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Autor: Diego di Domenico Pinto
Orientadores: José Luiz de Medeiros, Ofélia de Queiroz Fernandes Araújo
Laboratório: H2CIN
Uma das principais etapas na exploração do petróleo é a separação de óleo, água e gás. Muitas vezes, podem ocorrer perturbações na carga de entrada do separador, a mais comum é causada pelo riser que liga os poços de petróleo à plataforma de exploração. A dinâmica de escoamento desses risers é complexa, muitas vezes causando um fenômeno conhecido como golfadas ou slugs. O processo em malha aberta levaria o sistema à instabilidade, prejudicando o desempenho do processo. Portanto, estratégias de controle dos separadores são de fundamental importância para o bom aproveitamento da exploração.
Alternativamente ao pré-processamento em plataformas, novas técnicas vêm sendo utilizadas. Uma dessas é a separação subsea, ou seja, levam-se os equipamentos à cabeça do poço onde a separação ocorre e, em seguida, o óleo é bombeado à plataforma. Nessa tecnologia, existem ganhos econômicos e de processo, já que as oscilações causadas pelos risers cessam, pois a mistura é bombeada após a separação. Todavia, operações subsea ainda representam um grande desafio em termos de controle de processos e fabricação de equipamentos.
Neste trabalho foram desenvolvidos modelos para um poço de petróleo operando por gas-lift, um separador trifásico (óleo, água e gás), um separador bifásico (liquído e gás) e um hidrociclone de-oiler. O separador bifásico foi colocado na cabeça do poço, tornando-o um separador subsea. Dessa forma o poço foi ligado diretamente ao separador. As condições de operação do poço levaram a um regime de escoamento intermitente. O líquido resultante do separador é bombeado para a plataforma e o gás segue para um compressor para retornar ao processo gas-lift.
O separador deve possuir um controle que possibilite a proteção das operações adiante, principalmente a bomba. Nesse caso, três estratégias de controle foram testadas onde o nível de líquido e a pressão do separador eram as variáveis controladas e as frações de abertura das válvulas de saída de líquido e gás as variáveis manipuladas. As estratégias feedback convencional, feedback com ganho adaptativo e feedback com feedforward, tinham como objetivo a atenuação dos slugs e a manutenção da pressão e do nível do separador em patamares aceitáveis. Para estratégia feedforward proposta, desenvolveu-se um estimador estocástico ARX, que mostrou-se eficiente na predição de da vazão de líquido alimentada ao separador, adotada no esquema antecipatório. Dentre as estratégias testadas, destaca-se a estratégia que combina o controle feedback com adaptação de sintonia a controle feedforward, que atendeu satisfatoriamente aos objetivos de suavizar o padrão de descarga de líquido do separador alimentado por escoamento intermitente.