La transformación digital tiene que llevarse a cabo en todos los niveles de la cadena de valor de la industria del aceite y gas, es esencial alinearla con los objetivos empresariales y proyectar los resultados a largo plazo.
En este contexto, en este documento se propone una herramienta digital que permite interpretar y diagnosticar, de manera remota, el comportamiento cualitativo del sistema artificial de producción de bombeo mecánico. Mediante la obtención de cartas dinamométricas de fondo y un informe diagnóstico. Esto con el objetivo de identificar las problemáticas a ser resueltas y optimizar la producción de pozos.
Para el desarrollo de la herramienta digital, se utilizó la ecuación de onda propuesta por S. Gibbs. Considerando las fuerzas longitudinales de vibraciones y esfuerzos que intervienen en el movimiento ascendente-descendente de la sarta de varillas, la solución a esta ecuación diferencial resultante es aproximada utilizando el método numérico de diferencias finitas.
Como resultado, se tiene un dominio de solución que calcula y grafica la carta dinamométrica de fondo. A partir de condiciones iniciales dadas por el monitoreo y captura de datos de esfuerzos en superficie.
Para la programación de este algoritmo de solución y visualización de cartas, se utilizó el lenguaje de programación MATLAB. La validación de esta herramienta digital se realizó a través de la comparación visual de resultados cualitativos.
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La presente investigación tiene como finalidad resaltar la importancia de la necesaria transformación digital en la empresa productiva del estado Pemex. Esta transformación digital se puede definir como la integración de nuevas tecnologías en todas las áreas de una empresa para cambiar su forma de funcionar. El objetivo es optimizar los procesos, mejorar la competitividad y ofrecer un nuevo valor añadido a los clientes (MIT,2023).
De acuerdo con las últimas cifras sobre los sistemas artificiales de producción publicadas por la empresa productiva del estado el 18% de los pozos en México producen con bombeo mecánico (PEMEX,2023). Este sistema es el método más utilizado en pozos terrestres en México (1,140) por su fácil manejo y bajos costos. Tanto de mantenimiento como de instalación. En la operación del bombeo mecánico existen diferentes problemas comunes; desgaste en la sarta de varillas por efectos de corrosión, fatiga, fricción, excesos en el límite de tolerancia de carga, golpe del fluido, pistón de la bomba desgastado, fugas en la válvula viajera o fija, unidad severamente fuera de desbalance y fallas de logística en el mantenimiento de los equipos.
Por lo anterior, es vital que el operador tenga conocimiento continuo del mecanismo de bombeo mecánico basado en la correcta interpretación de cartas dinamométricas. Esto con el objetivo de diagnosticar a tiempo fallas que puedan ocurrir. Y ofrecer soluciones inmediatas que eviten tiempos de retraso, costos de reparación y diferimiento de producción.
En la búsqueda de mejorar y automatizar los procesos internos de producción de pozos con sistema de bombeo mecánico a través del uso de herramientas digitales, se identificó la necesidad de un monitoreo remoto, constante y periódico de las condiciones operativas y de productividad con la finalidad de realizar una intervención a tiempo.
MATLAB
Comúnmente se contrata a empresas de servicios para este seguimiento. Sin embargo, debido al costo de monitoreo e interpretación de registros dinamométricos. Los pozos que cuentan con baja producción no resultan rentables para llevar a cabo este servicio.
Estos servicios de registro, monitoreo, interpretación y seguimiento de producción que realizan las compañías incluyen. Carta dinamométrica de superficie, el cálculo de la carta de fondo con el ingreso de datos conocidos en superficie. Y comúnmente se incluye el servicio de toma de nivel de fluido almacenado en la tubería de revestimiento. A través de la eficiente interpretación de estas cartas dinamométricas se evitan e identifican distintas situaciones relacionadas. Con el estado de funcionamiento de la bomba, las condiciones de producción del pozo y las variaciones de la carga en la sarta de varillas.
En el presente artículo se propone una aplicación digital de software, utilizando el lenguaje de programación MATLAB. Permite adquirir e interpretar la información de manera remota, lo cual generará mayor rentabilidad en la adquisición de información y diagnóstico del pozo.
Conclusiones
El uso del método de diferencias finitas, propuesto por T. Everitt,1992, como solución numérica a este caso particular de la ecuación de onda, proporciona resultados con buena aproximación tanto en tiempo como en espacio, obteniendo soluciones visuales cualitativamente útiles para un diagnóstico asertivo y complementario.
Además del uso del informe descargable como complemento al diagnóstico del sistema bombeo mecánico de los pozos correspondientes a la Región Norte de Pemex. Se lo logro validar la aplicación digital para un diagnóstico cualitativo remoto y rentable. Esto inicialmente comparando sus resultados al artículo técnico y con el software comercial TWM, obteniendo datos visualmente útiles y con poca divergencia.
Al mismo tiempo, debido a que la aplicación puede instalarse fácilmente cumpliendo los requisitos de ciberseguridad de Pemex. Se puede masificar su uso para el análisis de pozos operando bajo el sistema artificial de bombeo mecánico. Logrando obtener una mayor rentabilidad en la toma de información y diagnostico de los pozos de Pemex.
Con este trabajo de investigación se comprueba la necesaria automatización en transformación digital de la industria petrolera utilizando lenguajes de programación para generar soluciones rentables de medición indirecta y remota con la menor cantidad de insumos posibles y el menor gasto de inversión.
Los Ingenieros Luis Alfonso Ramos Castañeda y Fernando Sebastian Flores Avila presentaron el trabajo en la reciente edición del Congreso Mexicano del Petróleo.
