SISTEMA PARA MEDICIONES REMOTAS.

La presente invención se refiere a un sistema de monitorización remoto de condiciones para la monitorización de equipos eléctricos, tales como un motor de bomba eléctrica sumergible (ESP) en, por ejemplo, un ambiente sumergido o debajo del mar. Sistemas para controlar el rendimiento de la producción del pozo o equipos submarinos sería muy útil. Esos sistemas de monitorización podrían extender la vida útil del equipo de producción del pozo, tales como motores ESP, asegurándose de que sus parámetros operativos permanecen dentro de los límites de seguridad. Desafortunadamente, no existen sistemas disponibles en la actualidad que sean adecuados para monitorizar el funcionamiento de los motores ESP en fondos de pozos. Sin embargo, algunos sistemas de fondos de pozos incluyen sensores de temperatura y presión, típicamente basados en tecnología de rejilla de Bragg de fibra, para monitorizar los cambios en el entorno sumergido. Como las razones más comunes de fallos ESP son funcionamiento con pobre factor de potencia o inadecuados procedimientos de puesta en marcha que provocan un sobrecalentamiento importante de las bobinas del motor, sería deseable ampliar la capacidad de monitorización sumergida para medir la tensión y la corriente en los terminales del motor ESP. Esto permitiría una respuesta más rápida a las condiciones operativas no óptimas del motor, reduciendo así la duración acumulativa de la tensión eléctrica, térmica y mecánica en el motor. Aunque numerosos sensores de voltaje y de corriente son conocidos, muchos de ellos no son adecuados para su uso sumergido, principalmente debido a las condiciones extremas de temperatura y presión y la necesidad de enviar señales a grandes distancias desde los equipos sumergidos a las estaciones de superficie. Esto se está convirtiendo en un problema más importante porque a medida que los yacimientos principales fuera de la costa se agotan, los operadores están considerando cada vez más la explotación de campos satélites en las cercanías usando ESPs submarinos alejados grandes distancias en la región o incluso a más de 30 km. El uso previsto de ESPs de alta calificación en distancias más largas ha presentado a los diseñadores una serie de problemas potenciales que no existen en la misma medida con los sistemas actualmente en uso. Estos problemas se relacionan con la posibilidad de que las condiciones de sobretensión del cable en determinadas circunstancias, el funcionamiento del sistema a altas tensiones nominales y el mantenimiento potencialmente costoso debido a la recuperación y a la sustitución del ASP y la pérdida de productividad. Es por estas razones que procedimientos mejorados de control y la introducción de nuevas técnicas de monitorización, adaptadas a las necesidades de la industria, son vistos como una mejora necesaria para los sistemas ESP futuros. Un sistema basado en la integración de tecnologías ópticas para la medición y diagnóstico de parámetros físicos se divulga en el documento US5493390. El sistema descrito opera mediante el uso de sensores ópticos, y el uso de un dispositivo óptico integrado plano para el análisis de una señal óptica. El sistema permite la medición de la deformación y la temperatura. Un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de medición capaz de monitorizar el rendimiento de los motores ESP en condiciones eléctricas, mecánicas y térmicas adversas, tal como las que existen en un entorno sumergido. Varios aspectos de la invención se definen en las reivindicaciones independientes. Algunas de las características preferidas se especifican en las reivindicaciones dependientes. La presente invención proporciona un sistema para medir simultáneamente la temperatura y la tensión de corriente alterna que comprende un sensor piezoeléctrico, una fibra óptica que incluye un sensor de deformación óptica, estando el sensor en contacto con el sensor piezoeléctrico y capaz de expandir o contraer con el mismo y un analizador para analizar una salida óptica de la fibra y el sensor de deformación en respuesta a una entrada óptica, en el que el analizador está configurado para determinar la tensión de corriente alterna aplicada al sensor piezoeléctrico mediante la comparación de la posición espectral instantánea de un pico de reflexión con datos de calibración y determinar la temperatura mediante la comparación con la posición espectral filtrada promedio o de paso bajo de un pico de reflexión con los datos de calibración. Mediante la combinación de un sensor de deformación óptica y un sensor piezoeléctrico, se proporciona un mecanismo para la medición simultánea de la tensión y la temperatura en una localización remota. Por lo tanto, al conectar, por ejemplo, las bobinas de un motor ESP a través del elemento piezoeléctrico, la caída de tensión de corriente alterna a través de los mismos se puede monitorizar, simultáneamente con la temperatura. Debido a una señal óptica que se utiliza para detectar la tensión de corriente alterna y la temperatura, puede ser transmitida a través de grandes longitudes de fibra óptica sin un deterioro significativo. Esto significa que las señales detectadas en el entorno sumergido extremo pueden ser transmitidas a las estaciones de monitorización a distancia en la superficie. El sensor óptico de deformación puede ser una rejilla de Bragg de fibra. Las rejillas de Bragg de fibra están escritas en 2 E04768564 05-10-2011   un núcleo de una fibra óptica (usualmente de un solo modo) usando tecnologías estándar de escritura, y pueden ser fabricadas para operar a longitudes de onda de telecomunicaciones, por ejemplo, una ventana de 1550mm. Esto proporciona el beneficio de la menor atenuación de una fibra de dirección óptica, lo que permite desarrollar fácilmente sistemas de interrogación remotos alejados. Además, las rejillas de Tipo II o rejillas de composición química (CCGs) han mostrado que soportan temperaturas superiores a 800°C, y con revestimientos apropiados, por ejempl o, de poliamida, pueden funcionar de forma continua hasta 300-400°C. Más de una rejilla de Bragg de fibra se proporciona a lo largo de la fibra. Dos rejillas de Bragg de fibra se pueden proporcionar en la misma longitud de fibra. Alternativamente, el sensor óptico de deformación podría comprender un sensor de interferometría Fabry-Perot o un interferómetro de Mach-Zehnder. La posición espectral instantánea de un pico de reflexión asociado con el sensor óptico de deformación es indicativa de una medida de una tensión de corriente alterna aplicada al elemento piezoeléctrico y la posición espectral filtrada promedio o de paso bajo del pico de reflexión del sensor de deformación indica las lecturas de temperatura. Con este fin, el analizador del sistema está configurado para determinar la tensión de corriente alterna aplicada al elemento piezoeléctrico usando la posición espectral instantánea de un pico de reflexión y la temperatura usando la posición espectral filtrada promedio o de paso bajo del pico de reflexión. Varios aspectos de la invención se describen a modo de ejemplo solamente con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: La figura 1 es un diagrama de bloques de un primer sistema de monitorización sumergido; La figura 2 muestra una respuesta de la posición del pico del sistema de monitorización de la figura 1 en una modulación de tensión de corriente alterna en dos temperaturas diferentes; La figura 3 es un diagrama de bloques de un segundo sistema de monitorización sumergido; La figura 4 es una sección transversal a través de una pila piezoeléctrica que puede ser utilizada en los sistemas de las figuras 1 y 3; y La figura 5 es un diagrama de bloques que muestra una modificación opcional a los sistemas de la figura 1 o de la figura 3. La figura 1 muestra una carcasa o alojamiento 5, que incluye un elemento piezoeléctrico 1 en forma de un paralelepípedo o de una varilla con electrodos 2, 3 depositado en superficies de extremo opuestas. El elemento piezoeléctrico 1 actúa como un transductor primario para convertir la tensión aplicada a los electrodos en deformación en el elemento. Fijada o integrada dentro de este elemento 1, ya sea perpendicular (tal como se muestra en la figura 1) o en paralelo a los electrodos 2, 3, hay una fibra óptica que incluye una sola rejilla de Bragg (FBG) 4. Esta rejilla 4 se utiliza para medir la deformación inducida por la tensión en el elemento y responde a los cambios de temperatura causados tanto por la expansión/contracción térmica del transductor y los cambios inducidos térmicamente en la modulación del índice de refracción de la FBG. Un sensor de este tipo general se describe en el documento DE 199 02 279 A. Se proporciona a lo largo de la fibra óptica 10 un circuito de liberación de deformación 9 u otros medios de... [Seguir leyendo]

1. Sistema para medir simultáneamente la temperatura y la tensión de corriente alterna que comprende un sensor piezoeléctrico (1), una fibra óptica (10) que incluye un sensor óptico de deformación (4), estando el sensor (4) en contacto con el sensor piezoeléctrico (1) y es capaz de expandirse o contraerse con el mismo y un analizador para analizar una salida óptica de la fibra (10) y el sensor de deformación (4) en respuesta a una entrada óptica, en el que el analizador está configurado para determinar la tensión de corriente alterna aplicada al sensor piezoeléctrico (1) mediante la comparación de la posición espectral instantánea de un pico de reflexión con los datos de calibración y determinar la temperatura mediante la comparación de la posición espectral filtrada promedio o de bajo paso de un pico de reflexión con los datos de calibración. 2. Sistema según la reivindicación 1, en el que el sensor óptico de deformación (4) comprende una o más rejillas de Bragg (4) y/o sensores interferométricos Fabry-Perot y/o interferómetros Mach-Zehnder. 3. Sistema según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el sensor piezoeléctrico (1) es una pila piezoeléctrica (15). 4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un transformador de corriente se proporciona para convertir una corriente alterna en una tensión de corriente alterna para aplicar al sensor piezoeléctrico (1), en el que el analizador es operable para determinar la tensión de corriente alterna y convertirla en una medida de la corriente alterna aplicada al transformador. 5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fibra óptica (10) incluye un segundo sensor óptico de deformación (13) que está en contacto con el sensor piezoeléctrico (1) y es capaz de expandirse o contraerse con el mismo, pero tiene diferentes respuestas de deformación y de temperatura desde el otro sensor óptico (4), de modo que las salidas ópticas de los dos sensores son diferentes, en el que el analizador es operable para usar las respuestas desde cada sensor óptico y datos de respuesta predeterminados para determinar la temperatura, la tensión de corriente alterna y la tensión de corriente continua. 6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la fibra óptica (10) incluye un segundo sensor óptico de deformación (13) que está térmicamente acoplado al sensor piezoeléctrico (1), pero mecánicamente desacoplado, de manera que las salidas ópticas de los dos sensores son diferentes, en el que el analizador es operable para usar las respuestas ópticas de cada sensor y los datos de respuesta predeterminados para determinar la temperatura, la tensión de corriente alterna y la tensión de corriente continua. 7. Sistema según la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el que la fibra óptica (10) hace dos o más pasadas por el sensor piezoeléctrico (1). 8. Sistema según la reivindicación 1, que también comprende una herramienta terrestre, submarina o sumergida que incluye equipo eléctrico y medios para la conexión de la fibra óptica (10) en el analizador, en el que al menos una parte del equipo eléctrico está conectado a través del sensor piezoeléctrico (1) y la fibra óptica (10) está conectada de manera remota al analizador a través de los medios de conexión. 9. Sistema según la reivindicación 8, en el que un transformador de corriente se proporciona para convertir una corriente alterna a una tensión de corriente alterna para aplicarse al sensor piezoeléctrico (1), en el que el analizador es operable para convertir la tensión de corriente alterna determinada a una medida de la corriente alterna aplicada al transformador. 6 E04768564 05-10-2011   7 E04768564 05-10-2011   8 E04768564 05-10-2011   9 E04768564 05-10-2011