21

CAPÍTULO 3: INGENIERÍA DESCRIPTIVA Y DE DETALLE EN CAMPO (TRABAJOS DE ADAPTACIÓN).

El presente capítulo abarca dos principales temas: el primero que se refieren a la

ingeniería descriptiva, es decir, el acondicionamiento de toda la instrumentación

que ya tiene Petroproducción y la instrumentación que se sumará, y el segundo a

la ingeniería de detalle, abarcando el material necesario para que la instalación

del sistema esté bajo las normas requeridas. La ingeniería de detalle se subdivide

en los siguientes puntos:

• Monitoreo de pozos de producción.

• Medición de petróleo, gas y agua en separadores de prueba.

• Medición de crudo para custodia y fiscalización de estaciones de producción.

• Medición de nivel y volumen de crudo en tanques de reposo.

• Ingreso de datos de laboratorio.

3.1 INTEGRACIÓN DE POZOS

El sistema SCADA interconecta 146 sitios entre pozos y estaciones de

producción, definidos así:

• Pozos 110

• Estaciones de Producción 36

En cada pozo la bomba electrosumergible existente se conecta al sistema por

medio de un RTU a través de los controladores ya existentes, entre los cuales

tenemos 37 Keltronics K092, 12 Vortex VMC-101, 39 SpeedStar 2000, 19

Electrospeed CGS.

El sistema también se interconecta con las Estaciones de Producción para

obtener la información respectiva de los procesos ejecutados de la siguiente

manera:

• Tanques de Almacenamiento de Crudo: 45

• Medidores de Crudo para Custodia y Fiscalización: 72

22

• Separadores de prueba: 18

• Información de laboratorios: 36

Los dispositivos instalados en tanques de crudo, medidores de crudo para

custodia y fiscalización, y separadores de prueba se conectan al SCADA a través

de sus respectivos RTU’s. Mientras que en los laboratorios se utiliza un touch

screen para acceso de variables medidas fuera de línea. El touch screen se

conecta al sistema mediante protocolo MODBUS ASCII bajo RS485.

3.1.1 POZOS

La interconexión entre el sistema SCADA y las bombas electrosumergibles de los

pozos se la realiza a través de los relés o variadores de frecuencia señalados en

el capítulo 2. La Figura 3.1 muestra el esquema simplificado del sistema a nivel de

pozos.

Figura 3.1. Configuración SCADA a nivel de pozos

23

EL RTU ubicada en cada pozo monitorea y controla los parámetros de

entradas/salidas para el pozo, incluyendo sensores de alarma contra intrusión en

el área restringida de producción (PS).

Los RTU también se interconectan vía comunicación serial con los

controladores/variadores para supervisar la operación de las bombas y

adicionalmente se encarga de realizar la comunicación de todos los datos

necesarios al MTU (Unidades Terminales Maestras), localizada en su respectivo

campo.

Los RTU’s se conectan a los controladores de los relés y variadores de diferentes

formas, de acuerdo al modelo del mismo, de la siguiente manera:

• Controlador Vortex VMC-101 a través de una línea serial (RS 232 o RS 485),

usando el protocolo MODBUS en modo ASCII.

• Controlador Keltronics Advaced Motor K092 a través de una línea serial (RS

232 o RS 485), usando el protocolo MODBUS RTU.

• Variador de frecuencia Speedstar 2000 a través de una línea serial RS 232

usando el protocolo MODBUS RTU.

• Variador de frecuencia Electrospeed GCS a través de una línea serial RS 232

usando el protocolo MODBUS RTU.

Se coloca un RTU en cada lugar en donde se encuentre un controlador/variador.

Los RTU’s de cada pozo se comunicarán con su respectiva MTU por medio de un

enlace de comunicación vía radio. El equipo de radio, el cual estará instalado en

el mismo gabinete del RTU, será alimentado por la misma fuente de poder del

RTU y que está también equipada con baterías de respaldo para una autonomía

de 4 horas.

El presente diseño utiliza para el monitoreo y control de los pozos el RTU 20 de la

Serie I/A de la empresa Foxboro que usa el lenguaje de programación estándar

industrial IEC 611131-3 PLC para el diseño de aplicaciones sin necesidad de

lenguajes computacionales de alto nivel o expertos en hardware de

24

computadores. A continuación se da una descripción de este RTU y de los

equipos utilizados en la supervisión de los pozos

3.1.1.1 Principales Equipos Utilizado en Pozos

RTU

El RTU es un “Dispositivo Inteligente Remoto” capaz de ejecutar un rango

completo de funciones de Control y Adquisición de Datos en aplicaciones SCADA.

Este RTU debe tener la protección adecuada, es decir, ser instalado dentro de un

gabinete con certificado IP65 / NEMA4, adecuado para montaje de campo interior

/exterior (pared, estructura o poste).

Se selecciona el IA Series RTU (tanto en pozos como en el resto de puntos

remotos del sistema), ya que cumple con los requerimientos básicos del sistema y

también puede prestar otras funciones específicas para aplicaciones de

producción de petróleo, como por ejemplo la medida de flujos de gas y líquidos

compensados. En la Tabla 3.1 se muestra el resumen de las características del

RTU.

Este RTU permite realizar expansiones añadiendo nuevos racks.

En el interior del pequeño gabinete hay espacio disponible para albergar:

• Baterías de respaldo de plomo, sellada y libre de mantenimiento ( 24 Vdc, 2.5

A)

• Módem, Equipo de radio e interfaz de comunicación.

• Un display LCD alfanúmerico sellado (IP 65), con teclado de membrana plana,

embebido en la puerta del RTU (con acceso externo sin abrir el gabinete).

Tabla 3.1. Características RTU20

Componentes Software Componentes Hardware Protocolos BásicosBloques de Control Entradas digitales MODBUSBloques lógicos Entrada analogicas MODBUS PlusBloques de Alarma Entradas de contadores DNP3

Bloques de SistemaSalidas digitales momentaneas P6008

Bloques Aritméticos Salidas permanentesLínea de comunicación

25

El cableado de campo de las entradas/salidas se conecta a los módulos de

entrada/salida del RTU 20 por medio de bloques de borneras con fusibles de

tornillo removibles localizados en el extremo frontal de cada módulo de

entrada/salida. El cable de campo es unifilar con una sección transversal en un

calibre que comprende desde 12 a 24 AWG.

Las tarjetas necesarias para las señales de entrada/salida son:

• 8 entradas analógicas

• 16 entradas digitales

• 8 salidas de relé

• 8 salidas de pulsos con relés

• 2 entradas de contador

• 2 salidas analógicas o de set point

• 1 Tarjeta de comunicación

Los MTU realizarán la adquisición de datos desde los RTU’s realizando la

comunicación vía radio, por lo que Petroproduccion debe instalar torres de

comunicación en los pozos. En dichas torres se montará el tablero que contiene el

RTU, la luminaria, el detector de intrusos, la baliza y la antena.

Figura 3.2. Tarjetas y Slots RTU 20

26

Estos MTU son 6 y están en las estaciones de Sacha, Secoya, Lago Agrio

Central, Shushufindi, Atacapí y Parahuacu. La comunicación entre estos MTU´s

se realiza mediante la red LAN propia de la empresa. La descripción del MTU no

se detalla ya que se usará la misma RTU 20, pero con el fin de solo comunicar la

información obtenida de los RTU conectados. El MTU solo tendrá instalado

tarjetas de comunicación, como un máximo de 6 que pueden abarcar hasta 60

enlaces.

Baliza

Como base del proyecto en cada torre se requiere de dos faros rojos, soportados

por una base de aluminio libre de cobre resistente a la corrosión y empaques de

Neopreno para proteger su interior de la humedad.

Estos equipos son usados para la señalización de obstáculos en torres de

comunicación, edificios, chimeneas industriales y otros.

Luminaria

Al igual que el punto anterior se colocará una luminaria de tipo Orion horizontal

cerrada que es un equipo liviano, estético y de características fotométricas

excelentes.

Radio MSD Transnet 900TM

Para el sistema de los radios se propone la serie MDS 900 de Banda libre 900

Mhz (902 – 928 Mhz ISM band), en particular la serie MDS TransNET para los

pozos y la estación Maestra redundante MDS iNET 900 en las MTU’s.

Los sistemas actuales de Telemetría y SCADA necesitan transportar grandes

cantidades de datos a velocidad cada vez mayores con mucha flexibilidad en la

plataforma inalámbrica por lo que los radios TransNET son una solución flexible,

compacta y sin licencia, manejando datos a alta velocidad.

En la Tabla 3.2 se presenta sus principales características:

27

Tabla 3.2. Características Radio MDS

Velocidad de los datos 512/256 Kbps. Ethernet 10BaseT, RJ-45Puertos seriales desde 1.200 hasta 115.200 bps Serial RS-232/V.24, DB-9F, DCE RS-232/V.24,

DB-9M, DTE

Banda de frecuencia Banda ISM 902-928 MHz Antena Conector TNC (hembra)

Modo de distribución Amplio Espectro en salto de Frecuencia LEDs Red de Area Local, Puerto Com1, Puerto Com2

Rango Hasta 50 Km (30 Millas)Configuraciones Punto de acceso/Portal Dual Remoto

Configurable por el cliente como punto de acceso o portal dual (conexiones seriales y Ethernet/IP)Portal Serial Remoto 2 conexiones de puertoPuente Remoto Ethernet 1 conexión de Ethernet con capacidad multipunto

Inalámbricos CSMA/CA Protocolo inalámbrico con sistema anticolisión Potencia del Radio 0.1 a 1 watt (20 a 30 dBm)

Ethernet IEEE 802.3 Impedancia de salida 50 Ohms

Spanning Tree (Bridging)Ancho de banda utilizado 316.5 kHz

IP (DHCP, ICMP, UDP, TCP, ARP) Modulación CPFSK (en Fase Continua FSK)

Serial

Modo de canal transparente libre para conexión asincrónica de protocolos multipunto incluyendo Modbus, DNP.3, DF1, BSAP

Sensibilidad de recepción

-92 dBm @ 512 Kbps con 10-6 VER -100 dBm @ 256 Kbps con 10-6 VER

General Interfaz física

Protocolos Radio

3.1.1.2 Accesorios y Trabajos de Adaptación en Pozos

Para garantizar la comunicación que se hará vía radio, se sugiere implementar

por parte de Petroproducción torres de comunicación. Sobre dichas torres se

colocarán las antenas para los radios, la luminaria y baliza, el tablero para la RTU,

y el sensor de alarma ante presencia de intrusos.

En la Figura 3.3 se detalla los componentes en un pozo y se generaliza para los

110 pozos. La Tabla 3.3 describe los componentes y la cantidad por pozo como

parte del diseño. La mayoría de accesorios se utiliza en todas las instalaciones;

por ejemplo accesorios explotion proof, cableado y tubería. Al final del capítulo se

describirá todos los materiales comunes tanto para pozos, y estaciones de

producción.

28

Figura 3.3. Diagrama de componentes de pozo

El gabinete del RTU está a una distancia de 8 metros del piso por lo que se

colocará otro tablero a poca altura (1m), en donde irá un juego de borneras de

paso para la instrumentación de pozo, una fuente de 24V/5A para la

instrumentación, y un conector DB9 conectado al terminal de comunicación serial

del RTU con el fin de tener un acceso más fácil por medio de una Laptop para

configurar o trabajar en el RTU.

29

Tabla 3.3 Listado de materiales por pozo Accesorios para: POZOS

Descripción Unidad Cantidad

CONDUCTORES Cable de comunicación RS-485 Belden # 24 AWG 6 conductores Type 9843 metro 55Cable de instrumentación Belden # 22 AWG 12 conductores Type 8778 metro 26Cable cuenca 14 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 165Cable cuenca 22 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 312Cable sucre 3 x 14 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 19Cable coaxial 50 Ω protección ante intemperie metro 16TUBERÍA Tubo conduit rígido 1/2” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 2Tubo conduit rígido 3/4” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 9Tubo conduit rígido 1” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 9Accesorio Contra Explosión (EXPLOTION PROOF) ECDB50 Drain and Breathers unidad 4ECDB75 Drain and Breathers unidad 2ECDB100 Drain and Breathers unidad 2EYM Horizontal Conduit Seals 1/2" unidad 4EYSM Vertical Conduit Seals ¾" unidad 2EYSM Vertical Conduit Seals 1" unidad 2ELF90-75 (codos) unidad 3ELF90-100 (codos) unidad 3MCJ50 Connector for jacketed unidad 2GRC75-A (caja revisión) unidad 1GRC100-A (caja revisión) unidad 1ACCESORIOS GENERALES Conector DB-9 unidad 4Bornera # 14 AWG unidad 70Portafusible tipo riel Din unidad 6Fusibles de 2 y 4 A. unidad 6Selectores de 2 posiciones + 1 NA unidad 1Toma de 110 voltios montaje en riel din unidad 1Fuente de 24 V - 32 V/ 5A SITOP unidad 1Kit De Baterías ( Incluye cargador, baterías y accesorios) unidad 1Terminales cable 14 AWG unidad 50Terminales cable 18 AWG unidad 200Disyuntor sobrepuesto 10 A- 1 Polo unidad 1Módulo para conFiguración RS-232 (Variador de velocidad Marca REDA) unidad 1Detector de movimiento para instalar en la torre, 20 metros de alcance. unidad 1Luminaria para instalar en la torre con fotocelda unidad 1Balisa instalar en la punta de las antenas unidad 1TABLERO RTU, montado el RTU, RADIOS, BATERIA Y CARGADOR DE BATERIAS unidad 1TABLERO DE PASO SE INSTALARA FUENTE DE 24V, BORNERAS, PORTAFUSIBLES unidad 1Microswitch en las puertas de los tableros unidad 1ACCESORIOS ADICIONALES Cable para tierra 1/0 AWG metro 15Varilla de 3/8 coperwell para puesta a tierra unidad 1Cadweld cable varilla unidad 1Cadweld cable - cable unidad 1Pararrayos para las torres unidad 1Cable para tierra 2 AWG TTU metro 30

30

3.2 INTEGRACIÓN DE ESTACIONES DE PRODUCCIÓN

Los equipos de las estaciones de producción que se comunicarán con el SCADA

están distribuidos de la siguiente forma:

• Separadores de Prueba: 23 en 18 estaciones

• Tanques de Almacenamiento: 45

• Medidores de Crudo para custodia: 72.

• Laboratorios: Se necesitan 36 touch screens

Debido a la ubicación física de los mismos, se propone la siguiente distribución

para la instalación de los RTU´s:

• Un RTU para Tanques de Reposo y Medidores de Crudo para custodia, a ser

instalado en las estaciones de producción.

• Un RTU para Separadores de Prueba, a ser instalado para cada estación de

producción con separador de prueba.

Los RTU’s son las mismos utilizadas en los pozos con variaciones muy pequeñas,

en si la mayor diferencia es el tipo y número de tarjetas.

3.2.1 SEPARADORES DE PRUEBA

Como se vio en el capítulo 2 en ciertas estaciones de producción existen

separadores de prueba de gas, crudo & agua. Así el sistema SCADA interconecta

18 estaciones que tienen separadores de prueba a través de 18 RTU’s enlazados

vía radio a 45 RTU’s conectados a los Tanques de reposo y medidores de crudo

para custodia en cada estación de producción.

Los RTU’s instalados en los separadores de prueba están en la capacidad de

realizar la medición de las variables de presión y temperatura en los separadores,

medición de cantidad de agua, crudo y gas. Adicionalmente se obtiene el dato del

pozo que está en prueba a través de la posición de las válvulas del manifold.

31

Figura 3.4. Arquitectura de pozos y separadores de prueba

En la Figura 3.4 se ve un diagrama general del sistema SCADA a nivel de pozos y

estaciones de producción y el figura 3.5 describe brevemente de los principales

componentes de un separador básico de prueba de crudo.

Por medio de una operación local manual del manifold se podrá seleccionar el

pozo a monitorear del separador de prueba, con el propósito de conocer sus

parámetros de producción. Adicionalmente toda la información de los separadores

de prueba debe visualizarse en el touch screen instalado en el Laboratorio de

cada estación, por lo tanto este RTU se comunica vía radio con el RTU de los

Tanques de reposo y medidores de crudo que a su vez se conecta vía radio con

el touch screen de laboratorio.

POZO

VVAARRIIAADDOORR

SEPARADOR DE PRUEBA

GAS

WATER

OIL

RS232

RS232 SERIAL PROTOCOL

MTU

BES

Radio

POZO 1 POZO 2

POZO n

DI Centro de Control Auxiliar• BES Performance Curves • Well efficiency • Performances Historical DB • Trend monitor • Commands control

Radio

UT

RTU• PID for Freq. Limit Control • Well supervision & control

AI

RTU • Separator supervision & control • Manifold Valves control • Transient phases mgt

32

ENTRADAB

V160

PISCINAC

V161

ENTRADA CA

PLV151

V166

LCH150

154PI

152PSV

LG155

PSE153

V164

E167

157FI

V162

V168

M

FE157

V163

LCV150

V165

LG156

LC150

C PISCINA

MECHEROC

PISCINAC

SEP. PRODUCCIÓNC

Figura 3.5 Esquema de un Separador de Prueba

Con base en los resultados obtenidos el sistema de separadores de prueba se

calcula la eficiencia real de la bomba electrosumergible y la referencia de

velocidad más adecuada para el variador de velocidad de los motores de las

bombas en el caso que tengan variador.

Los datos obtenidos del separador de prueba estarán disponibles tanto en el

Cuarto de Control Maestro (CCM), como en la MTU correspondiente a esa

estación.

Así se propone para el monitoreo y control de las Estaciones de producción el

misma RTU 20 de la I/A Series utilizado en los pozos. La cantidad de tarjetas que

se incluirán en este RTU son:

• 8 entradas analógicas

• 16 entradas digitales

• 2 módulos de 16 entradas de Digitales

• 2 entradas de contador

• 2 salidas analógicas o de set point

33

• Módulo de Adaptador para Termocupla J

• 1 Tarjeta de Comunicación

Todos los RTU instalados tanto en pozos como en estaciones de producción y los

MTU´s son equipados con el paquete Isagraf que se utiliza para la programación

del RTU.

Al identificar el pozo seleccionado, las medidas del separador de prueba y con

base en los límites configurados y ajustados por el operador y las características

del equipo de control del pozo seleccionado, se validan los datos, y el sistema

SCADA envía al RTU los nuevos límites de operación (si existen). El SCADA

emite un mensaje de alarma de diagnóstico cuando se violan los límites o cuando

las comunicaciones del sistema están fuera de servicio.

3.2.1.1 Instrumentación en Separadores de Pruebas

Medidor de Presión Absoluta

Para medir la presión en los separadores de prueba se necesita un transmisor de

0 a 20 psi para instalar en tubería ½ pulgada con protección contra incendios.

Para ello se utiliza transmisores inteligentes de presión manométrica IGP10 de

Foxboro, como los de la Figura 3.5, con capacidad de conexión a tubería a través

de una conexión roscada de ½ pulgada debido a las condiciones que se tiene de

dificultad de conexión a través de bridas por espacio físico.

Figura 3.6. Montaje de Transmisor IGP10 (Tomado de FoxDoc)

34

Características:

• Función: Mide la presión y transmite una señal eléctrica proporcional al

rango de presión.

• Versión electrónica y señal de salida: Digital FoxCom o 4–20 mA;

Configurable.

• Configuración de Empaque: 316L ss Material de Conexión al Proceso,

316L ss Sensor, Fluorinert Fluido de relleno.

• Limites de medición: 1 a 30 PSI.

• Conexión al conduit: Conducto de conexión de ½ NPT en ambos lados

de material 316L.

• Seguridad Eléctrica: CSA Intrínsicamente Seguro y no incentiva.

Estos medidores son diseñados para trabajar en ambientes externos y se incluyen

accesorios de montajes acordes a las condiciones de los sitios donde se

colocarán.

Medidores de Temperatura

Se lo realiza a través de termocuplas que se insertan en el cuerpo del separador

y se transmite la señal por medio de un transmisor

Se selecciona el transmisor inteligente de temperatura RTT20 de Foxboro.

Estos transmisores vienen diseñados con un tablero específico para entornos

explosivos

Características transmisor:

• Función: Recibe una señal de entrada de una RTD, termocupla, fuente

resistiva (ohmios), y fuente de mV, y esta señal se transmite a través de

una señal lineal de 4-20mA o una señal digital con protocolos FOXCOM,

Hart, FieldBus Foundation.

• Versión electrónica y señal de salida: Digital FoxCom o 4–20 mA;

Configurable.

35

Figura 3.7. RTT20 con Sensor Integrado y Termopozo (Tomado de FoxDoc)

• Configuración de Empaque: Caseta de acero inoxidable con sensor para

montar en termopozo.

• Longitud del Sensor: 305 mm

• Tipo de medición: Termocupla tipo T

• Seguridad Eléctrica: CSA Intrínsicamente Seguro y no incentiva

Medidor de Agua, Gas y Crudo Producidos por Pozo

a) Medidores de Agua y Crudo: Son medidores de flujo másico deben

permitir una medida directa del flujo másico de fluidos sin la necesidad de

medidas de temperaturas, presiones o gravedades específicas independientes.

Los transmisores Foxboro de la serie CFTxx basados en el principio de coriolis

cumplen estos requerimientos básicos. Consiste de dos dispositivos, uno es el

transmisor y otro es el flowtube que va en la tubería a medir con el sensor

propiamente dicho.

Características

• Alta precisión de ± 0.15% de la lectura del flujo o del 0.015% del flujo

nominal.

• Fácil de instalar y configurar.

36

Figura 3.8. Montaje Básico del Medidor Másico.

• FlowTube muy resistente.

• Apropiados sellos para instalación.

La instalación de este transmisor y su conexión a su respectiva tubería de 2

pulgadas será a través de bridas diseñadas para un ajuste robusto y libre de

fugas. Para garantizar el trabajo óptimo de este dispositivo se debe considerar el

montaje de la Figura 3.8.

b) Medidores de flujo de gas: Para determinar la medición de gas en los

separadores de prueba, se han considerado los transmisores de flujo tipo Vortex

de la seria 83x de Foxboro. Así la instalación de este transmisor y su conexión a

la respectiva tubería será realizada a través de sus respectivas bridas.

Para garantizar el trabajo óptimo del equipo en gas se considera los siguientes

puntos:

• Se ubicará el flujometro a 30 diámetros aguas debajo de la válvula

de control cuando el flujo es inestable.

• Si el flujo es más estable se instalará a 5 diámetros aguas arriba de

la válvula de control tal como se indica en la Figura 3.9.

37

Figura 3.9. Configuración de Instalación de Medidor Vortex (Tomado FoxDoc)

Sensores de posición para las Válvulas del Manifold

Para indicar cuál de los pozos se está probando en el separador se utilizara justo

bajo del manifold un indicador de posición de la marca ASCO de las siguientes

características:

• Modelo VR7

• Explotion Proof

• Switch Mecánico

• Para válvulas de giro de 90°

Figura 3.10 Indicador de Posición para Manifolds ( Tomado Technical Asco)

38

3.2.1.2 Accesorios y Trabajos de Adaptación para Separadores de Prueba

Las comunicaciones se realizan mediante enlace de radio, utilizando las torres de

comunicación de Petroproducción de cada estación. Sobre dichas torres se

colocaran las antenas para los radios.

En la Figura 3.11 se detalla los componentes en un separador de prueba los

cuales se generaliza para las 18 estaciones con separadores ya sus diferencias

son mínimas sin influencias grandes.

La Tabla 3.4 describe los componentes y la cantidad por separador de prueba

como parte del diseño.

Figura 3.11 Diagrama de componentes de separadores

39

Tabla 3.4. Listado de materiales por separador

Accesorios para:SEPARADORES DE

PRUEBA

Descripción Unidad CantidadCONDUCTORESCable de instrumentación Belden # 22 AWG 18 conductores Type 8774 metro 46Cable cuenca 18 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 824TUBERIATubo conduit rígido 3/4” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 26Tubo conduit rígido 1” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 9Accesorios Contra Explosión (EXPLOTION PROOF)ECDB75 Drain and Breathers unidad 5ECDB100 Drain and Breathers unidad 2EYSM Vertical Conduit Seals 3/4" unidad 2EYSM Vertical Conduit Seals 1" unidad 2EYSM Horizontal Conduit Seals 3/4" unidad 1ELF90-75 (codos) unidad 2GRC75-A (caja revisión) unidad 1GRC100-A (caja revisión) unidad 1GRT75-A (caja revisión) unidad 22Union 3/4" UNF Explosion Proof UNF75NR-A unidad 9Union 1" UNF Explosion Proof UNF100NR-A unidad 3Close-up plugs recessed head PLG75A unidad 2Reducing Bushings RB75-50 unidad 21Flexible couplings 1/2 EXJH-112 12" unidad 21ACCESORIOS GENERALESConector DB-9 unidad 2Bornera # 14 AWG unidad 100Portafusible tipo riel Din unidad 6Fusibles de 2 y 4 A. unidad 6Selectores de 2 posiciones + 1 NA unidad 2Toma de 110 voltios montaje en riel din unidad 1Fuente de 24 V - 32 V/ 5A SITOP unidad 1Kit De Baterías ( Incluye cargador, baterías y accesorios) unidad 1Terminales cable 14 AWG unidad 40Terminales cable 18 AWG unidad 60Disyuntor sobrepuesto 10 A- 1 Polo unidad 1TABLERO RTU, montado el RTU, RADIOS, BATERIA Y CARGADOR DE BATERIAS unidad 1TABLERO DE PASO SE INSTALARA FUENTE DE 24V, BORNERAS, PORTAFUSIBLE unidad 1TABLERO DE PASO SE INSTALARA FUENTE DE 24V, BORNERAS, PORTAFUSIBLE unidad 1Microswitch en las puertas de los tableros unidad 2Transformador de Aislamiento de 1KVA 220/110 unidad 1TRABAJOS CIVILES unidad 1

3.2.2 MEDIDORES DE CRUDO PARA CUSTODIA (TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE PETRÓLEO)

En el distrito Amazónico se tienen 35 estaciones con Tanques de Reposo cuyos

datos de nivel y volumen serán integrados al sistema SCADA, a través de un

RTU. Adicionalmente a la salida de los tanques de reposo, se encuentran

instalados medidores de custodia y transferencia de crudo, cuyos datos también

serán integrados al sistema SCADA a través del mismo RTU utilizado para los

Tanques de Reposo.

40

Por medio de la instrumentación adecuada se podrá obtener todos los datos que

se solicitan para el sistema SCADA.

Para los tanques se instala medidores de nivel tipo radar con exactitud de ± 1mm

y sus respectivos sensores de temperatura multipunto, interfaz agua-crudo y de

presión. Todas estas señales se envían a un concentrador local con display

ubicado al pie de cada tanque y de aquí hasta el RTU mediante un protocolo de

comunicación serial que depende de cada equipo.

Toda la instrumentación a instalarse en los Tanques de Reposo permite obtener

la medición en tiempo real del nivel y medición de crudo en los tanques.

Detallándose también niveles de petróleo, agua y sedimentos, sus respectivos

volúmenes almacenados, cantidad de petróleo y porcentaje de agua transferidos

en cada estación.

3.2.2.1 Instrumentación en Tanques de Almacenamiento

Como ya se dijo anteriormente estos medidores son del tipo radar, pero se debe

tener en cuenta de que 31 tanques son de techo fijo y 14 tanques son de techo

flotante, por lo que se propone dos modelos de medidores de la marca SAAB de

la serie REX 39xx descritos a continuación:

Medidor de nivel radar, serie REX 3900

Cada medidor tiene un cabezal trasmisor a prueba de explosión que contiene

todas las tarjetas electrónicas para el procesamiento de la señal, comunicación y

conexión con equipos externos. Una alta precisión es lograda porque su

arquitectura esta basada en circuitos de referencia digital. Dependiendo de la

aplicación tiene elementos que pueden ser incrementados o removidos del

cabezal transmisor.

Su funcionamiento se basa en una microonda emitida sobre la superficie del

producto y comparando las características que refleja esta onda. Por esta razón

no permite medir la emulsión que se encuentra por debajo de cada capa.

41

Las tarjetas electrónicas que pueden estar incorporadas en el cabezal transmisor

son:

• Tarjeta de procesamiento análogo (APC).

• Tarjeta de multiplexado de temperatura (TMC)

• Tarjetas de salidas de relé(ROC)

• Tarjeta de interfaz transmisora (TIC)

• Tarjeta de comunicaciones de campo (FCC)

El medidor RTG 3930 está diseñado para su montaje en tanques con techo fijo y

flotante dependiendo de su serie. El transmisor mide el nivel desde productos

limpios hasta productos muy difíciles El diseño de la antena parabólica ofrece la

máxima tolerancia para productos viscosos y condensados. El amplio diámetro de

la antena proporciona una elevada ganancia de antena y una elevada relación

señal-ruido. El Medidor de Antena Parabólica se puede instalar en la tapa de las

bocas de acceso ya existentes. El reflector parabólico estándar tiene un diámetro

de 440 mm (17 pulgadas) y cabe en una boca de acceso de 50cm.

Datos técnicos del RTG 3930

• Precisión del instrumento (valor 2 2σ): ): ± 0,5 mm (5/256 pulgadas).

• Desviación máxima del instrumento: ± 0,8 mm (1/32 pulgadas).

• Temperatura de funcionamiento en el tanque: Máximo +230 °C (+450 °F).

• Amplitud de medición: De 0,8 a 40 m (de 2,6 a 130 pies) por debajo de la

brida.

• Presión: Con abrazadera: De -0,2 a 0.2 bares (de -2,9 a 2.9 psig).

• Soldado: De -0,2 a 10 bares (de -2,9 a 145 psig).

42

Figura 3.12 Medidor de Antena Parabólica RTG 3930 (Tomado de Saab TankRadar

Technical Descripción)

• Peso eso total: Aprox. 25 kg (55 libras).

• Material expuesto a la atmósfera del tanque:

o Antena: Acero a prueba de ácido tipo EN 1.4436 (AISI 316).

o Sellado: PTFE (Teflon).

o Junta tórica: FPM (Viton).

• Dimensiones de la antena: 440 mm (17 pulgadas).

• Tamaño amaño de la boca de acceso: Mínimo 50 cm (20 pulgadas)

• Conexión al tanque: El medidor va unido mediante abrazadera o soldado

en un orificio de 96 mm (3,78 pulgadas) de diámetro en la tapa de la boca

de acceso.

Unidad de Display Remota RDU 40

La Unidad de Display Remota (RDU 40) es una unidad de display resistente para

uso al aire libre en zonas con peligro de explosión. Se le coloca en la base de los

tanques para visualización local de la medida. La RDU 40 abarca hasta un

máximo de 6 elementos de medida por tanque. En este caso los elementos de

temperatura se pueden conectar directamente al medidor TankRadar (RTG). Las

funciones de display son controladas mediante software por el medidor

TankRadar conectado.

La RDU 40 va conectada por un cable de 3 hilos de hasta 100 m (330 pies) desde

el RTG. Por lo que se pueden conectar hasta dos unidades a un medidor

43

TankRadar Rex. La RDU muestra los datos calculados, como el nivel,

temperatura promedio, volumen, intensidad de la señal, otros. Los datos se

pueden ver en listas o como valores únicos en una fuente sólida de 25 mm (1

pulgada) muy fácil de leer.

Sensor de Interfase producto-agua

El Sensor del Nivel de Agua (WLS) capacitivo mide continuamente el nivel de

agua por debajo de la superficie de petróleo y proporciona datos para el inventario

neto en línea. El sensor está integrado en el Sensor de Temperatura multipunto

MST. Posee un diseño de alta resistencia sin partes móviles. El WLS emite una

señal analógica de 4-20 mA o digital HART, que se conecta directamente a un

medidor tipo radar. Dentro de la sonda existe un sensor de temperatura Pt100, lo

que permite la medición de temperaturas a niveles muy bajos. El WLS va soldado

al MST para conseguir un diseño hermético.

Figura 3.13 RDU Conectada al Medidor TankRadar Rex (Tomado de Saab

TankRadar Technical Descripción)

44

Datos técnicos del WLS

• Amplitud de 500 mm (20 pulgadas), 1000 mm (40 pulgadas)

• Medición activa: o 1500 mm (60 pulgadas)

• Salida analógica: 2 cables 4 - 20 mA con Imax = 23 mA

• Salida digital: Transmisor HART (SMART)

• Precisión: ± 2 mm (0,08") [500 mm de longitud activa], ± 4 mm (0,16")

[1000 m de longitud activa], ± 6 mm (0,24") [1500 mm de longitud activa]

Para la máxima resolución debe utilizarse la comunicación HART

• Calibración de fábrica: Calibrado en condiciones εr =2,3

o (Diesel) a través de circuito de 2 cables

o (Otras calibraciones a petición del cliente)

• Temperatura a de funcionamiento: 0 - 120 °C (de 32 °F a

250°F)[Temperatura máxima en la brida de montaje 80 °C (180 °F)]

• Dimensiones mecánicas: Rosca de conexión ø32x1,5 mm.

• Longitud del WBS = Longitud activa + 140 mm (5,5 pulgadas)

• Diámetro externo no del WLS: cerrado ø 38 mm (1,5 pulgadas)

• Diámetro externo no del WLS: abierto ø 48 mm (1,9 pulgadas)

• Materiales sumergidos: AISI 316, FEP, PTFE y PEEK con 30% de cristal

• Presión máxima: 6 bares (90 psig)

• Certificaciones Ex: DEMKO 01 ATEX 131128X, 0539II 1 G, EEx ia IIB T4.

Certificación

• UL pendiente

• Modelo abierto: Apto para aplicaciones de petróleo crudo

• Modelo cerrado: Apto para combustibles más ligeros, como combustible

Diesel.

45

Figura 3.14. Sensor de Interfaz Producto-Agua (Tomado de Saab TankRadar

Technical Descripción)

3.2.2.2 Accesorios y Trabajos de Adaptación para Tanques de Almacenamiento

Figura 3.15. Diagrama de componentes de Tanque de Almacenamiento

46

Tabla 3.5 Listado de materiales por Tanque de Almacenamiento

Accesorios para:TANQUES DE

ALMACENAMIENTO

Descripción Unidad CantidadCONDUCTORESCable de comunicación RS-485 Belden # 24 AWG 6 conductores Type 9843 metro 50Cable cuenca 18 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 135TUBERÍATubo conduit rígido 3/4” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 45Accesorios Contra Explosión (EXPLOTION PROOF)ECDB75 Drain and Breathers unidad 2EYSM Vertical Conduit Seals 3/4" unidad 2ELF90-75 (codos) unidad 1GRC75-A (caja revisión) unidad 1ACCESORIOS GENERALESConector DB-9 unidad 2Bornera # 14 AWG unidad 6

Para los Tanques de Almacenamiento la tarjeta electrónicas incorporadas se

colocarán junto con el Display RDU en la base de los tanques de esta manera se

hace accesible la conexión al sistema SCADA a través del RTU que también

tomará las señales de los smith meter y del touch screen de laboratorios.

Los accesorios se muestran en la Tabla 3.5. En la Figura 3.15 se detalla los

componentes en un Tanque de Almacenaje los cuales se generaliza para los 45

Tanques; entre los de techo fijo y de techo flotante; ya que sus diferencias son

mínimas.

3.2.3 MEDIDORES DE CRUDO PARA CUSTODIA Y TRANSFERENCIA

Para los medidores de crudo ya existentes, y ubicados a la salida de los tanques

de reposo, se instala la instrumentación adecuada para que todas estas señales

sean estándar para el ingreso a las tarjetas del computador de flujo y/o del

RTU20. Solo en 8 estaciones irán sistemas de calibración con probadores por lo

que se instalará 8 computadores de flujo FMC dedicados para esos sistemas de

calibración.

El computador de flujo FMC dedicado, se comunicará al sistema SCADA a través

del RTU de cada estación con sistema de calibración con probador.

Adicionalmente a éste RTU se conecta un touch screen localizada en el

laboratorio de la estación de producción; con el propósito de medir los parámetros

47

de producción de crudo; y a los radares de los tanques de almacenamiento, como

ya se dijo anteriormente, por lo tanto éste RTU esta interconectada también con el

RTU de los separadores de prueba.

La cantidad de tarjetas que se incluirán en el RTU son:

• 8 entradas analógicas

• 2 entradas de contador

• 2 salidas analógicas o de set point

• Módulo de Adaptador para Termocupla J

• 1 Tarjeta de Comunicación

Todas los RTU’s se comunicará vía enlace de radio con el MTU ubicado en las

estaciones de control auxiliares.

Así, se propone para el monitoreo y control de las Estaciones de producción el

mismo RTU 20 de la I/A Series propuesto para los pozos.

3.2.3.1 Instrumentación para Medidores para Custodia y Transferencia

En las estaciones de producción se tiene medidores Smith Meter a la salida de los

tanques de almacenamiento, pero sus accesorios son solo mecánicos, por lo que

se puede completar con instrumentación electrónica para mejorar su

funcionamiento y llevar esta información al sistema SCADA.

Los medidores Smith Meter son equipos de desplazamiento positivo los que

responden a variaciones de flujo por medio de transferencias mecánicas de aletas

o alaves correspondientes a la rotación de un eje. Tiene muy alta precisión con

valores del 0.1 al 1%.

La instrumentación necesaria para adecuar la información a las computadoras de

flujo y a los RTU´s es la siguiente:

• Transmisor de pulsos.

• Medidor de corte de agua (BSW).

• Transmisor de Presión.

48

• Transmisor de Temperatura.

Para el caso de las 8 estaciones de protección con sistema de calibración Prober

se colocará una computadora de flujo de la misma marca FMC.

Transmisor Universal de Pulsos (UTP) de FMC EnergySystems

Este elemento trasmisor que funciona con un sensor y tarjeta electrónica, trasmite

por cada contacto de giro un pulso infrarrojo, este medidor sirve para llevar la

señal de volumen medido al computador de flujo o RTU. Se debe aclarar que la

medida llevada no es exactamente el volumen real, se necesita realizar ciertas

correcciones que van a depender de este valor y, de los valores de temperatura,

presión y del valor del corte de agua del crudo medido.

El UTP es un pulso infrarrojo, con salida dual cuadrada de alta resolución que

acondiciona a los medidores Smith Meter de desplazamiento positivo.

Características:

• Salida dual de pulsos: Cuadrada

• Salida de complemento de pulsos

• Verificación de pulsos por revolución

• Protección Explotion Proof

• Protección bajo la norma Nema 4

La Figura 3.16 muestra el instrumento en su forma física.

Figura 3.16. Transmisor de pulsos universal (Tomado de Smith FMC Energy System)

49

Medidor de Corte de Agua (BSW)

Se utiliza el instrumento del modelo WCM 7300 FMC de principio capacitivo que

tiene alta precisión en la medida del agua contenida en el crudo. Tienen salida de

4-20 mA o salida de 0-5V con compensación de temperatura.

Sus características más destacables son:

• Alimentación de 20 a 30 Voltios

• Exactitud de ±0.05% sobre una escala de 0 al 5 % de agua

• Display alfanumérico

• Leds de visualización de estados.

Transmisor de Presión

Se usara el mismo transmisor de presión utilizado en los separadores de prueba,

es decir el IGP10 de Foxboro con un rango de 0 a 100 pulgadas de agua con

capacidad de conexión a tubería con rosca medida de ½ pulgada.

Transmisor de Temperatura

Se usa sobre el mismo medidor Smith Meter un sensor propio de la misma marca

FMC. El sensor es de la serie TPW-2 (tipo NPT), en el que se incluye termopozo y

tablero antiexplosión explotion proof.

Sus principales características son:

• Envoltura de ¼ de pulgada de diámetro

• Cable de 6 pulgadas de diámetro

• Tres conductores

• Su recubierta de Platino de alta pureza

• Resistencia de 500Ω a 32°F

• Declive de 0.003°C/°C

• Recomendado para temperaturas mayores a 482°F

• Termopozo de ¾ para NPT con sus respectivos sellos.

50

Computador de Flujo

El computador de flujo elegido es el SyberTrol de FMC, ya que cumple las

especificaciones básicas de medición de crudo requeridas por Petroproducción.

El Smith SyberTrol es una computadora de flujo completamente programable

diseñada para un continuo monitoreo del flujo de productos líquidos de petróleo.

Este equipo puede operar como un equipo integrado a sistemas de supervisión en

un sistema de control o en modo stand alone. Tiene protección antiexplosión

explotion proof, comunicación remota y monitoreo de temperatura, presión y

densidad, en lazos de control muy complejos.

Tiene la capacidad de expansión para monitorear el flujo de no solo un medidor

de flujo sino de varías tuberías.

Su principal referencia es que cumple con el estándar API Capítulo 21, con

estudios de factibilidad técnico-económica.

El computador de flujo debe ser capaz de realizar correcciones por efectos de las

variables que intervienen en el proceso tales como temperatura, presión y

gravedad específica del crudo medido

Figura 3.17. Computador de Flujo SyberTrol (Tomado de Smith FMC Energy

System)

51

3.2.3.2 Accesorios y Trabajos de Adaptación para Medidores Smith Meter

En los medidores Smith Meter se instalará junto a los tableros de control existente

en el gabinete del RTU respectivo.

Los accesorios se muestran en la Tabla 3.6. En la Figura 3.18 se detalla los

componentes en un medidor smith meter los cuales se generaliza para las 35

estaciones con smith meter (dos por estación). Se debe tomar en cuenta que 8

medidores de las 72 se colocara además del RTU un computador de flujo para

trabajos de calibración, se toma mucho en cuenta estas instalaciones por la

importancia que tiene en materia de petróleo lo referente a custodia y

transferencia.

Tabla 3.6. Listado de materiales por Tanque de Almacenamiento

Accesorios para:MEDIDORES DE

CRUDO

Descripción Unidad CantidadCONDUCTORESCable de instrumentación Belden # 20 AWG 6 conductores Type 9883 metro 35Cable de instrumentación Belden # 20 AWG 4 conductores Type 9402 metro 86TUBERÍATubo conduit rígido 3/4” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 14Accesorios Contra Explosión (EXPLOTION PROOF)ECDB75 Drain and Breathers unidad 4EYSM Vertical Conduit Seals 3/4" unidad 4GRC75-A (caja revisión) unidad 2GRT75-A (caja revisión) unidad 2Union 3/4" UNF Explosion Proof UNF75NR-A unidad 14Reducing Bushings RB75-50 unidad 4Flexible couplings 1/2 EXJH-112 12" unidad 4ACCESORIOS GENERALESBornera # 14 AWG unidad 30Portafusible tipo riel Din unidad 6Fusibles de 2 y 4 A. unidad 6Selectores de 2 posiciones + 1 NA unidad 2Toma de 110 voltios montaje en riel din unidad 1Fuente de 24 V - 32 V/ 5A SITOP unidad 1Kit De Baterías ( Incluye cargador, baterías y accesorios) unidad 1Terminales cable 14 AWG unidad 10Terminales cable 18 AWG unidad 30Disyuntor sobrepuesto 10 A- 1 Polo unidad 1TABLERO RTU, montado el RTU, RADIOS, BATERIA Y CARGADOR DE BATERIAS unidad 1Microswitch en las puertas de los tableros unidad 2Transformador de Aislamiento de 1KVA 220/110 unidad 1

52

Figura 3.18 Diagrama de componente de Smith Meters

3.2.4 LABORATORIOS

Las variables de operación tales como Gravedad API, Contenido de azufre y

Viscosidad, que el operador de la estación mide manualmente pueden ser

ingresadas al sistema SCADA digitándolas a través del touch screen instalado en

el laboratorio de cada estación.

Los touch screens se comunicara al RTU respectiva vía radio.

En este equipo se tienen todas las pantallas de la estación de control a la que

pertenezca.

Los radios son los mismos utilizadas en la comunicación en los pozos.

En el siguiente capítulo se presentara las características principales de estos

equipos.

53

3.2.5 ACCESORIOS COMUNES EN TODAS LAS INSTALACIONES

A continuación se describe los materiales comunes de toda la instalación:

3.2.5.1 Material Explotion Proof

Se tomará muy en cuenta la atmósfera en donde se instalarán los equipos de

campo; en este caso pozos; por lo que se requiere accesorios como tubería, cajas

conectores y otros elementos antiexplosión (explotion proof) correspondientes a

zona 2 según la norma IEC y, clase 1 división 2, según la norma NEC. La marca

del material explotion proof es Appleton Electric Company.

3.2.5.2 Conductores

Para la alimentación de los diferentes equipos e instrumentos de campo se

utilizarán cables apropiados para este tipo de instalaciones. Cada cable

seleccionado tiene propiedades de reducir interferencias eléctricas, ruido, etc.,

ajustándose a los requerimientos de técnicos de los diferentes tipos de

subsistemas instalados en el campo.

Cables de instrumentación y control

Son una gama de cables de mando y de conexión apantallados que están

perfectamente adaptados para utilizarlos en instalaciones en medios industriales.

Su pantalla de cobre los protege eficazmente de las interferencias exteriores y

viceversa. Estos cables resisten esfuerzos mecánicos importantes y pueden ser

utilizados en instalaciones fijas o parcialmente móviles. Excepto en esfuerzos de

tracciones o de torsiones fuertes o intensas.

Según las necesidades y por principio de funcionamiento se los puede seleccionar

para aplicaciones muy variables como es llevar señales de transmisores hasta

comunicaciones en diversos protocolos industriales.

• Overall Beldfoil Shield, tienen un aislamiento bastante seguro, sus

conductores son tipo cable, la protección es aluminio-poliester Beldfoil

enrollado en papel y chaqueta de PVC. Este tipo de conductor viene en

diferente tipo de pares y calibres, los más utilizados son de calibre 20 y 22

54

AWG en pares 3, 4, 6, etc. El principal fabricante de estos conductores es la

empresa BELDEN.

• Overall Foil/Braid Shield, es un conductor multipar blindado con baja

capacitancia para sistemas de comunicación serial en los estándares

RS 232, RS 422 y RS 485.

Poseen un factor de disipación de alta velocidad de transmisión, mínima

distorsión en el manejo de datos. Entres sus propiedades físicas constan de una

alta resistencia a presiones.

• Coaxial RG, es un conductor dedicado para la comunicación desde la

Radio hasta la Antena en el sistema de telecomunicaciones. Tiene un

aislamiento de lámina metálica denominada Duofoil. Estos cables pueden

comunicar señales del tipo band ancha, señales análogas estándares,

señales análogas o digitales de video, entre otros.

Cable de fuerza

• Cable tipo Sucre, son los conductores más básicos y elementales que se

pueden encontrar en el mercado, es decir los más comúnmente utilizados, y

que no tienen mucha exigencia en lo referente a aislamiento y

conductividad. Referente a las normas que debe cumplir no se le da mucha

importancia ya que estos conductores siempre estarán dentro de tubería y

accesorios explotion proof que cumplen ya con la norma exigida.