En Erdos Miller estamos especializados en el desarrollo de dispositivos electrónicos llave en mano y en el control y la automatización de procesos. Resolvemos los problemas de calidad, fiabilidad, producción y costes de los dispositivos existentes y creamos nuevos productos y procesos líderes en el mercado para afrontar los retos de la industria. Un gran componente de nuestro éxito y del éxito que transmitimos a los clientes reside en el hardware y el software que elegimos para cada aplicación.
En aplicaciones de electrónica robusta como la medición durante la perforación (MWD) en el sector del petróleo y el gas, la selección del hardware puede impulsar una solución hacia el éxito líder del mercado o devastarla. En esta entrada del blog se analizarán las distintas ventajas y desventajas de las diferentes opciones de hardware de generación de energía para aplicaciones MWD.
Medición durante la perforación: Una visión general
Una función crítica de los sistemas MWD es la navegación utilizada para la colocación de pozos en la industria del petróleo y el gas. Un sistema direccional MWD permite a los usuarios seguir el progreso de un pozo direccional durante la perforación (hacia arriba, hacia abajo o hacia un lado).
El desarrollo de tecnología en este sector requiere la comprensión de múltiples disciplinas de ingeniería, la utilización de procesos de diseño iterativos, el uso de métodos de ensayo avanzados como los ensayos de vida útil altamente acelerados (HALT) y los ensayos de detección de esfuerzos altamente acelerados (HASS), así como pruebas y validaciones exhaustivas sobre el terreno. En Erdos Miller, nuestros equipos han pasado mucho tiempo - más de 100.000 horas hombre - diseñando sistemas MWD de alta presión y alta temperatura y el hardware electrónico robusto relacionado.
Los retos del hardware del sistema MWD
Para crear un sistema MWD fiable, los ingenieros tienen que construir una solución electrónica robusta que pueda funcionar a temperaturas extremadamente altas de >175 °C, resistir fuerzas g superiores a 1.000 g y soportar vibraciones de más de 15 gRMS y presiones superiores a 3.000 psi.
Dado que uno de los principales objetivos de un sistema MWD es facilitar la navegación, los datos de sus sensores son fundamentales para los operadores en la superficie. Los sistemas MWD necesitan una fuente de alimentación, un procesador y un transmisor para alimentar, analizar y transmitir los datos a los operarios. Esta entrada del blog se centrará específicamente en las fuentes de energía para aplicaciones MWD.
Sistemas MWD tradicionales: Baterías de litio
En la actualidad, los sistemas de MWD utilizan principalmente baterías de litio-cloruro de tionilo, que contienen celdas de alta densidad energética formadas en paquetes de entre 4' y 6' de longitud.
El siguiente diagrama muestra un sistema estándar de medición durante la perforación:
Un sistema MWD típico requiere entre dos y seis de estos paquetes, que se venden por unos 1.000 dólares cada uno. Además, estas baterías también suponen un riesgo de explosión. Su densidad energética es tal que, expuestas a altas temperaturas, presiones o golpes, pueden explotar. Si esto ocurre durante el proceso de perforación, puede ocasionar pérdidas millonarias de equipos, y una explosión durante la manipulación o el transporte podría herir o incluso matar a los trabajadores. La industria ha intentado alejarse de estas pilas, pero aún no ha encontrado una solución más fiable y rentable. Las pilas alcalinas son una opción, y aunque son más seguras, no pueden funcionar eficazmente a las altas temperaturas a las que se encuentran los sistemas MWD y no resultan útiles para estas aplicaciones.
Una solución intermedia para los sistemas MWD: Turbinas generadoras
Como alternativa, un sistema MWD puede incluir un turbogenerador. La sustitución de una batería por un turbogenerador, como se muestra en el siguiente diagrama, elimina algunas de las desventajas de las baterías de litio:
Estos generadores, creados por empresas como Turbine Dynamics, producen energía mediante un simple alternador accionado por el flujo del lodo de perforación que pasa por un impulsor. Sin embargo, los sistemas MWD modernos deben funcionar incluso cuando no hay flujo de lodo de perforación, por lo que siguen necesitando al menos una batería de litio, lo que conlleva las desventajas comentadas anteriormente.
Una nueva solución para los sistemas MWD: El ultracondensador FastCAP
FastCAP Systems, una empresa experta en la creación de ultracápsulas de alto rendimiento basadas en avances a nivel de nanomateriales, electrolitos, construcción de celdas y procesamiento, acaba de lanzar al mercado general los ultracondensadores de alta temperatura. Estos componentes permitirán nuevos diseños que hasta ahora no eran factibles en la práctica, y sin duda encontrarán aplicación en muchos sistemas de alta presión, alta temperatura y otros entornos extremos.
El ultracondensador FastCAP ofrece la posibilidad de desarrollar sistemas libres de los peligros y costes asociados a las baterías de litio.
Con el ultracondensador FastCAP, los ingenieros pueden diseñar un sistema de batería de reserva que proporcione energía cuando un generador no pueda hacerlo, como se muestra en el diagrama siguiente:
El sistema funciona como una batería de reserva para un ordenador personal: cuando el lodo de perforación fluye, el generador suministra energía al sistema. Esa energía alimenta el sistema y carga el banco UltraCap. Cuando el generador se apaga, el sistema toma energía del banco UltraCap. Esto no permitirá que el sistema funcione para siempre, pero sí lo suficiente hasta que se reanude la perforación y el generador pueda volver a funcionar.
Con el ultracondensador FastCAP, ahora podemos diseñar sistemas MWD accionados por turbina que pueden ser totalmente libres de litio. Se trata de una nueva e interesante herramienta para el diseño de sistemas electrónicos de alta temperatura, que permitirá que los sistemas sean más seguros, más pequeños, más fáciles de manejar y mucho menos costosos.
Si desea obtener más información sobre la medición durante la perforación (MWD) y la creación de sistemas para entornos difíciles con los componentes electrónicos adecuados para superar sus retos, póngase en contacto con nosotros.
Acerca de los sistemas FastCAP
FastCAP ofrece soluciones tecnológicas innovadoras para los problemas energéticos más complejos. Desde dispositivos de almacenamiento de energía que baten récords para vehículos híbridos y eléctricos hasta soluciones revolucionarias para la exploración energética, todos los miembros del equipo de FastCAP están comprometidos a influir positivamente en la forma en que producimos, utilizamos y almacenamos la energía.
http://www.fastcapsystems.com/
Recursos
http://www.slideshare.net/VahidrezaBitarafhagh/mwd-projectgroup-new
