SENSORES ULTRASÓNICOS INTELIGENTES

MonitorClampOn SandQ®PROCESAMIENTO DE SEÑALES DIGITALES

SENSORES ULTRASÓNICOS INTELIGENTES

FLUJO Y ARENA

El sensor SandQ® de ClampOn es la soluciónperfecta para cualquier operador que quieraque sus pozos produzcan en condiciones deseguridad al máximo nivel posible; es decir,para cualquiera que necesite una medicióncuantitativa, precisa y en tiempo real de laspartículas de arena.

El mercado llevaba años demandandoun equipo capaz de medir la cantidad departículas sin contar con datos de caudal.SandQ® proporciona a los operadoresencargados del control de arena, la erosióny la corrosión una información muy valiosa,de la que hasta ahora no disponían.

El revolucionario sensor SandQ®,con patente de ClampOn, está dis-eñado para instalarse a la salida de uncodo. En este punto existe un perfil deflujo turbulento bien desarrollado y elsensor puede medir directamente lacantidad de partículas, sin datos de caudalprocedentes de fuentes externas. Estacapacidad reduce radicalmente los costesde calibración en el campo. De hecho, unavez que el sensor sale de la fábrica deClampOn, no hay que volver a calibrarlo.

SandQ® comparte las mismas interfacesy protocolos de comunicaciones que el actualMonitor de Partículas DSP. Eso significa quetodos los clientes que ya disponen de instru-mentos ClampOn pueden integrar el nuevomonitor SandQ® en sus sistemas existentes:es tan sencillo como cambiar un equipo porotro. SandQ® es un equipo intrínsecamente

Monitor ClampOn SandQ®

The SandQ® fitted onto a production pipe.

seguro y cuenta con certificación EEx ia IIB.

ClampOn es una compañía de granprestigio en el sector de petróleo y gas«aguas arriba», y es desde hace muchosaños el líder en sistemas de monitoreo dearena y raspatubos para la industria costaafuera.

¿Qué Ventajas Ofrece el SandQ®?

La producción de arena en los pozos depetróleo constituye un grave problema paralas compañías del sector. El desafío noconsiste sólo en evitar la producción dearena, sino también en optimizar la produc-tividad del pozo; no hay que olvidar queincluso pequeñas cantidades de partículaspresentes en el flujo del pozo puedenprovocar daños importantes.

Cualquier operador está interesado en unaproducción y unas utilidades máximas,independientemente de la tecnología quese utilice. La tecnología patentada deClampOn para el monitoreo y el control dela producción de arena nos ha llevado aconvertirnos en el proveedor preferido porlos operadores de todo el mundo. El monitorSandQ® incorpora una innovadora técnicade filtrado que se combina con altas presta-ciones de monitoreo de flujo; el resultadoes una herramienta extremadamente útilpara analizar la naturaleza de la produc-ción de arena, controlarla y, en último tér-mino, maximizar las utilidades del pozo.

Cualquier propietario u operador de una fábrica quiere que su instalación funcione de la manera máseficiente y productiva posible. En la gestión de petróleo y gas ocurre lo mismo y para maximizar lasutilidades ClampOn le ofrece la herramienta perfecta: el Monitor SandQ®. ClampOn es el proveedorde sistemas de monitoreo de arena más importante del mundo: sus sistemas DSP se utilizan cada día en miles de pozos.

El flujo de producto se mide medianteuna técnica activa Doppler de impulsos. Elelemento Doppler integrado rastrea laspartículas/burbujas en el flujo utilizandouna frecuencia de repetición de impulsosextremadamente alta (8000 pings porsegundo). La frecuencia de impulsos es tanrápida que, para velocidades de flujo típicasde 0,3 a 20 m/s, la distancia que una bur-buja o partícula puede recorrer entre dosimpulsos es muy inferior a la anchura de hazdel impulso. De esta manera, las burbujas opartículas del fluido son «interceptadas» porvarios impulsos, lo cual permite rastrear sumovimiento. Con el desarrollo de esta técnica,ClampOn ha conseguido medir en ambientesmultifase y crear un instrumento que rastreael flujo con gran precisión, el flujo puedeser monofase o multifase. Las señales seprocesan internamente mediante una unidadDSP antes de enviarlas a una computadorao sistema de control (no se requiere Unidadde Interfaz de Cálculo). El SandQ® se entregaperfectamente calibrado. No se requiereninguna calibración especial sobre el terrenopara empezar a utilizarlo: lo único que hayque hacer es fijarlo a la pared de la tubería.

Con el monitor SandQ® de ClampOn, eloperador de campo puede evaluar los datosde flujo y arena en tiempo real y tomar lasdecisiones oportunas para optimizar laproducción.

Procesamiento de SeñalesDigitales de Alta Capacidad:

el FuturoEl SandQ® ofrece digitalización completa,reduciendo al mínimo absoluto la cantidad defiltros analógicos, circuitos y amplificadores.Su tecnología patentada incorpora unapotente unidad de procesamiento de señalesy un software modular con prestaciones muycompletas. El sensor trabaja simultánea-mente en varias bandas de frecuencias deultrasonidos, lo que ha permitido imple-mentar una serie de nuevas característicasde procesamiento de señales. Las avanzadastécnicas de filtrado y procesamiento deSandQ® permiten analizar y compensar el ruido generado por diferentes tipos deválvulas estranguladoras y condiciones decaudal. La unidad avanzada de Procesa-miento de Señales Digitales (DSP) de SandQ®presenta una sensibilidad, repetibilidad,precisión y capacidad para separar ruidosajenos (ruido del flujo) superiores a cualquiersistema tradicional alternativo. Todos estosfactores son importantes a la hora de cuanti-ficar la producción de arena y convierten a

SandQ® en una herramienta vital para elcontrol cotidiano de arena.

La Figura 1 muestra un sensor instaladojunto a una válvula estranguladora en unpozo de gas a alta presión y con elevadavelocidad de caudal. Las figuras permitencomparar las señales generadas con unsistema tradicional alternativo y las gene-radas con la nueva tecnología de filtradoSandQ®. El nuevo filtro (Figura 2) reduce elruido no deseado en un factor de 500, encomparación con las soluciones alternativas.

No existe ninguna otra tecnología quepueda compararse con el SandQ® deClampOn en términos de optimización yutilidad de la producción.

Principio de OperaciónPara medir la cantidad de arena que se estáproduciendo, hemos combinado dos instru-mentos en uno. El SandQ tiene integradala medición de la velocidad del flujo mixto.El sensor se instala a la salida de un codo,a una distancia equivalente a unas pocasveces el diámetro de la tubería, donde el flujoes turbulento.

El monitor SandQ® mide las partículas/arena mediante tecnología ultrasónica pasiva:lo que hace es detectar la señal ultrasónicaque generan las partículas al chocar contrael interior de la tubería inmediatamente acontinuación del codo donde se instala elsensor.

Figura 1. Señal captada por un sensor tradi-cional / alternativo ( instalado en un pozo degas a alta presión y elevada velocidad deflujo), sin tecnología de filtrado DSP-06.

Figura 2. Señal generada en las mismascondiciones con el nuevo filtro ClampOnDSP-06. Las figuras muestran cómo el sen-sor elimina completamente el ruido del f lujo,lo que permite que el operador pueda con-trolar el estado real de la producción dearena.

Figura 3. La ilustración muestra cómo el sensor “sigue” mediante barrido ultrasónico el rastrode una burbuja para medir el flujo.

En muchos casos, un pozo se produce con-servadoramente, a una distancia segura pordebajo de la línea azul (ver Figura 4) paraasegurar que no haya producción de arena.Ese es, sin duda, un método seguro de con-trolar la arena, aunque costoso. Un plan degestión de arena más activo puede ayudara mejorar de forma significativa las cifrasde producción. Por encima de la línea roja(ver Figura 4) la producción continua dearena es posible, situación que debe evi-tarse. El área situada entre la línea azul y la línea roja es donde se halla el mayorpotencial para aumentar de forma segurala producción e incrementar las utilidades.

En el control de arena intervienen tres factores

fundamentales: predicción, manejo y medición

• Predicción. La predicción ayuda al opera-dor a comprender cómo produce el pozo ycómo controlar la producción de arena. Lasherramientas de predicción de producciónde arena (basadas en datos geológicos y delyacimiento) también resultan útiles paradiseñar las instalaciones y garantizar queestén preparadas para manejar la produc-ción de arena, y para definir la estrategiade control.

• Manejo de la arena. La arena producidapenetra en el sistema de procesamiento. Eloperador debe estar seguro de que disponede un método seguro para manejarla. Lasupervisión del ritmo de erosión y las activi-dades de remoción son un factor esencialen la gestión de arena.• Medición. La medición es de vital impor-tancia en un sistema de control de arena.Una vez que se dispone de sistemas segurosde predicción y tratamiento, incluido elcontrol del riesgo de erosión y remoción dearena, es necesario implementar un métodoconfiable de medición, con el objeto degarantizar que los parámetros establecidosse respeten y no se excedan. Aquí es dondeinterviene el monitor SandQ® de ClampOn.La extremada sensibilidad del sensor, elmecanismo de filtrado y sus solucionespatentadas de control en tiempo real loconvierten en la mejor herramienta existentepara mantener un programa de control dearena confiable y seguro.

Gestión de Arena con ClampOn

La producción de arena en un yacimiento de petróleo supone una disminución en el nivel de producciónasí como un aumento de los costos de mantenimiento; además, representa un grave riesgo para lasinstalaciones colindantes. Este factor nunca puede obviarse; de hecho, todos los pozos perforados enformaciones no consolidadas deben contar con algún tipo de sistema de monitoreo de arena, preferi-blemente un sistema de monitoreo en tiempo real.

ClampOn lleva más de una década traba-jando en el problema de la producción dearena y ayudando a sus clientes, en todo elmundo, a medir y predecir este fenómeno.

Gracias a su experiencia en miles depozos, ClampOn cuenta con un conoci-miento práctico único sobre la aparición,medición y control de la producción dearena. A lo largo de los años, ClampOn hatrabajado con algunas de las compañías másimportantes dedicadas a la investigación yel servicio en este sector. Nuestros conoci-mientos, adquiridos mediante experienciapráctica en aplicaciones de campo conmonitores ClampOn, unidos al alto nivel denuestros socios, nos permiten ofrecer unproducto de prestaciones insuperables.Incluso para las compañías internacionalescon gran experiencia, la oportunidad deobtener asesoramiento de los líderesmundiales en la gestión de arena con sólouna llamada de teléfono es invaluable.

Figura 4. Filosofía de la gestión de arena. Cuantomás cerca de la línea roja pueda producir unoperador de forma segura, más utilidades obten-drá de los pozos.

Figura 5. El gráfico muestra la gran precisión de las mediciones de velocidad de flujo con Sand Q,incluso con el sensor instalado muy cerca de un codo.

Mediciones de SandQ – monitor instalado a una distancia de 2 x DI aguas abajo

– comparación con referencia

Velo

cida

d m

edid

a [m

/s]

Velocidad de flujo [m/s]

Caudal

Resistencia de la arena

Límite máximo deproducción segura

Producción masiva de arena

Producción ocasional de arena

Ninguna produc-ción de arena

Mejora de laproducción

Línea límite deproduc-ción sinarena

Referencia

Medición de SandQ

ClampOn, Líder en Control de Paso de Arena

Hasta agosto de 2010, ClampOn ha entregado más de 8000 Sistemas de Monitoreo de Partículassubmarinos y de superficie a operadores de todo el mundo. Shell Brent, Woodside Australia y otros haninstalado más de mil sensores para optimizar su producción y eliminar los riesgos asociados a laerosión. Repetibilidad, precisión, relación señal/ruido y resistencia, así como la experiencia y conoci-mientos de nuestra compañía en este campo, son las características por las que nuestros clienteseligen los sistema de ClampOn.

El continuo desarrollo tecnológico y la for-mación de nuestro personal han situado aClampOn en el primer puesto en todas laspruebas de campo y de laboratorio en lasque ha participado, posición que estamosfirmemente decididos a mantener en elfuturo. El modelo de SandQ® es decisivopara ayudar a que los operadores mejorensu rendimiento en las situaciones en que la arena es un problema. Si le interesa

aumentar sus utilidades, el monitor SandQ® de

ClampOn es sumejor elección.

Figura 6. Configuración típica, en la que los sensores y la caja de conexiones se conectan através de una fuente de alimentación a una o varias computadoras dedicadas y/o al sistemade control del cliente.

Configuración del sistema

Área de campo Área segura

Es posible añadir varios sensoresal sistema

Caja con-exiones

Fuente de alimentación

Sistema princi-pal de control

del cliente

Palabras clave• Sensibilidad• Discriminación de ruidos

• Repetibilidad• Medición en tiempo real

Para obtener unas mediciones precisas esesencial contar con una relación señal/ruidode alta calidad. En este sentido, el SandQ®ofrece la mejor relación señal/ruido delmercado. La Figura 7 muestra con claridadla diferencia entre un sistema tradicional/alternativo y el sistema ClampOn. La línearoja corresponde a un sensor afectado porruidos de fondo y con una relación señal/ruido inadecuada. En el peor caso, la señalde la arena se ve incluso anulada por el ruidode fondo, en lo que constituye una situaciónpésima para el usuario. En pozos de gas dealta velocidad, en los que las gotas de líquidochocan con la pared de la tubería a veloci-dades elevadas, el modelo rojo suele indicarsistemas sensibles al flujo. Como conse-cuencia, el usuario puede verse inducido areducir la producción y arruinar la produc-tividad... ¡aunque no se esté produciendoarena en absoluto!

ClampOn es también muy importante parala eficiencia de la instalación de campo,debido a sus bajos costos de calibración.

Cómo determinar la máximaproducción libre de arena enun pozo de petróleo o gas

A menudo, nos encontramos con operadorespreocupados porque no tienen un controlpreciso de la producción de arena de suspozos, y eso les incita a reducir la produc-ción de forma innecesaria. De hecho, esbastante común encontrar reducciones en laproducción de entre el 20 y 75% en pozosde petróleo y gas. Por su alta calidad y con-fiabilidad, y porque aporta una informaciónvital para el operador, el monitor SandQ® esla forma más sencilla de aumentar la produc-ción. Y es que, teniendo en cuenta las limita-ciones que impone la producción de arena,merece la pena pararse a evaluar los siste-mas de monitoreo de arena de ClampOn.Para detectar la arena de forma óptima es devital importancia disponer de un sistemarápido y preciso. Normalmente, el operadorcorta la producción en el momento en el quedetecta la presencia de arena (o cuando creeque la hay). La figura 8 (derecha) corre-sponde a un pozo en el que la producción dearena está disminuyendo. La curva repre-senta lo que llamamos un modelo «BUENO».Tal y como vemos en la imagen, la arena segenera debido a un incremento en la produc-ción (con la apertura de la válvula estrangula-dora). Mediante un sistema confiable demonitoreo de arena, el operador puede vigi-lar la evolución de la producción de arena.La figura muestra cómo la producción dearena se reduce con el tiempo, debido a laconsolidación del yacimiento productor. Elmodelo indica al operador que la producciónde petróleo y gas puede continuar al mismonivel, ya que el pozo pronto quedará libre dearena. Cuando por fin el flujo deja de trans-portar arena, el operador puede volver aabrir el estrangulador e incrementar la pro-ducción. Como muestra la figura, el incre-mento en la producción seguramente hagaque se vuelva a producir arena; no obstante,

el operador debe dejar que la produccióncontinúe para poder observar la evoluciónen la producción. El objetivo es obtener unmodelo «BUENO», como el mostrado en lafigura 8. Cuando, después de un tiempo, seproduce una curva como la de la figura, signi-fica que el yacimiento se ha consolidado.

El método anterior de incremento dela producción puede utilizarse durante uncierto tiempo (normalmente un par de días),hasta que el operador identifique el modelocontrario o «MALO» (figura 9), que indica quela producción de arena está aumentando.Cuando aparezca el modelo «MALO» en lapantalla, el operador deberá restringir laproducción devolviendo la válvula estrangula-dora a su posición previa. Esto le indica elnivel máximo de producción libre de arena.La producción deberá mantenerse durante almenos un periodo de 24 horas para asegurarque la formación está consolidada y estable.Para conseguir un nivel seguro y efectivo deproducción libre de arena (o con produccióntolerable), el operador debe disponer delmejor equipo de monitoreo del mercado.ClampOn ofrece una solución imbatible, ysu experiencia adquirida en miles de pozos.

ClampOn, la Mejor Solución para los Problemas de Monitoreo de Partículas

Un problema común en el monitoreo de arena es la interferencia de señales generadas por fuentesajenas a las partículas, tales como: ruido de las mezclas líquido/gas, presencia de gotas en los pozosde gas de alta velocidad, ruido mecánico/estructural e interferencias eléctricas.

Figura 7. Comparación de señales

Figura 8. Modelo Bueno

Figura 9. Modelo Malo

El sensor de ClampOn evita estassituaciones al separar totalmente el ruido dela arena de otras fuentes de ruido, tal y comoilustra la línea azul. La tecnología SandQ®utilizada por ClampOn permite al sensoreliminar por completo el ruido de fondo, demodo que el modelo de sonido generado porlas partículas de arena aparezca con perfectanitidez en la computadora del operador.Desde que ClampOn entró en el mercado en1995, nuestros sistemas han ganado todaslas pruebas industriales de campo en las quehan competido con otros sistemas. ConSandQ® hemos conseguido crear una herra-mienta todavía menos sensible al ruido defondo y de mayor precisión cuantitativa. La baja relación señal/ruido del sistema de

Especificaciones del Producto

Monitor SandQ®Principio de operación Acústica pasiva/activa, sensor inteligenteTamaño mínimo de partículas El tamaño de partículas y el caudal de arena detectables dependen del fluido

y de la velocidad. Los tamaños típicos son:Petróleo/agua: 25 micras / 1 ppmAire/gas: 15 micras / 1 ppm

Flujo mínimo de arena 0,01 g/sIncertidumbre ±5% (con calibración mediante inyecciones de arena)Repetibilidad Superior al 1%Flujo Velocidad 0,5-20 m/s

Precisión ±15%Presión mínima Líquido >0,5 barMultifase/Gas 30 bar. Contactar con el fabricante para más detalles

Método de instalación Sujeción mediante abrazaderas a la superficie de la tubería, no intrusivoElectrónica del sensor Electrónica inteligente DSP con procesamiento de señalesOpciones de interfaz Todos los sensores incluyen: Salida digital RS485

(ASCII, binaria, ModBus RTU), 4-20 mA (activa/pasiva)Comunicación en ambas direcciones SíSoftware actualizable SíTemp. de superficie de la tubería -40 a 225 °C (-40 a 437 °F)Accesorio para alta temperatura Contactar con el fabricante para más detallesRegímenes de flujo Petróleo, gas, agua, fases múltiplesCaracterísticas de diagnóstico Autocomprobación inteligente del hardware electrónico

COMPUTADORAHardware mínimo Pentium III (o equivalente) con 512 MB de RAMRequisitos del software ClampOn Windows® Vista/XP/2000Entrada Serie, Modbus, Ethernet, OPCSalida de señal Serie, Modbus, Ethernet, 4-20 mA, Relé, Client Server

EQUIPO PARA ÁREAS SEGURASSuministro principal de energía 12 - 48 VCC o 100-240 VCA 50-60 HzConsumo de energía Máximo 2,1 W por sensor + módulo de la computadora

Señal, barreras de potencia y convertidores para montaje sobre carriles DINen armario móvil o montaje en soporte de 19”.

MONITOR DE SUPERFICIEClase de protección IP68Material de la cubierta externa Acero inoxidable AISI 316Dimensiones / Peso 109 mm x 101 mm [4,3 pulgadas x 4,0 pulgadas]Interfaz de cable Conexión de cable M20, suministrado con cable inyectado de 5 m (16 pies)Barrera de potencia / seguridad Barrera de potencia ClampOn IS, barreras de señales IS certificadasConsumo de energía Normal 1,5 W, máx. 2,1 W por sensorCables Mínimo 4 x 0,75 mm2 (según la configuración del sistema)

APROBACIÓN INTRÍNSECAMENTE SEGURA (IS)ATEX II 1G EEx ia IIB T2-T5, Zona 0

El sensor ultrasónico inteligente de ClampOnprocesa todos los datos de forma interna(principio patentado), lo que permite que elinstrumento pueda separar el ruido gene-rado por la arena del ruido generado por elflujo. Este factor es muy importante, ya quelos cambios en la velocidad de caudal y en larelación petróleo/gas no afectan al desem-peño del sistema.

Asimismo, para obtener unas medicionesde calidad es vital contar con una buenarelación señal/ruido, que es inmejorable enlos sensores de ClampOn. En la nueva ver-sión, el ruido externo se ha eliminado com-pletamente.

Sensores submarinosLos sensores submarinos se han desarrol-lado en estrecha colaboración con ShellDeepwater Development Inc., en Houston,y con FMC Energy Systems, en Noruega. El resultado de este proyecto conjunto hasido la creación de un sistema de monitoreo

del paso de arena con una vida útil extre-madamente larga y excelentes propiedadesacústicas, que ofrece una alta confiabilidaden ambientes marinos con altas profundi-dades y alta presión. Desde 1998, ClampOnha suministrado mas que 1800 sensoressubmarinos al sector petrolero. Además,nuestros sensores se han sometido a undesarrollo continuo con el fin de optimizarsu calidad y desempeño y satisfacer todaslas exigencias del mercado.

Monitor de Corrosión-ErosiónDSP de ClampOn (CEM)

El CEM está diseñado para controlar cualquiercambio en el espesor de las paredes. Utilizatransductores (de dos a ocho unidades) quese montan en la superficie de la tubería (uotra estructura de metal) y se conectan a unaunidad de control de ClampOn. La unidad decontrol envía y recibe de forma continuaondas guiadas entre los transceptores, de

forma que se crea una red de líneas demedición que cubre el área seleccionada.El principio de funcionamiento del instru-mento se basa en la transmisión de señalesultrasónicas propagadas a través del mate-rial de la tubería. Las señales transmitidasson recibidas por un sensor y analizadasmediante métodos avanzados de procesa-miento de datos.

Detector de raspatubos DSP de ClampOn

El detector de raspatubos DSP de ClampOnes un sistema de detección de tacos de lim-piar no intrusivo, diseñado como un sistemade primera alarma. El instrumento ofrece unregistro fiable y preciso del momento en elque pasan los tacos y transmite la señal aloperador. El detector también puede indicarla cantidad de residuos que preceden al tacoen las operaciones de limpieza.

ClampOn, líder en monitoreo de arena, raspatubos, erosión y corrosiónFundada en 1994, ClampOn es el mayor proveedor de sistemas pasivos ultrasónicos para el control de partí-culas y arena destinados al sector petrolero. Todos los productos suministrados por ClampOn (sistemas decontrol de partículas, detectores de tacos de limpiar, control de erosión y corrosión y control de fugas) estánbasados en la misma plataforma tecnológica, de eficacia probada. Tanto los instrumentos de superficie comolos submarinos incorporan tecnología de Procesamiento de Señales Digitales (DSP); además, nuestros siste-mas están totalmente digitalizados: se han eliminado todos los filtros, circuitos y amplificadores analógicos.

SENSORES ULTRASÓNICOS INTELIGENTES

NORUEGA: ClampOn AS, Vaagsgaten 10, NO-5160 Laksevaag, Bergen, Noruega, Teléfono: +47 5594 8850, Fax: +47 5594 8855, e-mail: mail@clampon.com – EE.UU.: ClampOn, Inc., 15720 Park Row, Ste. 300 (77084), PO Box 219206 (77218-9206), Houston, TX, EE.UU,

Teléfono: +1 281 492 9805, Fax: +1 281 492 9810, e-mail: info@clamponinc.com – WEB: www.clampon.com Des

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