún fluido o sólido con respecto a un punto de referencia.

MEDICIÓN Y CONTROL – Flotadores con cinta incorporada y desplazadores.

Variables del proceso

NIVEL – Altura de algún fluido o sólido con respecto a un punto de referencia.

MEDICIÓN Y CONTROL – Flotadores con cinta incorporada y desplazadores.

Variables del proceso

FLUJO – Cantidad o volumen desplazado de un fluido de un lugar a otro.

MEDICIÓN Y CONTROL – Directos o desplazamiento positivo e indirectos (Turbina y disco de orificio).

• Variable de proceso

Son aquellas que pueden cambiar las condiciones de un proceso.

• Setpoint

Valor al que se desea mantener una variable de proceso.

• Variable medida

Es aquella que se desea mantener estable.

• Variable manipulada

Es aquella que varía para mantener constante la variable medida

• Error

Es la diferencia entre la variable medida y el setpoint. Puede ser + ó -. Está compuesto por:

Magnitud

Duración

Velocidad de variación

• Offset

Es una variación constante de la variable de proceso, respecto del setpoint..

• Variación de carga

Es un cambio no deseado en algún factor que pueda afectar la variable de proceso.

• Algoritmo de control

Es la expresión matemática de una función de control

Componentes del lazo de control

• Elemento primario o sensor

Es el primer elemento en un lazo de control el cual

mide la variable de proceso.

• Trasductor

Convierte una señal física en una eléctrica

• Convertidor

Convierte una señal de un dominio en otro

• Transmisor

Convierte la lectura de un sensor en una señal

estándar que pueda ser transmitida

Sistema de control de lazo abierto

Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la acción de control.

Ejemplo: el llenado de un tanque usando una manguera de jardín. Mientras que la llave siga abierta, el agua fluirá. La altura del agua en el tanque no puede hacer que la llave se cierre y por tanto no sirve para un proceso que necesite de un control de contenido.

Ejemplo 2 Al hacer una tostada, lo que hacemos es controlar el tiempo de tostado de ella misma entrando una variable (en este caso el grado de tostado que queremos)

Estos sistemas se caracterizan por:

• Ser sencillos y de fácil concepto.

• Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.

• La salida no se compara con la entrada.

• Ser afectado por las perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles o intangibles.

• La precisión depende de la previa calibración del sistema.

Sistema de control de lazo cerrado

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia.

El control en lazo cerrado es útil cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:

- El proceso no es posible de regular por el hombre.

- Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es capaz de manejar.

Control de temperatura en un establo

Control de caudal en una tubería

Estos sistemas se caracterizan por:

• Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.

• La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.

• Su propiedad de retroalimentación.

• Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas.

Nomenclatura de los equipos de producción

TA: Tanques

ID: Desnatadores Decantador, Oil Skimmer, Skim Tank Caja API.

PA: Generador

GA: Bombas

KB: Compresor

IF: Filtros

DS: Separadores y Scrubbers

DC: Slug Catcher

FA: Tratador Térmico (HT).

GB: Gun Barrel

NH: Línea de Crudo

NW: Línea de Agua

NG:Línea de Gas

NC: Línea de Condensados

FS: Línea de Gas – Tea

Nomenclatura de instrumentación

ESDV: Emergency shut down valve - Válvula de cierre de emergencia.

LCV: Level controller valve - Válvula controladora de nivel.

LI ò LG: Level indicator or gauge - Nivel visual (visor).

LSL: Level switch Low - Interruptor de bajo nivel.

LR: Level recorder - Registrador de nivel.

PC: Pressure controller - Controlador de presión.

PCV: Pressure controller valve - Válvula controladora de presión.

PI ò PG: Pressure indicator or gauge – Manómetro.

PSH: Pressure switch high - Interruptor de alta presión.

PSL: Pressure switch level - Interruptor de bajo nivel.

Nomenclatura instrumentación

PSV: Pressure safety valve - Válvula de seguridad por alta presión.

PR: Pressure recorder - Resgistrador de presión.

TC: Temperature controller - Controlador de temperatura.

TCV: Temperature cpntroller valve - Válvula controladora de temperatura.

TI ò TG: Temperature indicator – Termómetro.

TSH: Temperature switch high - Interruptor de alta temperatura.

TR: Temperature recorder - Registrador de temperatura.

FR: Flow recorder - Registrador de caudal.

TW: Termowell – Termopozo.

BSL: Burner safety low - Indicador de encendido del piloto.

PDI: Differential pressure indicator - Indicador de presión diferencial.

Identificación

• La primer letra indica la variable medida

– T (temperature)

– F (flow rate)

– P (pressure)

• La segunda letra indica la función del dispositivo

– T (transmmiter)

– E (sensor)

– I (indicator)

• La tercer letra es un modificador o indica

multifunción (función del dispositivo)

instrumento que muestra información en sala de control

El número representa una etiqueta, frecuentemente relacionada con un lazo de control particular

Ejemplo

Árbol de navidad

Un arreglo de válvulas, tambores, medidores de

presión y estranguladores fijados en el cabezal de un

pozo terminado para controlar la producción.

Los árboles de Navidad se encuentran disponibles en

una amplia gama de tamaños y configuraciones, tales como

configuraciones con capacidad de baja o alta

presión y con capacidad para terminaciones simples o

múltiples.

Los arboles de navidad se utilizan tanto en la superficie como en pozos submarinos. El arbol submarino más profundo instalado se encuentra en el Golfo de México en aproximadamente 9 000 pies.

Donde se utilizan

La función principal es para controlar flujo, por lo general aceite o gas, fuera del pozo. Un árbol también se puede usar para controlar la inyección de gas o agua en un no productor así con el fin de mejorar las tasas de producción de petróleo de otros pozos

Cual es su función?

Un árbol a menudo proporciona numerosas funciones adicionales:

• Puntos de inyección de productos.

• Medios de intervención.

• Medios de alivio de presión.

• Válvulas de estrangulación.

• Putos de conexión para dispositivos.

Válvula de suabeo: La válvula superior extrema de un árbol de naviad que proporciona acceso vertical al pozo.

Válvula lateral: Las válvulas laterales se encuentran incorporadas en las 'alas' de un árbol de Navidad para proveer acceso a la tubería de producción con fines de producción y control del pozo. La mayoría de los árboles de Navidad están provistos de dos alas: una válvula lateral de producción dedicada, conectada a las instalaciones de producción de superficie, y una válvula lateral de ahogo que puede ser utilizada con fines de control o tratamiento del pozo.

Partes de un árbol de navidad

Estrangulador: Es un dispositivo de un orificio, utilizado para controlar la tasa de flujo de fluido o la presión del sistema aguas abajo. Los estranguladores se encuentran disponibles en diversas configuraciones tanto para modos de operación fijos como ajustables (reguladores). Los estrangulafores ajustables (reguladores) permiten modificar los parámetros de presión y flujo de fluidos para adecuarlos a los requerimientos de producción. Los estranguladores fijos no ofrecen esta flexibilidad, pero son mas resistentes a la erosión en condiciones prolongadas de operación.

Partes de un árbol de navidad

Válvula maestra: Controla todo el flujo del pozo. La válvula maestra superior se utiliza como rutina, en tanto que la válvula maestra inferior ejecuta la función de apoyo o contingencia en caso de que la válvula de servicio normal presente una fuga y necesite reemplazarla.

Partes de un árbol de navidad

• Mariposa

• Globo

• Aguja

• Compuerta

• Bola

• Diafragma

Válvulas

Características de una válvula

Este tipo de válvula solamente es utilizada para CONTROL DE PROCESO, NO ES EFICIENTE EN CIERRES TOTALES ni en cortes permanentes SOLO EN CORTES TEMPORALES para grandes caudales gases y líquidos pero a baja presión.

Válvula tipo mariposa

Este tipo de válvula es utilizado para CONTROLAR FLUJO POR SU SISTEMA DE CIERRE, sello y caída de presión.

Válvula tipo globo

Este tipo de válvulas son BÁSICAMENTE VÁLVULAS DE GLOBO que tiene un vástago cónico similar a una aguja, que ajusta con precisión en su asiento. Se puede tener estrangulación exacta de volúmenes pequeños

Válvula tipo aguja

Este tipo de válvulas tiene buena capacidad de cierre y apertura, son muy prácticas ya que actúan solamente girando la manivela 90º para que GENERE PASO COMPLETO O CIERRE TOTAL. NO SON EFICIENTES EN CIERRES O APERTURAS PARCIALES

Válvula tipo bola

Este tipo de válvula es eficiente PARA CONTROLAR FLUIDOS en GRANDES CAUDALES Y ALTAS PRESIONES, excelente sello ya que genera poca resistencia al fluido y es de poco accionamiento.

Válvula tipo compuerta

Este tipo de válvulas sirven para CONTROL AUTOMÁTICO DE PRESIÓN, CAUDAL Y NIVEL, es decir en constante movimiento de cierre y apertura.

Válvula tipo diafragma

Las bridas son los accesorios de conexión de entre dos elementos de un sistema de tuberías. Existen de dos tipos ; RF y RTJ donde cada una tiene su funcionalidad dependiendo la presión de operación.

Bridas

Generalmente manejan rangos desde 150, 300 y 600 psi y su conexión y sello esta dado por un empaque espirometálico, de asbesto o tipo disco.

Bridas RF

Generalmente manejan rangos desde 600, 900, 1500, 2500 y 5000 psi y su conexión y sello esta dado metal-metal por un rin o disco de acero.

Bridas RTJ

Generalmente manejan rangos desde 600, 900, 1500, 2500 y 5000 psi y su conexión y sello esta dado metal-metal por un rin o disco de acero.

Bridas Ciegas