Variadores para Extracción de petróleo y gas

La extracción de petróleo y gas es una aplicación de servicio desatendido. Una unidad de bombeo por balancín o una bomba de cavidad progresiva puede funcionar meses seguidos con una visita cada una o dos semanas, y lo hace sobre una alimentación que a menudo es la más débil de la red. Todo en la especificación eléctrica se deriva de ahí: el variador debe arrancar una carga que no ve, proteger un motor que nadie vigila y soportar la alimentación que recibe en lugar de la que le gustaría.

El otro rasgo distintivo es el perfil de par. Una unidad de bombeo de varillas no es una carga de par constante: es una carga alternativa con contrapeso cuyo par recorre un ciclo completo en cada carrera, y cuyo equilibrado cambia según evoluciona el pozo. Un variador que la trate como una carga de par variable sencilla quedará sobredimensionado de media y aun así disparará en los picos, y se perderá lo más valioso que puede hacer aquí: ajustar la velocidad de carrera a lo que realmente entrega el yacimiento.

En una unidad de bombeo, el motor es alternativamente arrastrado por la carga y arrastrado por ella, dos veces por revolución. Durante la carrera ascendente el motor consume potencia para izar la sarta de varillas y el fluido; durante la descendente el contrapeso devuelve energía y, si no hay camino para ella, la tensión del bus de continua sube hasta que el variador dispara por sobretensión. Por eso las unidades de bombeo son la aplicación clásica de la resistencia de frenado, y por eso dimensionar esa resistencia a partir de la potencia media es un error.

El criterio correcto es registrar el ciclo real de potencia —el pico de regeneración, su duración y su frecuencia de repetición— y dimensionar chopper y resistencia a partir de él. Cuando varios pozos se agrupan en una plataforma o una caseta eléctrica, un bus de continua común permite que los pozos que regeneran alimenten a los que elevan, lo que normalmente elimina la resistencia por completo y reduce la potencia total instalada.

Bajo el dimensionado eléctrico hay otro geológico. Un pozo diseñado para una velocidad de carrera fija rara vez produce mejor a esa velocidad. El control de velocidad permite reducirla hasta que la bomba deje de descebarse y aumentarla hasta donde permita el aporte, lo que eleva la producción diaria y reduce el desgaste mecánico de hacer trabajar la bomba parcialmente llena. Este suele ser el argumento económico, con el ahorro energético como beneficio secundario.

Una plataforma al final de un feeder rural tiene una capacidad de cortocircuito tan baja que arrancar directamente un motor grande hace parpadear las luces de todo el barrio. Un variador lo resuelve, pero además debe asumir la consecuencia: esa misma red débil genera desequilibrio y caídas de tensión que un variador con disparo por subtensión ajustado no tolerará. Ajustar el umbral, añadir reactancias de entrada y, cuando la red es realmente mala, un frontal activo, son las defensas habituales.

La longitud de cable es el otro problema de campo. La distancia de la caseta eléctrica a la boca de pozo supera con facilidad lo que un variador estándar puede alimentar sin sobretensión por onda reflejada en bornes del motor, lo que daña el aislamiento con el tiempo y no de inmediato. La respuesta es un filtro de salida dv/dt o un filtro senoidal, y la elección depende de la longitud del cable y de la clase de aislamiento del motor, no de preferencias.

Por último, todo esto debe poder mantenerlo un técnico que visita la instalación de forma ocasional. Eso implica juegos de parámetros que se puedan subir y clonar de un pozo a otro, fallos que registren qué estaba ocurriendo y no solo que ocurrió algo, y una interfaz de control que el operador ya conozca. Un variador con buen registro de fallos ahorra más tiempo de campo que un variador con mejor rendimiento nominal.