sistemas secundarios de control pozos aguas profundas
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SISTEMAS DE CONTROL SECUNDARIOSistemas de control de BOP inteligentes
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
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Ric
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spin
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Ram
os
Se puede definir como una intervención secundaria, al medio alternativopara operar las funciones del sistema de control primario de los BOP en el caso depérdida total, y/o ayudar al personal durante algún incidente o falla inminente en elequipo o bien problemas de control de los BOP.
Estos sistemas pueden ser completamente independientes y separados, oincluso utilizar algunos de los componentes del sistema de control primario.
DESCRIPCIÓN
Existen tres clasificacionesgenerales de sistemassubmarinos: hidráulicos,hidráulico - eléctricos y ,eléctricos.
El más común o primario esel sistema hidráulico.
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
Sistema Primario
Al presionar un botón operativo de "función" en un panel de controlremoto, la corriente eléctrica activa un solenoide y abre un accionadorneumático. El aire impulsa un cilindro neumático que actúa sobre unaválvula de cuatro vías que se encuentra en el manifold del acumulador. Elmanifold envía fluido de aIta presión por la línea piloto hasta el conectordistribuidor submarino (súbase pod). En el conector, una válvula defunción (o reguladora) es piloteada hidráulicamente y permite que elfluido hidráulico del acumulador submarino o del sistema de superficieactive el preventor de reventones o la válvula seleccionada.
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
HIDHID
RIS
ER
Línea Hidráulica AzulLínea Hidráulica Amarilla
POD AMARILLO POD AZUL
Línea Matar Línea Estrangular
Sistema General de Control de BOP Primario (Basico)
Sistema de Control de BOP Primario (Basico)
MUXMUX
HID (MOD)
HID (MOD)
Unidad de Potencia
RIS
ER
Línea Eléctrica Azul
Línea Eléctrica Amarilla
POD AMARILLO POD AZUL
Línea Hidráulica Roja (LINEA CALIENTE O HOT LINE)
Válvulas Solenoides
Sistema General de Control de BOP (Secundario)
Los sistemas secundarios para laactivación de los BOP submarinos son:
• Hombre Muerto (DEADMAN)
• Funciones Modo Automático (FMA)
•Sistema Electro Hidráulico de Reserva (EHBU)
•Sistema de Desconexión de Emergencia (EDS)
•Sistema de Auto desconexión (DAS)
•Sistema de Auto corte (Auto shear)
•Sistema Acústico (AS)
•Sistema de Intervención por ROV
La selección de los requisitos ylos estándares de estossistemas fueron revisados yanalizados por variosorganismos reguladores deestándares en la industria,como:
1) MMS 2) NPD3) UK
4) API 16D, (Especificaciones para los
Sist. y Eq. Control para la perforación de pozos)
5) NORSOK, y
6) Guía IADC para aguas profundas y
guía IADC para control de pozos (Suplemento del 2000.)
Términos y definiciones
MMS (Minerals Management Service), Servicio de Gestión de Minerales.Organismo Regulador que establece normas para la Industria Petrolera en Aguas de EE.UU.
NPD (Dirección General del Petróleo de Noruega).Organismo regulador que establece normas para la industria petrolera noruega en el sector del Mar del Norte.
NORSOK (Norsk Konkuranseposisjon Sokkels ).En Inglés, Organismo para la Competitividad Permanente del Sector Offshore Noruego.
HSE (Health and Safety Executive, Salud y Seguridad)El organismo regulador que establece normas para la industria petrolera en el sectorbritánico del Mar del Norte.
Departamento de Recursos Minerales y PetróleoEl organismo regulador que establece normas para la industria petrolera en Australia.
UK (Reino Unido)Organismo Regulador para el Reino Unido
Las recomendaciones y disposicionesfueron guiadas con sentido comúnponiendo mayor énfasis en las cuestionesambientales.
Las pruebas críticas del rendimiento delsistema secundario para la activación delos BOP submarino dependen de:
• El tipo de sistema de control(Hidráulica o Multiplex, MOX)
• El método de estacionamiento sobre elpozo (anclado o con PD)
Los elementos importantes diseñados en unbuen sistema secundario se definen de lasiguiente manera:
· Respuesta rápida
· Capacidad suficiente
· Independencia del sistema primario
· Activación automática a la pérdida de la potencia hidráulica y eléctrica submarina
· Trabajar en presencia de lodo o ruido
· Desconexión accidental del LMRP con amague de brote
· Aseguramiento manual para que no fluye el pozo
· Ecológicamente independiente
*LMRP (Lower Marine Riser Package)
Sistema Hidráulico.
La transmisión de la señal se logra mediante el uso de un fluidohidráulico para activar una válvula piloto en los PODs.
Sistema MUX.
En aguas profundas, por encima de 3500 pies, la necesidad de unatransmisión rápida y segura de la señal exigían el desarrollo de lossistemas eléctricos. Sistemas que utilizan PLC (Programmable LogicControllers) para transmitir la acción del operador en un panel decontrol mediante un pulso electrónico que se transmite hacia el fondo,en las líneas submarinas. La fiabilidad ha sido reforzada por el uso demúltiples PLC redundantes. Los sistemas MUX tienen la ventajaadicional de ser capaz de utilizar secuencias programables y la lógicaoperacional a través de una programación personalizada.
Para las plataformas con un sistema múltiple de control que operan en el modo de
DP, el sistema recomendado es el sistema de hombre muerto, con las
mejoras sugeridas (señaladas mas adelante) y
como un suplemento o sistema complementario
del sistema de desconexión de emergencia (EDS)
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
Para los tipos de sistemas decontrol que funcionan en el modo
de ancla, el EDS y auto
desconectar (DAS), pueden ser
eliminados o anulados, para amboscasos un ROV sería necesario paramanualmente colocar un seguroque evite cualquier flujo.
Para las plataformas que
operan en el modo DP, elsistema recomendado es el
sistema de hombremuerto y como un sistema
complementario el EDS.
Para las plataformas con solo sistemas de control
hidráulico, además de un circuito de corte
automático se recomienda proporcionar el cierre
automático del pozo en el caso de que se desbloquee
el LMRP. Una vez más, un ROV se usaría para
garantizar que no haya flujo.
*LMRP (Lower Marine Riser Package)
.
Categorías y descripciones
breves.
Es importante definir el significado de cada uno de
los términos que se han utilizado y pueden ser
categorizados y brevemente descrito como
sigue:
Los sistemas y las prácticas varían considerablemente de un equipo
de perforación a otro, así como del área geográfica y la agencia
reguladora.
Hombre Muerto (Deadman)Aplicación MUX, activación hidráulicaFunción SecuencialActivación Automática con la pérdida (de señales eléctricas e hidráulicas)
Sistema en común: Independiente
AMF (Función Modo Automático)Aplicación MUX, activación hidráulicaFunción Secuencial Activación Automática con la pérdida (de señales eléctricas e hidráulicas)
Sistema en común: Módulo Electrónico Submarino (SEM)
EHBU (Sistema Electro hidráulico de Respaldo “Back up”)Aplicación MUX Función Secuencial Activación Manual Sistemas en común: MUX (cables, válvulas de solenoide y otros)
EDS (Sistema de Desconexión de Emergencia) Aplicación MUX Función Secuencial Activación Automática.Sistemas en común: Todos
Desconexión Automática Aplicación MUX, activación hidráulicaFunción Conector LMRP Activación Automática de ángulo de las Articulaciones Flexibles Sistema en común: Independiente
Auto Corte (Auto shear)Aplicación MUX, activación hidráulica Función De corte Activación Automática, y el LMRP por separado. Sistema en común: Independiente
Sistema acústicoAplicación MUX, activación hidráulica Función Acústica, por otros instrumentos y/o equipos.Activación Manual Sistema en común: Independiente
Intervención por ROVAplicación MUX, activación hidráulica Función Mecánica, por otros instrumentos y/o equipos.Activación Manual Sistema en común: Independiente
Sistemas
Cada vez es más
frecuente encontrar
varios sistemas de
activación secundaria
como un sistema integral
de respaldo propuesto
por Estados Unidos. Esto
ha facilitado a los
operadores a tener una
mejor expectativa en el
caso de una eventualidad
y reducir así los riesgos.
Hombre Muerto (Deadman)
Es un sistema de control totalmente automáticoque, operará el sistema secundario para laactivación de los BOP submarinos cuando esteoperando y exista un evento catastrófico queincluya la pérdida total de señal decomunicación y el suministro hidráulico a lasuperficie. Por lo general, esta secuenciafunciona sólo activando los rams de corte /ciego y su sistema de bloqueo.
Si está programada una función de corte de losrams, esta puede ser iniciada en función a lasoperaciones de perforación en curso.
Es un sistema independiente que no comparteningún componente con el sistema de controlprimario.
Una de las fallas más comunespara la activación del sistema esel desprendimiento del string deriser.
Debido a esta independencia, elsistema requiere un diseño en lainstalación dedicado a losacumuladores submarinos y alhardware a utilizar.
A pesar de que se encuentrenormalmente sólo en los sistemasde control de MUX, este podríautilizar un sistema de controlpiloto hidráulico convencional.
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
AMF (Función Modo Automático)
Un sistema de control totalmenteautomático opera en fondo los BOP(Cameron) de acuerdo a las funcionesprogramadas, para el caso de unproblema catastrófico que incluye lapérdida total de comunicación deseñal y la alimentación hidráulica a lasuperficie.
Estos fueron diseñados tambiénconsiderando la desconexión del risercomo el caso más probable. Es unsistema no autónomo, AMF recurrede algunos componentes utilizados enlas operaciones del sistema principalde control, incluido el SEM (ModuloElectrónico Submarino).
Algo de independencia esproporcionada por la instalaciónde los acumuladores submarinoscon ayuda del hardware ysoftware pueden serprogramados para operar variasfunciones. El número defunciones que pueden seroperadas sólo está limitado porla cantidad de líquido en losacumuladores submarinos.
A pesar de que se encuentranormalmente sólo en sistemasde control MUX, podría serutilizado en un sistema decontrol hidráulico convencionalpilotado.
EHBU (Sistema Electro Hidráulico de Respaldo “Back up”)
Un sistema alternativo de control(Desarrollado por Varco Shaffer)para usos especializados en losacumuladores proporciona untercer nivel de redundancia decableado para su uso en caso defalla total del sistema primario decomunicación. Este no es un sistemaindependiente, utiliza algunosmismos componentes que semanejan en operaciones de controlprincipal del sistema, incluyendo loscables de MUX y válvulas solenoides.
El Sistema Electro hidráulico deRespaldo “Back up” seencuentra como el sistemas decontrol antiguo de mayorGeneración (Shaffer MUX).
Pero en la actualidad ya seutiliza la fibra óptica de maneraconvencional. Este sistemasustituirá a los sistemas decontrol MUX nuevos conredundancia en la electrónica,tanto en los PODS como en launidad central de control ensuperficie.
EDS (Sistema de Desconexión de
Emergencia)
También se conoce como
sistema automático de
emergencia o de desconexión
rápida, este sistema es parte
del sistema de control
primario. Un EDS es una
secuencia de funciones que se
inician cuando la plataforma
se ha movido
significativamente fuera de
posición.
Este modo de falla es el máscomún cuando existenanomalías referidas al sistemaDP.
El EDS opera en el orden defunciones programadas para elBOP, principalmente para el casode rotura de tuberías hasta ladesconexión de la LMRP.
Secuencias múltiples se puedenprogramar en función a lasoperaciones de perforación, porejemplo, activando elfuncionamiento de los rams decorte.
Debido a que la programación esprovista por el PLC en el sistema,estos se encuentran sólo en lossistemas de control MUX.
Desconexión automática
Este sistema inicialmente utilizaacumuladores en el LMRP para efectuaruna desconexión mecánica de emergenciacuando la plataforma se mueve fueraubicación de manera significativa. Estesistema se ha instalado en algunasplataformas después de un análisis deriesgos demostrado, en la que el cabezaldel pozo estuviera a punto de fallar o alpunto de la desconexión para quedar a laderiva, desactivando antes el LMRP previoa que el sistema sea activado por el ROVsubmarino, una válvula hidráulica defuncionamiento mecánico piloto que sedispara cuando el ángulo de la juntaflexible llega a un ángulo predeterminado,iniciando la desconexión definitiva.
Este sistema por sí solo no puedeproveer de contención del pozo, perodebe combinarse con un circuito Autoshear. Se utiliza principalmente en lossistemas hidráulicos, pero ya seexperimenta utilizado un sistema decontrol de MUX.
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
Autoshear (Auto corte)
Autoshear es definido por el IADC como unsistema independiente que de formaautomática cierra el pozo ante unadesconexión imprevista del LMRP.
La característica Autoshear es un sistemaindependiente que tiene dos modos deestado: Desarmado y Armado. Armado,cuando el LMRP está separado del stack,activando Autoshear en caso de falla.
En la activación se cierran los rams de corteincluyendo la TR. La energía hidráulica seobtiene de los acumuladores montados enlos BOP. El paquete Autoshear es activado deforma mecánica y utiliza un sistemaindependiente de control hidráulico. Estesistema se utiliza en ambos subsistemasMUX y convencionales pilotadoshidráulicamente con un sistema de control.
Sistema acústico
Es un sistema de controlindependiente, alternativo quetiene la capacidad de operardiscretamente los BOP confunciones permanentes y / o conunidades autónomos portátiles decontrol mediante el uso deseñales codificadas acústicamentey transmitidas a través de el agua.
El sistema requiere un hardwaresubmarino especifico, software,acumuladores e hidrófonos, y seinstala en ambos sistemas (MUX) ylos sistemas convencionaleshidráulicos.
Sistema acústicoRegularmente resguardado en el bote No.1
ROV (Vehículo de Operación Remota)
ROV es un sistema independiente queconstituye la forma más simple ybásica de intervención secundaria,que ha estado en uso durantemuchos años. ROV puede serutilizado para desconectar el LMRP,cierre de Rams y activación decandados o incluso operar cualquierotra función en el BOP, siempre quela función haya sido equipado con elrequisito de conexión ROV. Tambiénse puede utilizar para operacionesmecánicas como el reemplazo de lasjuntas de conectores.
Para efectos de control el ROVestá equipado con una bombahidráulica y tiene la capacidad deinsertar una desconexión rápidaen un receptáculo hembraconectado directamente a unafunción del panel, activando losrams y/o candados. También sepuede equipar con una bombahidráulica de reserva paraejecutar funciones de menorvolumen, las funciones de grancapacidad volumétrica y de cortepueden inclusive operar con aguade mar.
Ing. Ricardo Espinosa Ramos
Ing. Ricardo Espinosa Ramos