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TCC Apresentado

Trabalho de Conclusão de Curso em Eng. de Controle e Automação - UFRGS
by

Leonardo de Mattos Rolim

on 7 December 2014

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Transcript of TCC Apresentado

Poço de extração por
gas-lift
Injeção de gás
controlada por
válvula choke
Elevação Artificial: Gas-Lift
Válvula de injeção para
gas-lift
Pilotada pela pressão entre anular e tubo de produção
Válvula de injeção por
gas-lift
Reduz a massa específica média na coluna de produção
Aumenta a diferença de pressão em relação ao reservatório
Controladores utilizando instrumentação submarina
Saturação e perda de controle
Anti-windup limitado
Controlador 1
CONTROLE ANTIGOLFADAS PARA MAXIMIZAR A PRODUÇÃO
OFFSHORE
DE PETRÓLEO POR
GAS-LIFT

Controlador 2
Elevação artificial de petróleo:
gas-lift

(Fonte: PCS Plungers)
Cabeça do Poço
Objetivos principais
Árvore de Natal Molhada (
subsea christmas tree
)
Fonte: (PCS Gas Lift Systems)
(Fonte: PCS Plungers)
(Fonte: Weatherford International)
Vazão unidirecional?
Válvula de retenção
(unidirecional)
Tubo de produção
Aumenta a produção de óleo & gás
(Fonte: PCS Plungers)
Reservatório
Válvula Injetora
Reservatório
Risers
Árvore de natal molhada
Poços produtores de petróleo
Linha de produção
(Fonte: FMC Technologies)
Wellhead
Extração
Offshore
por
gas-lift
Separador trifásico
Válvula
Choke

de Produção

Linha de produção
Válvulas Choke
para injeção de
gas-lift
Válvula para fechamento do poço
(
SDV -
Shut Down Valve
)
TPT
Sensor de pressão na ANM
PDG
(TPT - Temperature and Pressure Transmitter)
Transmissor de pressão
no fundo do poço
(PDG - Permanent Downhole Gauge)
Sujeito a falhas
Manutenção impraticável
Ruído devido às bolhas
Poços injetores de água
Linhas de Gas-Lift
Anular
Fonte: (Aamo et al., 2005)
Desempenho e estabilidade de elevação de petróleo por
gas-lift
Escoamento dominado pelo atrito
Escoamento dominado pela gravidade
Taxa de injeção de gás
Taxa de produção de óleo
Injeção de gás
Objetivo: extrair óleo do reservatório
....e a instrumentação em sistemas
offshore?
Instrumentação submarina
Pmon
Sensor de pressão a montante da
choke
de Produção

Controle da injeção de
gas-lift
Malha aberta
Malha aberta
Malha aberta
Malha aberta
Controlador 2
(PDG-TPT)
(TPT)
Instrumentação na plataforma
Riser
Estação de Compressores
Separador gravitacional trifásico
PIC
Regulador da pressão no GLM
PT
Sensor de pressão do
Controle de pressão do Manifold
Controle da distribuição de GL
Processamento primário de petróleo
Vazão de produção de gás natural [kg/s]
Vazão de produção de óleo e água [kg/s]
Desempenho afeta todo o processamento à jusante
Óleo
Água
Gás
Escoamento em golfadas
(Fonte: TRACERCO)
Fenômeno periódico, onde a seção transversal da mistura é não uniforme em relação às fases (gás, óleo e água)
(Fonte: Stasiak, 2012)
Colocar em risco a integridade dos equipamentos e do pessoal
Reduzir a produtividade da planta devido ao
choking
(estrangulamento
)
Perturbações podem:
Podem até levar a uma parada da planta (e.g.
trip
de compressores)
(
flowline
)

(Fonte: Jahanshahi, 2013)
Autor: Leonardo de Mattos Rolim
Trabalho de Conclusão de Curso - Engenharia de Controle e Automação
Orientador: Prof. Dr. Marcelo Farenzena
Metodologia
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Linha de distribuição de Gás Natural
(alta pressão)
Motivação
Objetivos
Resultados
Garantia de Escoamento
Conclusões
Malha aberta
Malha aberta
Controlador 2
(TPT)
Controlador 1
(PDG-TPT)
Controlador 1
Malha aberta
Malha aberta
(PDG-TPT)
Definir uma
estrutura de controle
para suprimir as golfadas
Maximizar a produção
de petróleo sob um
regime estável
de escoamento
Aumentar a produção de um poço surgente
Produzir em poços não-surgentes
como?
2. Controle antigolfadas
1. Otimização da extração
(Fonte: Stasiak, 2012)
Trabalhos futuros
Análise de robustez dos controladores
Conexão com camada supervisória (e gas-lift)
Utilizar dados reais e/ou simuladores comerciais
Modelagem do processo
Comparação
dos controladores 1 e 2
Diferença de Pressão no Poço (CV e SP)
Abertura da Válvula Choke de Produção
Controlador 1: Diferença de Pressão
Comparação
dos controladores 3 e 4
Ciclo-limite e bifurcação: pressões no
riser
Controle e Instrumentação
Inferência
1. Diferença de pressão entre o fundo e o topo do poço
Medições no poço são fundamentais, devido aos resultados obtidos com os controladores 1 e 2.
Em relação à estrutura para controle antigolfadas
A utilização da diferença de pressão no poço permite a estabilização do escoamento com as maiores aberturas da
choke
de produção.
Restrições de faixas para abertura da
choke
devem levar em conta saturação no
anti-windup.
Estimar a pressão de fundo para
feedback
,
utilizando observador com modelo simplificado
Controladores PI (Proporcionais Integrais)
Em caso de falha do sensor de fundo, o uso da inferência de pressão pelo observador pode ser empregado.
Inferência da pressão no fundo do poço por observador com modelo simplificado mostrou-se funcional em malha fechada.
Controladores utilizando medições na plataforma
Simulação dinâmica
Modelo implementado no MATLAB 2014a
Variáveis Controladas (CVs)
2. Pressão medida no topo do poço
3. Pressão medida na plataforma, no topo do
riser
Comparar desempenho
de controladores (CVs)
Manter a válvula choke o mais aberta possível
Solver
para sistemas rígidos: ode15s
4. Diferença de pressão entre o topo do poço e do riser
Software comercial para sistemas multifásicos
Modelos híbridos caixa-cinza em EDO: Di Meglio et alli, 2012, Aamo et al. 2005
Simulação no ambiente Simulink
O controlador 1 apresentou a maior região de atração, apesar de não seguir a referência (SP).
Controlador 1
(PDG-TPT)
Equipamentos no fundo do mar para extração
Em relação à maximização da produção
Inferência da pressão de fundo do poço
Dinâmica do atuador e ruído significativos
Pressão no fundo do riser [Pa]
Abertura da válvula
choke
Pressão no topo do
riser
[Pa]
Formulação e critério de avaliação
Modelo do sistema
flowline
-
riser
(Olga 2000, FMC FlowManager)
Modelo do poço por
gas-lift
Golfadas e Válvula Virtual
Como funções de Lyapunov quadráticas por partes não serão investigadas, a estabilidade do modelo não linear é analisada apenas através das simulações.
Variabilidade do escoamento
As oscilações nas pressões e vazões em regime permanente serão comparadas de acordo com as magnitudes máximas e mínimas.
Produção de petróleo
Em regime de escoamento estável, a máxima abertura da válvula
choke
de produção permite inferir a maior produção de óleo e gás.
Bifurcação do Modelo
(Fonte: Di Meglio, 2012)
Bifurcação da vazão mássica de produção em função da abertura da válvula
choke
Experimento 1 - Controladores 1 e 2
Experimento 2 - Controlador 1
Malha aberta
Malha aberta
Controlador 2
(TPT)
Controlador 1
(PDG-TPT)
Potência do ruído branco no PDG: 10 [bar^2]
Potência do ruído branco no TPT: 4 [bar^2]
Potência do ruído branco no TPT: 4 [bar^2]
SP: 70 bar
Observador não filtra completamente,
mas acompanha a dinâmica da pressão
Desempenho da Inferência da pressão no fundo do poço
Dinâmica do atuador:
Constante de tempo de 1.5 [min]
Malha aberta
Malha aberta
Controlador 2
(TPT-Pmon)
Controlador 3
(Pmon)
1
Malha aberta
Controlador 2
(TPT-Pmon)
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