Otimização do sistema de elevação artificial por bombeio mecânico através do controle de peak torque e submergência

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Galvão, Hannah Lícia Cruz
• Orientador(a): Maitelli, André Laurindo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Bombeio mecânico; Elevação artificial; Controlador PID; Peak torque; Submergência; Controle de processos
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49177

Uma área que vem se desenvolvendo e ganhando destaque na indústria petrolífera é a de automação e controle de poços. Esta por sua vez, vem sendo aplicada aos métodos de elevação artificial, especialmente ao Bombeio Mecânico (BM) que é o método mais utilizado nos poços de petróleo em terra no Brasil e no mundo. A profusa aplicação do BM como método de elevação procede devido a sua estrutura ser relativamente simples, confiável e robusta, em condições propícias (manutenção adequada) pode ser utilizado até o final da vida produtiva de um poço. As evoluções aplicadas ao BM contribuíram nos avanços de ferramentas computacionais e no desenvolvimento de estratégias de controle automático. As recentes ferramentas computacionais proporcionaram o desenvolvimento de simuladores e a automação permitiu o desenvolvimento e aplicação de novas estratégias e técnicas de controle. Nesse contexto, o objetivo principal deste trabalho foi desenvolver, aplicar e validar uma apropriada estratégia de controle aplicada a unidade de bombeio mecânico do tipo convencional, utilizando como parâmetros de controle o peak torque e a submergência. A ação do controle visa aumentar a vazão de operação, para que o mesmo opere otimizado frente a qualquer perturbação interna ou externa ao sistema, na perspectiva de elevar a produção e gerar receitas significativas, respeitando os limites operacionais e os parâmetros de restrição. Em primeiro momento, foi realizada uma modelagem matemática e computacional para determinar a curva de torque no redutor utilizando o modelo trigonométrico, e em concomitância elaborou-se o cálculo da submergência. Em um segundo momento, foi desenvolvido um controle override com dois controladores Proporcional-Integral-Derivativo (PID), estes foram escolhidos devido à sua estrutura versátil, condizente com às exigências e limitações do trabalho. Para a implementação da estratégia de controle foi utilizada a linguagem de programação Visual Basic for Applications (VBA) associada ao seu ambiente de desenvolvimento integrado (IDE), presentes no Microsoft Excel. Com o intuito de se obter a validação da estratégia de controle proposta para a unidade de bombeio (UB), foram realizadas simulações utilizando poços virtuais gerados pelo simulador de bombeio mecânico. As simulações demonstraram que a estratégia desenvolvida atingiu resultados satisfatórios. Como contribuição do trabalho foi possível observar o desempenho máximo da UB dentro dos seus limites operacionais com inserção do controle de peak torque e submergência. Adicionalmente, foi possível perceber a alteração automática da velocidade de bombeio durante o processo de produção, evitando paradas no sistema. Operar no limite de torque fez com que a velocidade do processo aumentasse proporcionando uma maior vazão de produção. O controle da submergência, por sua vez, atuou impedindo que o poço seque e prevenindo a existência de possíveis problemas operacionais, tais como: interferência de gás e pump off.