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Nuevo Sello PDGS de Alta Presión que Eleva el Nivel para Aplicaciones de Reinyección de Compresor

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A medida que perforan más profundo bajo el suelo marino, los productores de petróleo piden mayores presiones para mantener el gran y constante flujo necesario para solventar los altos costos de desarrollo y regalías.  Cada bar de presión adicional cuenta.

Como fabricante líder mundial de sellos mecánicos, EagleBurgmann sigue subiendo el nivel, estableciendo un nuevo estándar para los sellos lubricados con gas (DGS) utilizados en los sistemas de reinyección de gas de alta presión.

Para los compresores de GE en el centro de producción Tupi 4 en el campo petrolero de Lula en el océano Atlántico al sureste de Río de Janeiro, se están instalando nuevos sellos mecánicos EagleBurgmann con la presión estática nominal de diseño más alta de cualquier DGS certificado para compresores de reinyección de gas en aguas profundas.

La presión de 428 barg (6,206 psig) no es sólo para una prueba de banco; es el punto de funcionamiento real necesario para iniciar el sistema de compresores  de reinyección Tupi 4 y cada vez que el compresor se activa cuando las presiones de succión y descarga se igualan (presión de estabilización). Esos 428 barg (6,206 psig) son varios bares más que en los sellos empleados por los productores de petróleo en los sistemas de reinyección de ultra alta presión en todo el mundo.

El Gas, ya sea gas natural o el dióxido de carbono supercrítico (CO2), está desplazando al agua como medio de reinyección más económico. Es un subproducto abundante de la producción costafuera de petróleo en Tupi 4 que es inservible y tiene un impacto ambiental, ya que no puede ser venteado a la atmósfera. La reinyección de CO2, en efecto, la deja por debajo del suelo.

Descubierto en el 2006, el campo de Lula contiene petróleo pre-sal y gas. Los promedios de profundidad del océano están entre los  2,000 metros (1.2 millas) y las zonas de hidrocarburos en 4,000-5,000 metros (2.5 a 3.1 millas) por debajo de esto, el almacenamiento de las reservas recuperables estimadas de 5-8 billones de barriles de petróleo equivalente. Lula está siendo traído a plena producción utilizando Plataformas flotantes de descarga y almacenamiento  (FPSO). Los socios Tupi 4, liderados por la compañía petrolera estatal de Brasil, necesitan la máxima presión posible del compresor y sello mecánico dentro de los parámetros de las operaciones seguras y confiables para crear una zona mezclable efectiva para transportar el crudo a la producción del pozo.

Los sellos desarrollados para el Tupi 4 FPSO están instalados en los compresores GE Oil & Gas BCL306/D de partición vertical y representan la vanguardia en el sellado de reinyección. Están diseñados para una velocidad máxima del eje de 13,844 min-1. Los 428 barg (6,206 psig) elevan el nivel en el que el compresor puede permanecer presurizado en el caso de que falle. Evitar la despresurización ahorra gas de proceso y un tiempo considerable al prescindir de los largos protocolos de apagado y represurización.

Para Tupi como lo hizo en los campos del Caspio, EagleBurgmann está empleando DGS en tándem con un sello laberinto intermedio. Los diseños DGS en tandem  constan de un sello primario y uno secundario, se utilizan ampliamente en las operaciones de producción y de ductos de petróleo y se consideran la mejor opción para la reinyección de ultra alta presión. El sello Tupi 4 refleja varias consideraciones técnicas en el diseño del sello tándem EagleBurgmann para las operaciones de ultra alta presión para lograr el compromiso óptimo entre la reducción de las fugas y el torque en el arranque. Estos tres son de particular interés:

Espacio funcional en elementos de sellado

El espacio funcional de un tándem DGS es el espacio entre la camisa de balance y el disco de respaldo del elemento de sellado secundario dinámico.  El espacio funcional está diseñado para ser lo más pequeño posible y así evitar la extrusión del elemento de sellado. El libre movimiento debe garantizarse en todas las condiciones de operación. El diseño del espacio funcional debe ser no más de unas pocas centésimas de milímetro. Es difícil de fabricar debido a la variación de alturas causadas por la temperatura y presión, que deben ser minimizadas. Para lograrlo, EagleBurgmann ha llevado a cabo extensos cálculos FE antes de la finalización del diseño.

Estabilidad bajo fuerzas altas

A niveles de ultra alta presión, hay enormes fuerzas originadas por la carga neumática que actúa sobre el sello no sólo en la dirección radial, sino también en la dirección axial. Para asegurar la estabilidad máxima del sello en dichas cargas, las secciones transversales de las camisas de metal en el sello cartucho tienen que ser más grandes que las que operan a menor presión.

En el caso de este último, se utiliza una camisa sencilla, que se monta encima de la camisa del eje. Si sólo una de las camisas se utiliza para un diseño DGS de ultra alta presión, las secciones transversales relativamente pequeñas serían demasiado débiles para soportar la carga máxima axial. En lugar de ello, las camisas se dividieron para asegurar la estabilidad máxima del DGS bajo ultra alta presión.

Selección del material para las presiones ultra altas

Debido a las cargas mecánicas extremas en ultra alta presión, como el gran torque en el arranque cuando las caras del sello están todavía en contacto, se ha dado especial énfasis a la selección de materiales, incluyendo las propiedades mecánicas de las caras del sello. La amplia experiencia de EagleBurgmann con combinaciones de materiales duro contra duro de las caras del sello, jugó un papel importante en la logro de la reducción de las fugas de gas y el torque en el arranque. Un material de carburo de silicio sinterizado de fase líquida especial fue elegido para asegurar una resistencia máxima de las caras del sello mientras que se mantiene la conductividad térmica óptima. También, a plena carga, la potencia producida principalmente en el espacio del sello es en promedio de 25 kW debido a la acción de intercambio de gas de alta densidad. El diseño del sello y la elección de los materiales es tal que esta tremenda cantidad de energía es fácilmente disipada en las partes metálicas y el gas de alrededor.

Ha habido notables avances en la tecnología de reinyección desde el año 2000 como nuevos campos se han puesto en producción en Omán, en el Mar Caspio, y ahora en las costas de Brasil. Esto ha estimulado a EagleBurgmann a desarrollar derivados de presión ultra alta de sus probados y auténticos DGS, que ya se utilizan ampliamente en las operaciones petroleras. Ha sido capaz de aumentar progresivamente la presión de diseño del DGS con mejoras en el diseño y los materiales  sin comprometer la fiabilidad o integridad operativa. Por ejemplo, el contenido de gas amargo de los campos de petróleo del Caspio (gas amargo es el gas natural con altos niveles de sulfuro de hidrógeno, un corrosivo agresivo) presentó un ambiente más desafiante para el compresor e integridad del sellado y tuvo que ser compensado en el proceso de diseño y con los materiales. Los campos Tengiz y Kashagan tienen un 23 por ciento y 17 por ciento de contenido de H2S respectivamente.

En el 2005, EagleBurgmann emprendió una investigación por invitación de GE Oil & Gas para desarrollar un nuevo DGS de ultra alta presión para la reinyección de gas. El resultado fue un sello con una presión de diseño estática de 425 bar (6,163 PSI) y la velocidad máxima del eje de 12,373 min-1 para los proyectos del Caspio, hitos superados por el sello Tupi 4.

Cualquier diseño de sello de alto rendimiento debe equilibrar múltiples objetivos para lograr el mejor resultado posible. En el caso del sello Tupi 4, numerosas pruebas tanto por EagleBurgmann en sus subsidiarias y en GE han demostrado que el sello ofrece una alta fiabilidad en escenarios comunes de arranque/apagado, así como la continuidad de las operaciones a plena carga, asegurando la integridad del compresor con una fuga mínima controlada a pesar de la gran presión ejercida.

El desarrollo no se detiene ahí: La investigación de EagleBurgmann continúa centrándose en mejoras para las operaciones de reinyección en una presión aún mayor - hasta 550 bar (7,975 PSI) - al tiempo que garantiza la seguridad y fiabilidad.

Para obtener más información sobre el sello PDGS de alta presión, póngase en contacto con nosotros en info@us.eagleburgmann.com.