Análisis e implementación de motor de imán permanente para producción de petróleo con sistema de bombeo mecánico

Abstract

Este trabajo se centra en uno de los métodos más antiguos de extracción de hidrocarburos, el Aparato Individual de Bombeo o AIB, el cual puede operar a más de 2500 metros de profundidad. Poseen un motor eléctrico asíncrono alimentado por energía de la red que luego es convertida a energía mecánica mediante un sistema de transmisión de potencia. Este estudio consiste en evaluar las ventajas y desventajas técnicas y operacionales de un motor de imán permanente (MIP) respecto a su competencia directa, el motor asíncrono. En primer lugar, se presentará un resumen de las instalaciones y operaciones en el yacimiento de Golfo San Jorge. Se describirán los componentes y el funcionamiento de un aparato individual de bombeo. En el segundo capítulo veremos el marco teórico de los motores asíncronos y síncronos para centrar el análisis en el motor síncrono de imán permanente. Con el avance de la tecnología de procesamiento digital y la electrónica de potencia se accedió al variador de frecuencia idóneo para este motor permitiendo tener un control preciso y confiable ya que impide que el motor salga de sincronismo. Este control es el denominado “control vectorial” y permite aprovechar la potencia suministrada eficientemente ya que varía la tensión y frecuencia de alimentación para obtener un factor de potencia unitario independientemente de la carga. En el capítulo 3 se muestra el análisis de proyecto usando los datos aportados por el fabricante y proveedor del MIP e información de la empresa respecto a los motores asíncronos pudiendo definir la rentabilidad del proyecto ya sea para pozos nuevos o pozos existentes que requieran cambiar la tecnología del motor. Definido el análisis de proyecto se muestra el desarrollo de este empezando por el montaje hasta la toma de mediciones. En el cuarto capitulo se presenta los resultados de las mediciones realizadas en ambos motores para un mismo pozo productor pudiendo lograr ver las diferencias de consumo de potencia, inyección de armónicos y factor de potencia de cada tecnología. Por último se realiza la conclusión mostrando las principales ventajas del motor de imán permanente frente al motor asíncrono y sus puntos más débiles que deben ser tenidos en cuenta.

This paper focuses on one of the oldest methods of hydrocarbon extraction, the Individual Pumping Apparatus or IBA, which can operate at depths of more than 2500 metres. They have an asynchronous electric motor powered by mains energy which is then converted to mechanical energy through a power transmission system. This study consists of evaluating the technical and operational advantages and disadvantages of a permanent magnet motor (PMM) with respect to its direct competitor, the asynchronous motor. First, an overview of the installations and operations at the Golfo San Jorge field will be presented. The components and operation of an individual pumping unit will be described. In the second chapter we will look at the theoretical framework of asynchronous and synchronous motors in order to focus the analysis on the permanent magnet synchronous motor. With the advance of digital processing technology and power electronics, the ideal frequency inverter for this motor has become available, allowing us to have precise and reliable control, as it does not allow the motor to go out of synchronism. This control is called "vector control" and allows the power supplied to be used efficiently as it varies the power supply voltage and frequency to obtain a unitary power factor regardless of the load. Chapter 3 shows the project analysis using the data provided by the manufacturer and supplier of the PMM and information from the company regarding asynchronous motors, defining the profitability of the project, whether for new wells or existing wells that require a change in motor technology. Once the project analysis has been defined, the development of the project is shown, starting with the assembly and ending with the measurements. In the fourth chapter, the results of the measurements made on both motors for the same producing well are presented, showing the differences in power consumption, harmonic injection and power factor of each technology. Finally, a conclusion is made showing the main advantages of the permanent magnet motor over the asynchronous motor and its weakest points that must be taken into account