Shell Estabiliza el Flujo de Gas y Líquido en Oleoductos y Ductos

Shell Estabiliza el Flujo de Gas y Líquido en Oleoductos y Ductos Ascendentes (Risers)
"Desarrollamos una estrategia de control con
LabVIEW Real-Time y FieldPoint que elimina el
slugging severo y controla los tapones transitorios
sin un aumento repentino de gas"
- Gert Haandrikman, Shell Global Solutions International B.V. (
http://www.shell.com/global/products-services/solutions-for-businesses/globalsolutions.html)
El Reto:
Controlar y reducir el desarrollo de grandes tapones de flujo (slugs) en un sistema de línea de flujo y ductos ascendentes debido a cambios
operacionales, tales como la puesta en marcha, el aumento en la producción o las condiciones de flujo.
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de Estudio
Completo
La Solución:
Utilizar NI LabVIEW Real-Time y E/S distribuidas con FieldPoint para desarrollar el Sistema de Supresión de Slug (S 3) que consiste en un mini
separador ubicado entre la parte superior del ducto ascendente y el separador de la primera etapa.
Autor(es):
Gert Haandrikman - Shell Global Solutions International B.V. (http://www.shell.com/global/products-services/solutions-for-businesses/globalsolutions.html)
El comportamiento de Slugging en los Ductos
Los oleoductos o los sistemas de líneas de flujo y ductos ascendentes transportan hidrocarburos líquidos, gas y agua de los pozos satélites hacia una
plataforma de producción central. Idealmente, un oleoducto produce una cantidad constante de gas y líquido; sin embargo, separar el flujo de gas del
líquido en una sola tubería puede causar problemas: la velocidad real de la fase de gas es mayor que la velocidad del líquido. La fase liquida tiende a
acumularse en las depresiones y secciones inclinadas del ducto, causando un comportamiento irregular del flujo. Como resultado, grandes volúmenes de
líquido (llamados slugs o tapones) pueden fluir a través de la tubería. Además, los cambios operativos como el arranque y el aumento de producción
pueden crear grandes tapones, que podrían dar lugar a grandes pérdidas en la producción de crudo y gas.
El aplazamiento de la producción resulta de la mala utilización de separadores, las inestabilidades del proceso, puestas en marcha que consumen mucho
tiempo, especialmente para sistemas de líneas de flujo y ductos ascendentes, y sistemas de obstrucción superior para evitar el slugging. Un problema
adicional con el slugging es la compresión de la fase de gas detrás de un tapón líquido. El transporte de un slug requiere de una presión más grande
detrás de él para mantener el tapón moviéndose a través de la tubería. Este aumento de presión depende del tamaño del slug de líquido. Después de
que el slug llega a la salida del ducto o de la plataforma de producción, el gas comprimido crea un aumento repentino de gas, que puede resultar en
trastornos más importantes en la parte superior de las instalaciones.
Supresión y control de slugs
El S 3, desarrollado por Shell Global Solutions y comercializado por Dril-Quip, consiste en un mini separador posicionado entre la parte superior del ducto
ascendente y el separador normal de la primera etapa. El mini separador tiene dos salidas: una para el flujo de gas y una para el flujo de líquido. Las
válvulas controlan ambos flujos de salida, y reciben sus señales desde un sistema de control. Desarrollamos una estrategia de control con LabVIEW
Real-Time (http://www.ni.com/labview/realtime/esa/)y FieldPoint (http://www.ni.com/compactfieldpoint/esa/) que elimina el slugging severo y controla los
tapones transitorios sin un aumento repentino de gas.
Sistema de control de exactitud
La electrónica usada en el sistema de control S 3 consiste en una sección de controladores inteligentes NI FP-2010 para proporcionar información para la
recopilación y el control, que también incluye la interfaz de comunicación serial para los sistemas de control existentes (ECS). También se puede utilizar
la interfaz de comunicación serial para controlar de forma remota los puntos de referencia y modos de operación. Con esta redundancia integrada, la
disponibilidad del sistema es 99.95%, suponiendo un periodo de reparación de cuatro horas durante el tiempo de inactividad.
Hemos programado toda la aplicación utilizando LabVIEW (http://www.ni.com/labview/esa/). Para los algoritmos de control, aplicamos bloques del
LabVIEW PID Control Toolkit, sumados a algoritmos adicionales para asegurar el control correcto y rápido del sistema de supresión de slugs cuando los
modos de control cambian. La implementación en los controladores lógicos programables (PLC) existentes y herramientas de servicios digitales de
celular (DCS) no es sencilla debido a la complejidad de estos algoritmos de control adicionales, pero LabVIEW proporciona el conjunto de herramientas y
abstracciones necesarias. Durante el desarrollo de la aplicación, probamos rápida y sencillamente ideas y analizamos su viabilidad con LabVIEW. Este
proceso mejoró significativamente la velocidad de investigación y desarrollo para el S 3. Además, en lugar de contratar a especialistas, desarrollamos las
aplicaciones utilizando LabVIEW con solo dos días de entrenamiento.
De las pruebas a la producción
Se realizaron las primeras pruebas del sistema en un anillo de prueba de aire y agua que consiste en un ducto de 100 metros y un riser (ducto
ascendente) de 15 m. Desarrollamos el sistema completo de medición y control con este anillo. Después de estas pruebas, se evaluó el sistema con
éxito en condiciones de campo en la plataforma E&P Shell UK Gannet Alpha. Los primeros sistemas de prueba incluyen el software LabVIEW estándar,
hardware de adquisición de datos y SCXI, pero tenemos la intención de utilizar LabVIEW Real-Time y E/S distribuidas de la serie FP-2010 en los
primeros sistemas disponibles comercialmente. Estos sistemas pueden descargar código de LabVIEW directamente a los módulos FieldPoint,
asegurando la operación en tiempo real y de manera confiable. Los lazos de control son independientes de un sistema operativo en una PC, lo que
optimizará aún más el sistema de control.
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La electrónica usada en el sistema de control S 3 consiste en una sección redundante de controladores inteligentes NI FP-2010 para proporcionar información para
recopilación y control.
Legal
Este caso de estudio (este "caso de estudio") fue desarrollado por un cliente de National Instruments ("NI"). ESTE CASO DE ESTUDIO ES PROPORCIONADO
"COMO ES" SIN GARANTÍA DE NINGUN TIPO Y SUJETO A CIERTAS RESTRICCIONES QUE SE EXPONEN EN LOS TÉRMINOS DE USO EN NI.COM.
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