Uso da Intrinsecamente Segura GFx320 para Medir Níveis de Areia dos Separadores em Atmosferas Explosivas

Durante o fraturamento hidráulico (“fracking”), parto do processo envolve injetar areia para manter abertos os poros do poço. Quando ele é posto novamente em funcionamento após o fraturamento, parte da areia é cuspida de volta à superfície para um separador. O separador fica na superfície e separa o petróleo, gás e água usando calor de um tubo interno aquecido. O gás é drenado e canalizado em um medidor de vendas e depois chega às casas e negócios. O petróleo e a água se acumulam em um tanque local e depois são despachados em caminhões-tanque. Os subprodutos indesejados, que são a parafina e a areia, acumulam-se nos tanques ou receptáculos do separador e devem ser removidos para evitar dano irreparável ao tubo aquecido do separador. Se a areia penetrar no tubo aquecido de um separador não flangeado, a única opção é substituir esse receptáculo. Os separadores não flangeados são grande parte do inventário da Noble Energy. O reparo ou substituição do tubo aquecido só é possível em separadores flangeados mais novos e dispendiosos.

Falhas Dispendiosas e Perigosas

“Esses separadores custam em média $100.000 cada”, disse Doug Hess, Gerente de LDAR da Noble Energy. “Se a areia se acumular e se acomodar sobre o elemento de aquecimento, ela irá desmoronar sobre ele e causar uma falha catastrófica no próprio separador. Isso leva a duas coisas e ambas são bem ruins. Uma é o vazamento de gás, petróleo e água para fora do separador. A outra é que ele pode pegar fogo.” Armadilhas de areia e outros mecanismos de filtragem são ineficientes para manter a areia fora dos separadores. Se a areia não pode ser mantida fora, ela deve ser removida. A areia e a parafina são mais frias que o petróleo, gás e água; por isso, os engenheiros da Noble Energy originalmente esfregam a saliência do receptáculo para tentar sentir as diferenças de temperatura. Esse método não confiável resulta em tanques danificados pela areia não identificados e falsos positivos, onde os grupos de manutenção de remoção de areia foram trazidos desnecessariamente.

A Remoção da Areia é Trabalhosa

Apesar da remoção da parafina ser uma simples questão de aquecer o separador e tratá-la com um inibidor químico, a remoção da areia é outra história. Ela requer o desligamento completo do separador e dois grupos de trabalhadores, um operando as mangueiras e outro executando o caminhão de vácuo. É um processo trabalhoso e, quando realizado desnecessariamente, resulta em perda de produção e horas de trabalho. Para abordar a dispendiosa substituição dos separadores por acúmulo de areia e melhorar a eficiência do plano de manutenção preventiva dos separadores, a Noble Energy criou um método de medição de areia usando câmeras de imagens ópticas de gás essencialmente seguras, especificamente a GFx320 da FLIR.

Solução

A Noble Energy já estava usando câmeras FLIR OGI para seu programa de detecção e reparo (LDAR). Eles investiram nelas para cumprir com o Regulamento 7 do Colorado – Controle de Ozônio através de Precursores de Ozônio e Controle de Hidrocarbonetos através de Óleo e como Emissões. Com mais de 30 000 vazamentos detectados, os engenheiros já estavam familiarizados em como operar as câmeras. Com o tempo, a equipe percebeu que a mesma tecnologia que é usada para detectar vazamentos de gás invisível poderia também orientar o programa de manutenção preventiva dos separadores. “Temos essa câmera que usa a tecnologia de imagem térmica e é verdadeiramente poderosa o suficiente para ver o que está acontecendo por trás das grossas paredes de metal dos separadores. Usando as diferenças de temperatura — o óleo sendo mais quente e a areia mais fria — nós conseguimos determinar se há formação dentro dos separadores”, disse Hess.

O Método de Medição de Areia da Noble Energy

Só leva alguns minutos para colher os pontos de regulação de temperatura em cada tanque. A paleta de cores das imagens térmicas mostra cores específicas variando com a temperatura (veja as figuras A e B). “As cores de alto contraste nos mostram as melhores diferenças de temperatura e nossos engenheiros gostam do alcance”, disse Landon Hawkins, engenheiro responsável por desenvolver muito do método de medição de areia da Noble Energy. Hawkins primeiro estabiliza uma ou duas câmeras GFx320 da FLIR em um monopé em cada separador. Ele configura para ver os lados do tanque separador e muda as configurações para modo manual para estabelecer os pontos de regulação. O banho de óleo no separador geralmente fica entre 90° e 100° Fahrenheit (32° e 37,7° Celsius). A pilha de areia registra quase a mesma temperatura que a ambiente. Portanto, se a temperatura ambiente for 60 °F (15,5 °C), há um delta de 30 °F a 40 °F (-1 °C a 4,4 °C) entre o banho de óleo e a pilha de areia. A areia geralmente se acumula no fundo do receptáculo e a parafina tipicamente aparece mais irregular no meio dele. Ela gruda nos lados do receptáculo, a areia não. Para acompanhar cada separador, Hawkins criou um programa de monitoramento baseado no número serial de cada um. Quando a pilha de areia é detectada, o separador é adicionado ao programa de monitoramento. Os separadores em poços recentemente fraturados são observados mais de perto, já que a areia é cuspida para fora depois do fraturamento inicial.

A Segurança Intrínseca é Absolutamente Obrigatória

Para os separadores no programa de monitoramento, a Noble Energy compara as imagens mensais para decifrar a rapidez com que a areia se acumula e quando é hora da limpeza. Existem dois elementos principais necessários para o programa funcionar corretamente. Primeiro, as câmeras têm de ser intrinsecamente seguras devido ao perigo de fogo próximo aos separadores. As câmeras intrinsecamente seguras são projetadas para controlar energia (elétrica e térmica) em níveis não inflamáveis, para que eventuais curtos-circuitos ou falhas não causem fagulhas, um recurso importante em atmosferas explosivas. A câmera intrinsecamente segura GFx320 permite que Hawking e sua equipe se aproximem de cada separador, capturem vários ângulos e evita o brilho solar que pode aquecer a superfície do separador. Segundo ele, “antes da câmera intrinsecamente segura, eu às vezes só conseguia tirar uma foto da frente de um tanque porque não conseguia chegar a dois metros do separador próximo a ele.”  

Tão evidente como na fotografia aérea, as filas de separadores extremamente próximos limita o acesso a cada receptáculo. “Ter uma câmera intrinsecamente segura fez uma enorme diferença na realização desse programa”, disse Hess. “Conseguimos chegar a todos os cantos e fendas antes impossíveis.” Segundo, as imagens devem parecer similares, o que significa que o mesmo operador de câmera deve capturar e manipular, ou refinar, as imagens. “Estamos sempre tentando obter uma foto que parece similar para propósitos de tendência. Dessa maneira, quando comparamos as imagens fica mais fácil ver as diferenças. Se houver várias pessoas coletando leituras, os diferentes olhos tiram diferentes fotos”, disse Hawkins. Ele ou alguém especialmente treinado em seu método avaliaram mais de 7000 separadores em 2017. Segundo Hess: “Landon tem esse refinamento e treinou alguns do outros caras no método que ele desenvolveu. Ele é sem dúvida o líder de todo o programa.” Dos mais de 7000 separadores analisados, 300 foram desligados para remoção de areia.

Conquista de 100% de Precisão

Hawkins e sua equipe usam duas câmeras de infravermelho intrinsecamente seguras FLIR GFx320 para otimizar o programa de manutenção preventiva da Noble Energy em seus separadores. Apesar de a experiência com câmeras ser vital para o sucesso do programa, Hawkins continua a melhorar e documentar seu método para tornar o aprendizado mais fácil para outros engenheiros. Enquanto isso, o programa de monitoramento já pagou grande parte dos dividendos em menos de um ano ao identificar 300 tanques com pilhas de areia grandes o suficiente para colocar em perigo seus frágeis tubos de aquecimento. Não há como saber se todos os 300 tanques teriam falhas se não fossem limpos. Mesmo que o monitoramento com a GFx320 previna somente uma falha, já é um custo de $100.000 economizado em substituição, além de horas de trabalho desperdiçadas com a equipe de manutenção. A prova está na areia. “Eu trabalho de perto com a equipe de manutenção que realiza todo o trabalho de limpeza e eles dizem que têm 100 porcento de precisão até agora. Cada separador que identificamos para limpeza, baseado no método, de fato tinha acúmulo considerável de areia”, disse Hess.