Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TiagoSB_DISSERT.pdf: 2511631 bytes, checksum: 6bc0111c2afb2c48acf040134ddb6f46 (MD5) Previous issue date: 2011-07-22 / From their early days, Electrical Submergible Pumping (ESP) units have excelled in lifting much greater liquid rates than most of the other types of artificial lift and developed by good performance in wells with high BSW, in onshore and offshore environments. For all artificial lift system, the lifetime and frequency of interventions are of paramount importance, given the high costs of rigs and equipment, plus the losses coming from a halt in production. In search of a better life of the system comes the need to work with the same efficiency and security within the limits of their equipment, this implies the need for periodic adjustments, monitoring and control. How is increasing the prospect of minimizing direct human actions, these adjustments should be made increasingly via automation. The automated system not only provides a longer life, but also greater control over the production of the well. The controller is the brain of most automation systems, it is inserted the logic and strategies in the work process in order to get you to work efficiently. So great is the importance of controlling for any automation system is expected that, with better understanding of ESP system and the development of research, many controllers will be proposed for this method of artificial lift. Once a controller is proposed, it must be tested and validated before they take it as efficient and functional. The use of a producing well or a test well could favor the completion of testing, but with the serious risk that flaws in the design of the controller were to cause damage to oil well equipment, many of them expensive. Given this reality, the main objective of the present work is to present an environment for evaluation of fuzzy controllers for wells equipped with ESP system, using a computer simulator representing a virtual oil well, a software design fuzzy controllers and a PLC. The use of the proposed environment will enable a reduction in time required for testing and adjustments to the controller and evaluated a rapid diagnosis of their efficiency and effectiveness. The control algorithms are implemented in both high-level language, through the controller design software, such as specific language for programming PLCs, Ladder Diagram language. / Desde a sua concep??o, as unidades de Bombeio Centr?fugo Submerso (BCS) destacaram- se pelas altas vaz?es desenvolvidas e pelo bom desempenho em po?os com alto BSW, tanto em ambientes onshore como offshore. Em qualquer sistema de eleva??o, sua vida ?til e a frequ?ncia das interven??es s?o de fundamental import?ncia, em virtude dos elevados custos das sondas e dos equipamentos, al?m dos prejuizos oriundos de uma parada na produ??o. Na busca por uma maior vida ?til do sistema, surge a necessidade de que o mesmo trabalhe com efici?ncia e dentro dos limites de seguran?a de seus equipamentos, isso implica na necessidade de peri?dicos ajustes, monitoramento e controle. Como ? crescente a perspectiva de se minimizar as a??es humanas diretas, esses ajustes dever?o ser feitos cada vez mais via automa??o. A automa??o do sistema n?o s? possibilita uma maior vida ?til, mas tamb?m um maior controle sobre a produ??o do po?o. O controlador ? o c?rebro da maioria dos sistemas de automa??o, concentrando l?gica e estrat?gias necess?rias a atua??o no processo de maneira a lev?-lo a trabalhar com efici?ncia. Tal ? a import?ncia do controle para qualquer sistema de automa??o que se espera que, com o desenvolver das pesquisas e melhor conhecimento do BCS, muitos controladores venham a ser propostos para este m?todo de eleva??o. Depois que um controlador ? proposto, o mesmo deve ser testado e validado antes de se tom?-lo como eficiente e funcional. O uso de um po?o produtor ou de um po?o de teste poderia viabilizar a realiza??o de testes, mas com o s?rio risco de que falhas no projeto do controlador viessem a ocasionar danos aos equipamentos do po?o, muitos deles de custo elevado. Diante dessa realidade, o objetivo deste trabalho ? apresentar um ambiente para avalia??o de controladores fuzzy para po?os equipados com o m?todo BCS, utilizando-se de um simulador computacional representando um po?o virtual, de um software de projeto de controladores fuzzy e de um CLP comercial. O uso do ambiente proposto possibilitar? uma redu??o no tempo requerido para a realiza??o dos testes e ajustes necess?rios ao controlador avaliado e um diagn?stico r?pido de sua efici?ncia e efic?cia. Os algoritmos de controle s?o implementados tanto em linguagem de alto n?vel, atrav?s do software de projeto de controladores, como em linguagem espec?fica para programa??o de CLPs, a linguagem de Diagramas Ladder.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:09:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FilipeOQ_TESE.pdf: 3544001 bytes, checksum: a41be36b03f0fc409d26c8565085c60f (MD5) Previous issue date: 2010-02-25 / In the artificial lift method by Electrical Submersible Pump (ESP), the energy is transmitted for the well?s deep through a flat electric handle, where it is converted into mechanical energy through an engine of sub-surface, which is connected to a centrifugal pump. This transmits energy to the fluid under the pressure form, bringing it to the surface In this method the subsurface equipment is basically divided into: pump, seal and motor. The main function of the seal is the protect the motor, avoiding the motor?s oil be contaminated by oil production and the consequent burning of it. Over time, the seal will be wearing and initiates a contamination of motor oil, causing it to lose its insulating characteristics. This work presents a design of a magnetic sensor capable of detecting contamination of insulating oil used in the artificial lift method of oil-type Electrical Submersible Pump (ESP). The objective of this sensor is to generate alarm signal just the moment when the contamination in the isolated oil is present, enabling the implementation of a predictive maintenance. The prototype was designed to work in harsh conditions to reach a depth of 2000m and temperatures up to 150?C. It was used a simulator software to defined the mechanical and electromagnetic variables. Results of field experiments were performed to validate the prototype. The final results performed in an ESP system with a 62HP motor showed a good reliability and fast response of the prototype. / No m?todo de eleva??o artificial de petr?leo por Bombeio Centr?fugo Submerso (BCS) a energia el?trica ? transmitida para o fundo do po?o atrav?s de um cabo, onde ? transformada em energia mec?nica por um motor de sub-superf?cie, o qual est? conectado a uma bomba centr?fuga, que transmite a energia para o fluido sob a forma de press?o, elevando-o para a superf?cie. Neste m?todo, os equipamentos de sub-superf?cie subdividem-se basicamente em: bomba, selo e motor. A principal fun??o do selo ? a prote??o do motor, evitando a contamina??o do ?leo do motor pelo ?leo de produ??o e a conseq?ente queima do mesmo. Com o tempo, o selo vai desgastando-se e come?a haver uma contamina??o do ?leo do motor, fazendo com que o mesmo perca a sua caracter?stica isolante. Este trabalho apresenta um projeto de um sensor magn?tico capaz de detectar a contamina??o do ?leo isolante utilizado no m?todo de eleva??o artificial de petr?leo do tipo (BCS). O objetivo deste sensor ? gerar um sinal de alarme apenas no momento em que a contamina??o do ?leo isolante estiver presente, possibilitando ? execu??o de uma manuten??o preditiva. O prot?tipo foi projetado para trabalhar em condi??es operacionais severas, podendo alcan?ar uma profundidade de 2000m e temperaturas at? 150?C. Foi utilizado um software simulador para definir as vari?veis mec?nicas e eletromagn?ticas. Experimentos de campo foram realizados para validar o prot?tipo. Os resultados finais realizados em um sistema BCS com um motor de 62HP mostrou uma boa confiabilidade e resposta r?pida do prot?tipo.

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-26T04:52:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Biazussi_JorgeLuiz_D.pdf: 11756361 bytes, checksum: e163630c268ec8b0c1e2a20bc1bdebc9 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A bomba centrífuga submersa (BCS) é uma bomba de múltiplos estágios que tem recebido muita atenção nos últimos anos, devido à sua importância para a elevação artificial de petróleo em altas vazões. Como uma parte do sistema de Elevação Artificial, a BCS é geralmente instalada no interior do poço, a fim de aumentar a vazão ou até mesmo viabilizar a produção. A presença de gás livre no fluido na entrada da bomba provoca uma diminuição do ganho de pressão fornecido pela BCS e pode conduzir a instabilidades na curva de ganho de pressão versus vazão. O objetivo deste trabalho é desenvolver e avaliar o desempenho de um modelo de deslizamento para representar o ganho de pressão em uma ampla faixa de vazão de líquido de uma BCS. Para este propósito foram realizados testes experimentais em laboratório para três BCS diferentes que operam com misturas ar - água. Especificamente, o ganho de pressão e a potência de eixo foram medidos em diferentes vazões de líquido, de gás, de pressões de entrada e rotação. Os resultados dos testes de água monofásicos foram interpretados por ajuste dos dados com um modelo de correlação genérico para o ganho de pressão e potência, tentando descrever todos os fenômenos físicos envolvidos no escoamento nos canais rotativos. Os resultados dos testes bifásicos foram discutidos em termos dos efeitos da fração de vazio, da pressão de admissão, da velocidade de rotação e da geometria da bomba. Um modelo de deslizamento para escoamento em bolhas foi proposto para representar o ganho de pressão e também foi utilizado para expressar a potência de eixo. Os dois parâmetros envolvidos no modelo, ou seja, C0 e kb?, foram ajustados aos dados e mostrou a capacidade desta abordagem em capturar as principais tendências das curvas experimentais. O parâmetro de distribuição C0 foi, em todos os casos, significativamente menor do que um, confirmando os resultados de outros autores, em escoamento bifásico descendente em tubos. Além disso, este resultado indica que os perfis de velocidade e de distribuição de fase são distorcidos pelo campo centrífugo e de Coriolis. O parâmetro kb? foi significativo apenas para a bomba radial de menor vazão, o que confirma a ideia de que para altas vazões de líquido, as bolhas de gás são dispersadas através do líquido e o deslizamento torna-se insignificante / Abstract: The Electrical Submersible Pump (ESP) is a multiple stage pump which has been receiving a lot of attention in recent years in due to its importance for the Artificial Lift of petroleum at high flow rates. As a part of the AL system, the ESP is often installed inside the well in order to either viabilize the production or increase its flow rate. The presence of free gas within the fluid entering the pump causes a decrease in the head provided by the ESP and may lead to instabilities in the head-capacity curve. The aim of this work is to develop and evaluate the performance of a drift flux model to represent the head in the entire liquid flow rate range of an ESP. For this purpose, experimental performance tests to determine the characteristic curves were performed in laboratory for three different ESPs operating with water and water-air mixtures. Specifically, the head and brakehorsepower were measured at different flow liquid and gas flow rates, inlet pressures and rotation speeds. The results from the single-phase water tests were interpreted by fitting generic correlation models for the head and power to the data, trying to describe all basic phenomena involved in the rotating channel flow. The results from the two-phase runs were discussed in terms of the effects of the mixture composition, intake pressure, rotation speed and pump geometry. A drift flux model for bubbly flow was proposed to represent the head and also used to express the power. The two parameters involved in the model, namely C0 and kb? , were fitted to the data and showed good capability of this approach to capture the main trends of the experimental curves. The distribution parameter C0 was in all cases significantly lower than one, confirming the findings by other authors in two-phase downward pipe flow. Also, this result indicates that the velocity and phase distribution profiles are distorted by both the centripetal and Coriolis fields. The drift parameter kb? was significant for the smallest capacity radial pump only, confirming the idea that at sufficiently high liquid flow rates, the gas bubbles are dispersed through the liquid and drift becomes negligible / Doutorado / Explotação / Doutor em Ciências e Engenharia de Petróleo

[ES] Las bombas hidráulicas son el núcleo de muchos procesos en la industria y el sector servicios. Conviene tener en cuenta que los motores eléctricos son responsables del 69% del consumo de energía eléctrica en la industria, siendo en torno a un 22% de motores utilizados para el accionamiento de bombas. Los fallos de estas bombas pueden provocar averías en el proceso y, por lo tanto, implican altos costes económicos para el operador de la planta. Además, un funcionamiento defectuoso de las bombas conlleva una reducción de la eficiencia energética de la planta. De forma habitual, se utilizan principalmente dos tipos de estrategias orientadas al mantenimiento de maquinaria. Una estrategia de mantenimiento (mantenimiento preventivo) consiste en la sustitución de las piezas desgastadas en un intervalo de tiempo fijo. Este tipo de estrategia presenta muchas desventajas asociadas a la escasa optimización en el uso de los recursos y al consiguiente impacto económico. Por otro lado, la estrategia basada en la condición del equipo (mantenimiento basado en la condición) liga el reemplazo de las piezas desgastadas al estado del equipo, el cual es monitorizado a través de señales adquiridas mediante sensores. Sin embargo, el uso de sensores tiene algunos inconvenientes, como costes de inversión adicionales, posibles problemas en el montaje del sensor y posibles fallos del mismo. El análisis de la señal de corriente no se ha utilizado de forma habitual en la práctica para evaluar el estado de la bomba, aunque en muchas aplicaciones se dispone de sensores de corriente ya instalados que se podrían utilizar a tal fin. Se ha demostrado que técnicas basadas en el análisis de la corriente resultan de gran utilidad para diagnosticar varios tipos de fallos en motores eléctricos. De hecho, el análisis de la firma de corriente del motor se utiliza hoy en día ampliamente en la industria, especialmente para el diagnóstico de fallos en motores de inducción. En la presente tesis, se evalúa la utilización de la técnica de análisis de corrientes para el diagnóstico de fallos típicos relacionados con las bombas en diferentes aplicaciones. Se investigan tres tipos de bombas diferentes: bombas en línea de rotor húmedo, bombas de rotor seco y bombas sumergibles. En la tesis se han adaptado diversas técnicas, previamente empleadas para la detección de fallos en motores, al diagnóstico de fallos en la propia bomba. Los resultados indican que fallos como obstrucción de la bomba, fisura del impulsor y desgaste de los cojinetes influyen especialmente en dos frecuencias del espectro de corriente, las cuales pueden utilizarse como base de estrategias de mantenimiento basadas en la condición. En concreto, en las bombas de rotor húmedo, estos dos indicadores de fallo varían sensiblemente en función del punto de carga hidráulica de la bomba. Con la ayuda de un método de extracción de características basado en la motor reference frame theory, se demuestra que las mencionadas frecuencias pueden analizarse en tiempo real en un entorno industrial. Además, se presentan directrices para la monitorización en la nube y se valida con la ayuda de ensayos de laboratorio. Adicionalmente, se demuestra que los fallos son también detectables al analizar la corriente de arranque mediante herramientas de descomposición tiempo-frecuencia. Este hito no se había abordado anteriormente en la literatura técnica del área en lo referente a la detección de fallos en bombas. En conclusión, los resultados de este trabajo demuestran que los métodos de diagnóstico basados en la corriente pueden detectar con éxito diversos tipos de fallo en bombas, lo cual constituye un punto de gran interés para las industrias que utilicen estos activos en sus procesos. / [CA] Les bombes hidràuliques són el nucli de molts processos en la indústria i en el sector dels serveis. Cal mencionar que els motors elèctrics són responsables del 69% del consum de la energia elèctrica en la indústria, sent al voltant del 22% dels motors utilitzats per l'accionament de bombes. Les fallades d'aquestes bombes poden causar avaries en els processos, i per tant, representen un alt cost econòmic per a l'operador de la planta. A més a més, un funcionament defectuós en les bombes representa una reducció de l'eficiència energètica de la planta. De manera habitual, s'utilitzen principalment dos tipus d'estratègies orientades al manteniment de la maquinària. Una estratègia de manteniment (manteniment preventiu) consisteix en la canvi de les peces desgastades en un interval fixe de temps. Aquest tipus d'estratègia presenta molts desavantatges associats a la reduïda optimització en el ús dels recursos i el seu impacte econòmic. D'altra banda, la estratègia basada en la condició dels equipaments (manteniment basat en la condició) enllaça la substitució de les peces desgastades al estat de l'equip, el qual es monitoritzat per mig de senyals adquirides per sensors. No obstant això, el ús de sensors té alguns inconvenients com costos d'inversió addicionals, possibles problemes al muntatge i possibles fallades. L'anàlisi dels senyals de corrent no s'utilitzen de manera habitual en la pràctica per avaluar l'estat de la bomba, encara que en moltes aplicacions, estos sensors es troben instal·lats i es podrien fer servir per a aquesta finalitat. Ha estat demostrat que les tècniques basades en l'anàlisi de la corrent són de gran utilitat per el diagnosi de diversos tipus de fallades en motors elèctrics. De fet, l'anàlisi de la firma de la corrent del motor s'utilitza àmpliament en l'indústria, especialment per el diagnosi de fallades en motors d'inducció. En la present tesi, s'avalua l'utilització de la tècnica d'anàlisi de corrents per el diagnosi de fallades típiques relacionades en bombes per a diferents aplicacions. Se investiguen tres tipus de bombes diferents: bombes en línia de rotor humit, bombes de rotor sec i bombes submergibles. En aquesta tesi se han adaptat diverses tècniques, prèviament utilitzades en el diagnosi de màquines elèctriques, per al diagnosi de la pròpia bomba. Els resultat indiquen que les fallades com obstrucció de la bomba, la fissura de l'impulsor i el desgast dels coixinets influeixen especialment en dos freqüències de l'espectre de la corrent, les quals es poden utilitzar com a base per a una estratègia de manteniment basada en la condició. Particularment, en les bombes de rotor humit, aquestos dos indicadors de fallada varíen sensiblement en funció del punt de càrrega hidràulica de la bomba. En l'ajuda de un mètode d'extracció de característiques basat en la "motor reference frame theory", es demostra que les mencionades freqüències es poden analitzar en temps real en un entorn industrial. A més a més, es presenten directrius per la monitorització en el núvol i es valida en l'ajuda de assajos en el laboratori. Addicionalment, es demostra que les fallades són també detectables quan s'analitza la corrent d'arrancada mitjançant ferramentes de descomposició temps-freqüència. Aquest fet no ha estat analitzat prèviament en cap tipus de literatura tècnica dins del camp de detecció de fallades en bombes. En conclusió, els resultats d'aquest treball demostren que els mètodes de diagnosi basats en la corrent poden detectar en èxit diversos tipus de fallades en bombes, el qual constitueix un punt d'interés per a l'indústria que utilitzen aquest tipus de actiu en els seus processos. / [EN] Pumps are the heart of many processes in industry and service sector. Electric motors are responsible for 69% of electric energy consumption in industry, with 22% of them being used for the operation of pumps. Pump faults can lead to process breakdowns and are thus related to high costs for the plant operator. Furthermore, faulty operation of pumps reduces the energy efficiency of the plant. In many cases, a time-based maintenance strategy is applied, which means that typical wear parts are replaced within defined time cycles, which comes with some drawbacks such as poor resource efficiency and high costs. Condition-based maintenance strategies - meaning that the replacement of parts is planned based on the condition of the pump - are often based on the evaluation of sensor signals like vibration or noise. However, the use of sensors also has some drawbacks, such as additional investment costs, frequent problems with the sensor mounting, and possible sensor faults. There is no widespread use of the current signal to make statements about the pump condition, although current sensors are installed in many applications anyway. As for motor fault diagnosis, different current-based techniques have demonstrated their function. Today, motor current signature analysis is used in industry, especially for the diagnosis of induction motors. In this thesis, the current-based diagnosis of typical pump-related faults in different applications is evaluated. In total, three different pump types are investigated: a wet-rotor pump, a dry-runner inline pump, and a submersible pump. The techniques used for motor fault detection are adapted for the diagnosis of pump-related faults. The results indicate that the faults clogging, impeller crack, and bearing wear, in particular, influence two frequencies in the current spectrum, which can be used as a basis for a condition-based maintenance strategy. Especially in wet-rotor pumps, these two fault indicators strongly vary depending on the hydraulic load point of the pump. With the help of a feature extraction method based on the adapted reference frame theory, this work demonstrates that the two frequencies can be analyzed in real time in a field environment. Furthermore, a concept for cloud monitoring is presented and validated with the help of a laboratory test. Additionally, it is demonstrated that the faults are visible if the starting current is evaluated in a time-frequency map, which has not been considered before in the literature on pump-related faults. In summary, the findings of this work indicate that current-based diagnosis methods can successfully detect typical faults in pumps, a fact that is of high interest for companies using these assets in their industrial processes. / Becker, V. (2022). Current-based Techniques for Condition Monitoring of Pumps [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/190630