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Alors que les coûts de main-d’œuvre continuent d’augmenter et que la technologie d’automatisation industrielle progresse, les producteurs de pétrole et de gaz sont confrontés à des exigences de plus en plus strictes en matière d’efficacité de production, de sécurité des équipements et de fiabilité opérationnelle.
Les systèmes de pompe submersible électrique (ESP) sont des équipements essentiels dans la production moderne de pétrole. En remplaçant la surveillance manuelle traditionnelle sur site par un contrôle intelligent et automatisé, les systèmes de contrôle ESP aident les opérateurs à améliorer l’efficacité de la production, à réduire les risques opérationnels et à maintenir une production pétrolière stable dans des conditions de puits complexes.
Une pompe submersible électrique (ESP) est un système de levage centrifuge à plusieurs étages conçu pour fonctionner en profondeur dans un puits tout en restant complètement immergé dans les fluides du puits. Un système ESP complet se compose généralement de trois sections principales : l’ensemble du fond de puits, le système de câbles ESP et l’équipement de contrôle de surface.
De haut en bas, l’ensemble du puits comprend généralement le moteur ESP, le protecteur, le séparateur de gaz et la pompe centrifuge multi-étages. En surface, des armoires de contrôle dédiées et des transformateurs assurent l’alimentation électrique, la régulation de la vitesse, l’acquisition de données et la protection des équipements.
Pendant le fonctionnement, le système de contrôle de surface fournit une alimentation électrique correctement conditionnée via le câble ESP pour entraîner le moteur en fond de puits. Le moteur entraîne les hélices multi-étages, qui augmentent progressivement la pression du mélange huile-eau à l’intérieur du puits. Le fluide est ensuite soulevé à la surface contre la pression hydrostatique et la résistance du pipeline.
Parallèlement, le système de contrôle surveille en continu les paramètres de fonctionnement tels que la température, la pression et le courant moteur en fond de puits. Basé sur des données de fonctionnement en temps réel, le système effectue un contrôle en boucle fermée à fréquence variable et active des fonctions de protection lorsque des conditions anormales sont détectées.
L’ensemble en fond de puits se compose principalement du moteur ESP, du protecteur, du séparateur de gaz et de la pompe centrifuge à plusieurs étages. Ensemble, ces composants fournissent la force motrice et la capacité de levage hydraulique nécessaires à la production de pétrole.
Le moteur ESP scellé fournit la puissance mécanique de l’ensemble du système. Son huile isolante et lubrifiante interne aide à isoler le moteur des fluides corrosifs des puits.
Le protecteur relie l’ensemble moteur et pompe tout en équilibrant la pression interne et externe. Il compense également la dilatation et la contraction thermiques de l’huile isolante, aidant à empêcher les fluides de puits d’entrer dans le moteur et de provoquer une panne électrique.
Le séparateur de gaz élimine le gaz libre du fluide du puits avant qu’il n’entre dans la pompe, aidant ainsi à réduire les interférences de gaz et à prévenir la dégradation des performances liées au blocage de gaz ou à la cavitation.
La pompe centrifuge multi-étages utilise plusieurs hélices pour augmenter continuellement la pression du fluide étape par étape, surpassant la pression hydrostatique et soulevant le fluide produit vers la surface.
L’ensemble de l’ensemble du puits doit résister à des conditions exigeantes, notamment à haute température, haute pression, haute salinité et fluides de puits corrosifs. Il sert de principale unité d’exécution physique pour le levage des fluides.
Le câble ESP est fixé à l’extérieur du tube de production et descendu dans le puits avec la chaîne de tubes.
Le système de câbles comprend généralement des câbles d’alimentation et des câbles de signal intégrés pour la surveillance de la température et de la pression.
Le câble d’alimentation fournit une alimentation électrique stable du système de contrôle de surface vers le moteur ESP en fond de puits. Il est conçu pour résister à la haute température, à la pression, à l’huile, à l’eau et à d’autres conditions difficiles en fond de puits.
Les câbles de signalisation transmettent en temps réel des données de fonctionnement critiques de l’équipement en fond de puits vers le système de contrôle de surface, y compris la température du moteur, la pression d’admission de la pompe et d’autres paramètres de fonctionnement.
Cela crée une connexion de données fiable entre l’équipement en fond de puits et l’unité de contrôle de surface, permettant une surveillance en temps réel et un contrôle intelligent.
Le système de contrôle de surface est centré autour d’une borne de contrôle ESP dédiée et est généralement équipé de transformateurs montants ou abaisseurs ainsi que de composants primaires de distribution d’énergie.
Le transformateur adapte la tension de grille disponible aux exigences électriques de l’équipement en fond de puits et fournit une alimentation électrique appropriée.
L’armoire de contrôle intègre le variateur de fréquence, l’unité de contrôle de l’API, les modules d’échantillonnage de tension et de courant, ainsi que plusieurs circuits de protection.
Il permet :
Contrôle de démarrage et d’arrêt ESP
Régulation de la vitesse en fréquence variable
Réglage dynamique de la charge
Protection contre la surcharge
Protection contre la sous-charge
Protection contre la perte de phase
Protection contre le pompage et la gestion à sec
Protection contre les fuites
Protection contre les surchauffes
Lorsqu’une condition de fonctionnement anormale est détectée, le système peut exécuter immédiatement la logique d’arrêt et de verrouillage correspondante, offrant une protection électrique complète pour un fonctionnement ESP stable et fiable.
Le système intelligent de contrôle à fréquence variable FGI FD3300 est conçu pour répondre aux conditions de fonctionnement complexes rencontrées dans la production pétrolière moderne. Ses fonctions intelligentes de contrôle et de protection contribuent à améliorer la fiabilité de l’ESP, à réduire les temps d’arrêt imprévus et à soutenir une production de pétrole stable.
Le FD3300 prend en charge six modes de fonctionnement :
Exploitation périodique
Contrôle automatique de fréquence variable
Commutation de fréquence
Maintenance des paramètres
Retrait des verrous à gaz
Démarrage différé
Différents modes de fonctionnement peuvent être automatiquement sélectionnés et coordonnés selon des paramètres prédéfinis.
Cela permet au système de répondre efficacement aux changements dans les conditions du puits, notamment les fluctuations des niveaux de fluide, l’accumulation de gaz, l’approvisionnement instable en fluide et l’impact initial.
La logique de fonctionnement flexible convient particulièrement aux environnements pétrolifères hostiles caractérisés par des températures élevées en fond de puits, des mélanges pétrolier et gazeux et des conditions de production en constante évolution.
En conséquence, le FD3300 permet de maintenir un fonctionnement ESP sûr, stable et efficace sur de longues périodes.
Le système de contrôle propose trois stratégies de départ :
Départ en douceur
Démarrage poussé
Début de l’oscillation
Départ en douceurRéduit le courant de démarrage et minimise l’impact électrique et mécanique sur l’équipement.
Démarrage pousséoffre un couple de démarrage élevé pour surmonter la résistance causée par les fluides à haute viscosité et d’autres conditions de démarrage difficiles.
Début de l’oscillationUtilise un mouvement alternatif contrôlé pour aider à libérer les blocages de la pompe causés par l’accumulation de sable, le tartrage ou le blocage mécanique.
Ces trois stratégies de départ permettent au FD3300 de s’adapter à différentes conditions de puits et d’améliorer la sécurité et la fiabilité du démarrage de l’ESP.
Le FD3300 intègre une architecture de protection à six catégories couvrant :
Protection du réseau
Protection des moteurs
Protection des capteurs en fond de puits
Protection du signal analogique
Protection du signal numérique
Protection de résistance à l’isolation
Chaque fonction de protection peut être configurée avec des paramètres tels que :
Retard de protection après le démarrage
Délai d’action de protection
Recommencer le temps d’attente
Maximums de tentatives de redémarrage
Redémarrage du temps de réinitialisation du compteur
La combinaison de délais de protection hiérarchique et de tentatives de redémarrage automatique limitées permet de distinguer les perturbations temporaires des pannes persistantes de l’équipement.
Pour les fluctuations de tension de courte durée, les interférences de signal ou d’autres perturbations transitoires, le système peut éviter des arrêts inutiles et maintenir la continuité de la production.
En cas de défaut matériel persistant, le système peut bloquer l’équipement en état d’arrêt afin d’éviter que des redémarrages répétés ne causent des dommages supplémentaires.
Cette stratégie de protection est particulièrement précieuse dans les environnements hostiles en fond de puits où des températures élevées, des fluides complexes et des interférences de signal peuvent affecter le fonctionnement des équipements.
Le FD3300 prend en charge le calcul et la configuration automatiques des paramètres clés de fonctionnement, y compris les paramètres V/F multipoints et les réglages recommandés de tension du transformateur.
Les fonctions de calcul et de configuration des paramètres sont intégrées à l’interface homme-machine de l’armoire de contrôle.
Cela simplifie la mise en service et réduit les erreurs causées par les calculs manuels, permettant une configuration plus précise de l’alimentation ESP et des paramètres de contrôle de fréquence variable.
Le résultat est une mise en service plus efficace et un contrôle moteur plus précis, aidant le moteur en fond de puits à fonctionner dans sa plage de fonctionnement nominale appropriée.
Le FD3300 est équipé d’un logiciel de supervision dédié pour le stockage et l’analyse à long terme des données historiques de fonctionnement.
Les utilisateurs peuvent accéder et analyser les dossiers opérationnels sur plusieurs jours pour soutenir la surveillance des équipements, le dépannage et l’optimisation opérationnelle.
Lorsqu’une unité de contrôle existante doit être remplacée, les paramètres de configuration originaux peuvent être rapidement copiés sur le nouvel appareil via une clé USB.
La migration des paramètres peut être réalisée en environ5 à 10 minutes, simplifiant considérablement la mise en service sur site et réduisant le temps de remplacement des équipements.
Les moteurs, câbles, capteurs et autres composants critiques d’ESP fonctionnent à des milliers de mètres sous terre dans des environnements à haute température, haute pression et hautement corrosifs.
Dans de telles conditions, les performances de l’isolation peuvent se détériorer progressivement avec le temps. La surveillance continue de l’isolation est donc une partie importante pour garantir un fonctionnement ESP sûr, fiable et efficace.
La surveillance de l’isolation est plus qu’une simple inspection d’équipement unique. Il s’agit d’une mesure préventive directement liée à la continuité de la production, aux coûts de maintenance et à la sécurité opérationnelle en fond de puits.
FGI a développé une carte dédiée à la détection de résistance d’isolation basée sur leMéthode d’injection basse fréquence.
Le système permet la mesure et le calcul en temps réel de la résistance d’isolation dans des conditions complexes, y compris des systèmes alimentés en courant continu avec des signaux couplés en courant alternatif. En analysant les conditions d’isolation et en identifiant les emplacements potentiels des défauts, le système aide à prévenir les interruptions inattendues de la production et l’escalade des pannes d’équipement.
Cela offre une couche supplémentaire de protection pour une production pétrolière sûre, efficace et intelligente.
La station de contrôle ESP FGI FD3300 a été déployée avec succès sur un site de production pétrolière exploité par une compagnie pétrolière européenne.
Le FD3300 a remplacé l’équipement de contrôle ESP précédent du client provenant d’un autre fournisseur, contribuant ainsi à améliorer l’efficacité opérationnelle et soutenant les objectifs du client de réduction des coûts d’exploitation et d’amélioration de la performance de production.
Pour cette application, FGI Suzhou a fourni des équipements dans les gammes de puissance 315 kW et 200 kW, ainsi qu’une solution complète de système d’entraînement.
Lors de la mise en œuvre du projet, le client exigeait que le système :
Lecture des données d’un photomètre de marque européenne
Continuer le fonctionnement automatique après une coupure de courant et une restauration
Préservation des paramètres de fonctionnement et de l’état du système lors d’événements d’alimentation anormaux
Pour répondre à ces exigences, FGI a personnalisé le protocole de communication pour le compteur de puissance spécifié par le client et développé une fonction dédiée de rétention de l’état d’exploitation.
Ces fonctions personnalisées permettaient au système FD3300 de mieux correspondre aux besoins opérationnels du client sur le terrain et de maximiser la disponibilité du système.
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Lorsque des anomalies temporaires surviennent dues à des fluctuations des conditions de fonctionnement sur le terrain, le FD3300 intègre un mécanisme conçu pour éviter des arrêts instantanés inutiles.
Le système ne déclenche pas immédiatement la séquence de protection contre l’arrêt lorsqu’une anomalie transitoire est détectée. À la place, le délai de protection correspondant est appliqué avant l’exécution de la commande d’arrêt.
Cela aide à réduire les faux arrêts causés par des perturbations temporaires et soutient un fonctionnement continu et stable du système.
En minimisant les arrêts et redémarrages inutiles, le système peut également diminuer les pertes de production associées et le stress des équipements.
Le FD3300 permet un redémarrage automatique après que les défauts récupérables ont été résolus.
Lorsqu’une unité ESP s’arrête en raison d’une condition anormale sur un site pétrolifère isolé, le système attend l’intervalle de redémarrage prédéfini. Une fois que la panne est revenue à la normale, l’équipement peut redémarrer et reprendre son fonctionnement automatiquement sans intervention manuelle immédiate.
Cette fonction est particulièrement précieuse pour les sites de puits isolés et non surveillés, où envoyer du personnel sur place pour chaque défaut mineur peut augmenter le temps de maintenance et les coûts d’exploitation.
La limite de redémarrage configurable permet également d’éviter que les redémarrages répétés n’endommagent l’équipement.
Le mode automatique de fonctionnement en fréquence variable utilise le retour en temps réel de la pression en fond de puits, du courant de charge moteur et du flux de production de la tête de puits pour établir une stratégie de contrôle en boucle fermée.
En fonction des conditions réelles d’alimentation en fluide, le FD3300 ajuste automatiquement la fréquence et la vitesse du moteur.
Lorsque l’apport en fluide est suffisant, le système peut augmenter la fréquence et la vitesse de fonctionnement pour améliorer la capacité de levage de l’ESP.
Lorsque le niveau du fluide diminue ou que l’apport devient insuffisant, le système réduit automatiquement la fréquence pour éviter un écoulement excessif.
En adaptant dynamiquement le fonctionnement ESP à l’évolution de la productivité de la formation, le système aide à maintenir le niveau de fluide du puits dans une plage de fonctionnement appropriée et réduit le risque de pompage, de fonctionnement à sec, de charges excessives ou d’accumulation de pression.
Cela permet une exploitation ESP plus stable à long terme et soutient une production pétrolière fiable.
Système de contrôle ESP intelligent FGI FD3300
Le FGI FD3300 combine le contrôle à fréquence variable, les modes de fonctionnement intelligents, la protection automatique, la surveillance en temps réel, la gestion des paramètres et le contrôle adaptatif dans une solution intégrée de contrôle ESP.
En répondant aux défis des conditions fluctuantes des puits, de l’exploitation à distance des champs, des environnements complexes en fond de puits et de la productivité changeante des formations, le FD3300 aide les producteurs pétroliers à améliorer la fiabilité des équipements, à réduire les temps d’arrêt imprévus, à simplifier la mise en service des champs et à atteindre une production pétrolière plus stable et efficace.
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