Control sobre un prototipo de mecanismo de superficie con carrera larga para bombas de subsuelo de producción petrolífera

Abstract

A nivel mundial, las reservas de petróleo pesado han cobrado importancia como futura fuente de energía. Sin embargo, para obtener fluidos de hidrocarburos es necesario perforar a través de las capas geológicas de la tierra hasta dar con el yacimiento petrolífero. Cuando la presión del yacimiento disminuye la única manera de obtener una tasa alta de producción es utilizando sistemas de levantamiento artificial. En ese sentido la empresa MECANOIL S.A. que opera en el ámbito de la extracción de petróleo plantea la automatización de un prototipo de mecanismo de superficie. Para lo cual, la información de los posibles estados de funcionamiento del automatismo se estructura en base a los 3 primeros niveles de la pirámide CIM, dando lugar a 5 diferentes subsistemas que contienen las características tecnológicas de acuerdo con el tráfico y tipo de información que manejan. El tablero de control conformado por el PLC Siemens S7-1200 y el variador de frecuencia SINAMICS G120X, es el encargado del accionamiento parcial o completo del automatismo. Para esto la comunicación entre elementos se desarrolla en el perfil PROFIdrive del protocolo de comunicación Profinet mediante el telegrama 350. La interfaz gráfica del sistema se implementa en 5 niveles jerárquicos diseñados a partir de la norma ISA 101 permitiendo mostrar la información operativa del sistema y brindando un significado y contexto al estado de funcionamiento de los elementos que conforman el sistema. Ya en el funcionamiento del prototipo, la transición suave entre las carreras ascendentes y descendentes mejora la dinámica del proceso, mientras que las velocidades programadas en variador de frecuencia permiten obtener hasta un máximo de 4 ciclos de bombeo a media escala (52 cm) y hasta 2 ciclos de bombeo a máxima escala (105 cm). Para esto la sintonización de parámetros del controlador utiliza el método de Ziegler-Nichols que permite implementar una estrategia de control PID robusta para cumplir con los ciclos de bombeo programados. Finalmente, el sistema es evaluado mediante un conjunto de pruebas de funcionalidad y pruebas de usabilidad aplicadas a un grupo específico de personas.