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Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de vapor utilizando energia solar para injeção em poços petrolíferos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2018-11) Silva, Anderson Ferreira da; Rodrigues, Marcos Allyson Felipe; Galvão, Edney Rafael Viana Pinheiro; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula
A maior parcela da produção de petróleo on-shore brasileira, é realizada em campos maduros. Para essa produção acontecer, é necessária a aplicação de métodos térmicos de recuperação que promovem a redução da viscosidade do óleo. A injeção de vapor é um dos métodos térmicos mais utilizados e, por isso, faz-se necessário o estudo do processo de geração de vapor. Foram estudadas situações em que se aplica a energia heliotérmica, empregando coletores lineares do tipo Fresnel com diferentes configurações, buscando uma economia quantitativa e consequentemente financeira do combustível consumido pela caldeira de modelo aquatubular. Foram realizadas análises em seis sistemas diferentes, cada sistema apresentando um gradiente de temperatura distinto. A temperatura de entrada na caldeira variou de 40 °C a 90 °C, enquanto que a temperatura de saída foi mantida em 288 °C. Os estudos financeiros foram baseados nos dados de consumo de combustível da caldeira de cada uma das situações, nos custos relacionados à aquisição da planta solar, assim como, nos custos da sua manutenção. Ao analisar os resultados de cada caso, foi possível perceber que, independentemente do dimensionamento da planta solar e dos custos que ela gera, os resultados econômicos mostraram uma excelente rentabilidade para esse projeto.
Aplicação de Concentradores Solares para o aquecimento da água no processo de geração de vapor para injeção em poços petrolíferos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2017-11) Cabral, Yago Ramon Gouveia; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; Marcos Allyson Felipe Rodrigues; Rodrigues, Marcos Allyson Felipe; Silva, Daniel Nobre Nunes da
O sol é a principal matriz energética do planeta, sendo direta ou indiretamente responsável por todas as outras fontes de energia que são utilizadas pelo ser humano. Na indústria do petróleo, especificamente na recuperação avançada do óleo com a injeção de vapor, pouco se ouve falar do uso de sistemas que utilizam energias renováveis como alternativa para baratear o processo de produção, principalmente pela alta demanda energética associada aos processos de aquecimento de fluidos para geração de vapor. Este trabalho tem por objetivo apresentar diferentes tipos de coletores e concentradores solares que possam se adequar às temperaturas e aos volumes de injeção dos reservatórios com características do nordeste brasileiro. Pelas razões acima expostas, comparando resultados de projetos realizados em outras regiões do mundo com uma possível aplicação na bacia potiguar, foi possível concluir que os concentradores cilíndricos-parabólicos e as torres solares apresentam potencial volumétrico e energético para substituir parcialmente o uso de caldeiras na produção de vapor
Aplicação de modelos deep learning na estimação de vazão de petróleo em poços offshore com sistema de bombeio centrífugo submerso
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-02-24) Araújo, Josenilson Gomes de; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; https://orcid.org/0000-0002-3893-6010; http://lattes.cnpq.br/2441911467149645; http://lattes.cnpq.br/3373459185660853; Doria Neto, Adrião Duarte; https://orcid.org/0000-0002-5445-7327; http://lattes.cnpq.br/1987295209521433; Escovedo, Tatiana; Lima, Fábio Soares de
A medição de vazão de fluidos é uma atividade fundamental para a indústria de óleo e gás. A correta mensuração dos volumes produzidos proporciona uma boa gestão dos reservatórios, reduzindo as perdas de produção, orientando os planos de otimização do sistema de produção e dos métodos de levantamento e escoamento da produção. A utilização de técnicas de estimativa de fluxo em tempo real por meio de Medição de Fluxo Virtual (Virtual Flow Metering ou VFM na sigla em inglês) tem se mostrado um campo promissor devido à precisão dos resultados fornecidos e ao seu baixo custo de implementação. Os modelos deep learning têm sido aplicados com sucesso na indústria de petróleo e gás. Considerando os avanços tecnológicos e a grande importância da medição de fluidos para a indústria do petróleo, o estudo visa desenvolver um modelo para estimar a vazão de fluidos aplicando uma abordagem combinada com modelos Long short-term memory (LSTM) e modelagem hidrodinâmica. Os dados utilizados frequência, potência e pressão foram coletados em dois poços offshore equipados com bombeio centrífugo submerso (BCS), localizados na região Nordeste do Brasil. Os resultados obtidos com a abordagem combinada tornam o modelo mais robusto, preenchendo lacunas do modelo hidrodinâmico isolado; podem ser úteis para estimar com maior precisão o comportamento da vazão em tempo real em regimes permanentes e transientes e estimar a vazão para uma sequência de instantes de tempo futuros, apoiando uma melhor gestão da produção. Por fim, os resultados obtidos com os modelos LSTM podem ser integrados com outras tecnologias da Indústria 4.0 e contribuir para a transformação digital da indústria de óleo e gás.
Aplicações para o dimensionamento do Bombeio Centrífugo Submerso em ambientes offshore
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-12-16) Oliveira, Ingrid Meira Lima Fernandes de; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; Oliva, Gabriel Bessa de Freitas Fuezi; Galvão, Hannah Lícia Cruz
O Bombeio Centrífugo Submerso (BCS) é um método de elevação artificial que pode ser utilizado tanto em ambientes terrestres quanto em ambientes marítimos que se destaca em condições de altas vazões e, principalmente, de óleo pesado. Entretanto, para produção de óleos pesados o tempo médio entre falhas do BCS não costuma ser superior a dois anos e meio. Visando reduzir o tempo e os custos de intervenção, o Skid e o MoBo (Módulo de Bombeio) são ótimas alternativas para isso por serem instalados fora do poço produtor, no leito marinho e, assim, é possível fazer intervenções mais rápidas e sem necessidade de parar a produção. O adequado dimensionamento desses sistemas é de extrema importância para reduzir custos, com os equipamentos trabalhando dentro das margens operacionais e de segurança. Neste trabalho, é proposto um modelo para o dimensionamento de sistemas de elevação por Bombeio Centrífugo Submerso em Skid e MoBo aplicado em uma ferramenta computacional. Com dados do poço, das propriedades dos fluidos, do reservatório e operacionais, é possível projetar a bomba, o motor e o cabo que pode ser utilizado, levando em consideração as propriedades físicas do escoamento multifásico e as correlações empíricas. Os resultados obtidos se mostram coerentes e satisfatórios, permitindo verificar quais equipamentos são adequados para o poço.
Automação de uma planta piloto para estimação de vazão em poços injetores multizonas a partir de perfis de temperatura
(2018-06-29) Silva, Werbet Luiz Almeida da; Salazar, Andres Ortiz; ; ; Maitelli, André Laurindo; ; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; ; Fernandes, Jefferson Doolan;
Uma planta piloto foi construída no Laboratório de Avaliação de Medição em Petróleo (LAMP) para avaliar métodos de estimação da distribuição de vazão em poços injetores multizonas através de modelos de transmissão de calor. Este trabalho desenvolveu um sistema de automação constituído de uma estrutura de sensores, elementos de acionamento e um software de monitoramento, visando controlar as variáveis necessárias para a execução dos processos operacionais na planta construída. Foram utilizados sensores de vazão, nível e temperatura, além de atuadores como válvulas e bombas, conectados a um controlador lógico programável da WEG R , modelo: TPW03 60HT-A, que é responsável pela concentração dos dados e comunicação com um supervisório implementado em Elipse R SCADA. Essa estrutura permitiu a aquisição dos dados necessários para a avaliação do método de estimação de vazão a partir de medições de temperaturas ao longo da coluna de injeção do poço protótipo. Os sensores de vazão permitiram a comparação dos valores medidos e estimados com o modelo matemático. Foram realizadas adequações à estrutura inicialmente projetada e repetidas as experiências visando melhorar as condições de operação com o objetivo diminuir as incertezas de medições anteriores.
Cálculo da carta dinamométrica de fundo para poços direcionais
(2014-10-02) Araújo Júnior, Antônio Pereira de; Maitelli, André Laurindo; ; ; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; ; Costa, Rutacio de Oliveira; ; Assmann, Benno Waldemar;
Este trabalho propõe uma solução numérica para o cálculo da carta dinamométrica de fundo de poços direcionais equipados com bombeio mecânico. A solução apresentada é baseada em modelo desenvolvido para projeto de sistemas de bombeio mecânico considerando trajetórias tridimensionais. Os resultados apresentados indicam que a incorporação do modelo tridimensional ao algoritmo possibilita o adequado cálculo de cartas de fundo em poços direcionais e verticais. O modelo permite estimar parâmetros produtivos importantes para qualquer sistema de bombeio mecânico, tais como vazão e pressão de admissão da bomba, além de calcular dados significativos para sistemas direcionais, como a carga lateral atuante ao longo da coluna de hastes.
Controle aplicado a poços com método de elevação e bombeio centrífugo submerso
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2012-07-13) Costa, Rutácio de Oliveira; Maitelli, André Laurindo; ; http://lattes.cnpq.br/0477027244297797; ; Salazar, Andrés Ortiz; ; http://lattes.cnpq.br/7865065553087432; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; ; http://lattes.cnpq.br/2441911467149645; Quintaes, Filipe de Oliveira; ; http://lattes.cnpq.br/0868502609660648; Estevam, Valdir; ; http://lattes.cnpq.br/9264004380006248; Assmann, Benno Waldemar;
O bombeio centrífugo submerso é um método de elevação artificial de petróleo empregado em áreas terrestres ou marítimas. A receita econômica da produção de petróleo em um poço depende da vazão de óleo e da disponibilidade do equipamento de elevação. Quanto menos falhas, menores serão as receitas cessantes e os custos para repará-las. A frequência com que as falhas ocorrem depende das condições operacionais às quais as bombas são submetidas. Em poços marítimos de alta produtividade o acompanhamento é feito por operadores com suporte de engenharia 24h/dia, o que não é economicamente viável para as áreas terrestres. Nesse contexto, a automação de poços terrestres apresenta vantagens econômicas claras. Neste trabalho é proposto um sistema capaz de controlar automaticamente a operação de bombas centrífugas submersas instaladas em poços produtores de petróleo, via ajuste na rotação do motor elétrico, a partir de sensores instalados na superfície e subsuperfície, mantendo a bomba operando dentro da faixa recomendada, o mais próximo possível do potencial do poço. São desenvolvidas técnicas de estimativa de variáveis não medidas, possibilitando a automação de poços que não possuem todos os sensores requeridos. O ajuste automático, conforme um algoritmo que é executado em um controlador lógico programável, mantém a vazão e a submergência dentro de parâmetros aceitáveis, evitando condições operacionais indesejáveis como a interferência de gás e a elevada temperatura do motor, sem a necessidade de recorrer ao desligamento do motor, o que reduziria a sua vida útil. A estratégia de controle descrita, baseada na modelagem dos fenômenos físicos e na experiência operacional registrada na literatura, é materializada em termos de um controlador Fuzzy baseado em regras, sendo que todas as informações geradas podem ser acompanhadas por um sistema supervisório
Desenvolvimento de sistema web para dimensionamento de sistemas para elevação artificial de petróleo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-07-18) Ferreira, Luis Eduardo Rique; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; Leitão, Gustavo Bezerra Paz; http://lattes.cnpq.br/6766556258983738; 0000-0002-3893-6010; http://lattes.cnpq.br/2441911467149645; Souza, Alessandro José de; 0000-0003-0634-419X; http://lattes.cnpq.br/2702521324454898; Lucena, Marcia Jacyntha Nunes Rodrigues; http://lattes.cnpq.br/7982148962089986
Este trabalho descreve a sistemática de desenvolvimento de umaferramenta web baseada em um programa existente para realizar o dimensionamento de sistemas de elevação por Bombeio Centrífugo Submerso (BCS) em poços de petróleo. O dimensionamento adequado dos equipamentos é crucial para otimizar a relação custo/produção e garantir eficiência operacional e segurança. O dimensionador BCS utiliza dados do esquema mecânico do poço, dados do reservatório, dados de produção e propriedades dos fluidos para determinar os tipos de bombas, motores, selos, cabos e equipamentos auxiliares que podem ou devem ser usados. Os procedimentos de cálculo levam em consideração as propriedades físicas do fluxo multifásico e utilizam correlações empíricas para determinar parâmetros como perdas de pressão, viscosidades, razões de solubilidade, fatores de volume gás-óleo-água, entre outros. A ferramenta desenvolvida inclui gráficos e alarmes para ajudar o usuário no dimensionamento do sistema, além de um banco de dados com informações sobre vários sistemas usados na indústria. Os resultados obtidos com a ferramenta desenvolvida foram comparados com os obtidos com um programa comercial utilizado na indústria do petróleo e foram considerados consistentes e satisfatórios.
Desenvolvimento de um simulador com uma estratégia de controle para o bombeio por cavidades progressivas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-03-13) Freitas, Wendson Yure Fernandes de; Maitelli, André Laurindo; ; ; Assmann, Benno Waldemar; ; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; ; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de;
O método de elevação artificial por bombeio de cavidades progressivas, BCP tem se mostrado uma importante tecnologia de produção de poços de petróleo. Esse método possui uma boa adaptação à produção de óleo viscoso ou na presença de areia. Essas características tem feito do mesmo um dos métodos de elevação mais utilizados nos campos de produção de petróleo. Com o aumento da aplicação desse método cresce ainda mais a necessidade de desenvolver pesquisas voltadas nessa área de atuação. Esse método utiliza um sistema de movimentos rotativos na superfície, que por intermédio de um conjunto de hastes é transmitido para uma bomba de cavidades progressivas instalada dentro do poço, objetivando elevar o fluido existente no fundo do poço para a superfície. O presente trabalho desenvolveu um simulador computacional para poços de petróleo que utilizam este método de elevação, capaz de representar o comportamento dinâmico de variáveis importantes durante o processo de produção. O simulador conta ainda com uma estratégia de controle, que tem por objetivo garantir que o equipamento tanto opere em condições adequadas e dentro de seus limites de segurança, definidos pelo usuário, além de buscar otimizar a produção do poço. Com o intuito de se obter a validação da estratégia de controle proposta, foram realizados testes em laboratório utilizando poços virtuais. Esses testes demonstraram que a estratégia desenvolvida conseguiu apresentar desempenho esperado, isto é, controlar a velocidade de bombeio, mantendo a submergência dentro dos limites pré-estabelecidos pelo operador.
Desenvolvimento de um sistema de controle para poços de petróleo equipados com Gas-Lift contínuo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-03-08) Leite Filho, Eunízio Permínio; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; https://orcid.org/0000-0002-3893-6010; http://lattes.cnpq.br/2441911467149645; http://lattes.cnpq.br/3433006480466218; Maitelli, André Laurindo; https://orcid.org/0000-0001-6083-7425; http://lattes.cnpq.br/0477027244297797; Salazar, Andres Ortiz; https://orcid.org/0000-0001-5650-3668; http://lattes.cnpq.br/7865065553087432; Diniz, Anthony Andrey Ramalho
É com intuito de zelar pela produção do poço que os controladores eletrônicos têm sido desenvolvidos para sistemas de elevação artificial de petróleo. Pode-se afirmar que mais da metade dos controladores industriais em uso atualmente emprega esquemas de controle Proporcional Integrativo Derivativo (PID) ou PID modificado. Todavia, para problemas complexos, a aplicação de técnicas PID convencionais normalmente são dispendiosas e dependem de aproximações matemáticas, como por exemplo: a linearização de problemas não-lineares, o que pode comprometer o desempenho dessas soluções. Por isso ao tratar-se de modelos complexos tem-se optado por utilização de lógica fuzzy, haja visto que a principal vantagem de se utilizar da lógica fuzzy deve-se a sua capacidade de lidar com incertezas, raciocínio aproximado, termos vagos e ambíguos, o que não é possível de se fazer com as lógicas clássicas. Devido às mudanças nas condições de operação, um sistema operando por Gas-Lift Contínuo (GLC) necessita de um monitoramento constante. Dito isso, o objetivo deste trabalho é desenvolver uma ferramenta computacional que, no intuito de incrementar a vazão de produção, realiza o monitoramento e controle de poços operando por GLC. Esta ferramenta incorpora um controlador PI-fuzzy e um controlador PID para realização de sua atividade. Para fins de validação, um simulador dinâmico de GLC foi utilizado a fim de auxiliar o programa desenvolvido nos testes realizados com dados de campo em poços simulados computacionalmente. Mediante os testes realizados pode-se destacar que os resultados obtidos para o poço simulado 1 atenderam a expectativa, tendo em vista que houve melhora na vazão de líquido produzido e redução na quantidade de gás injetado.
Desenvolvimento de um sistema de controle para um protótipo de unidade de bombeio mecânico
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2017-06-22) Freitas, Wendson Yure; Maitelli, Carla Wilza Souza; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; Rodrigues, Marcos Allyson Felipe; Maitelli, Andre Laurindo
Este trabalho descreve e apresenta a desenvolvimento de um controle aplicado a um protótipo de uma unidade de Bombeio Mecânico com o objetivo automatizá-la, de maneira que seu funcionamento garanta uma maior eficiência e com o menor desgaste para seus equipamentos. O sistema de controle desenvolvido visa simular o mecanismo de controle do tipo Pum-off, onde o principal parâmetro a ser analisado foi a altura do nível dinâmico, onde, caso o nível dinâmico estiver no ponto especificado, determinar o acionamento do motor para o funcionamento do protótipo, assim, evitando o enchimento parcial da bomba, que acarreta em diversos problemas, como, perda de eficiência de produção, maior consumo de energia, maior desgaste dos equipamentos, etc. O protótipo foi desenvolvido no Laboratório de Automação em Petróleo (LAUT), consiste em um sistema completo e transportável, capaz de mostrar o funcionamento de uma unidade de Bombeio Mecânico de maneira didática, além de proporcionar diversos estudos, como o desta pesquisa, que visa mostrar de uma maneira de fácil compreensão a importância e algumas utilidades dos controladores aplicado no método de elevação artificial do Bombeio Mecânico.
Desenvolvimento de uma estratégia de controle para otimização da velocidade de bombeio durante o ciclo de sistemas operando por bombeio mecânico
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-09-22) Álvares, Kaio César Medeiros; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; http://lattes.cnpq.br/2441911467149645; http://lattes.cnpq.br/1219380216859146; Maitelli, André Laurindo; http://lattes.cnpq.br/0477027244297797; Santos, João Paulo Lobo dos; http://lattes.cnpq.br/6730238059101423
Na indústria de petróleo, a automação e o controle aplicados aos poços se destacam devido aos resultados relevantes de sua correta utilização, tornando-se, assim, imprescindíveis para melhorar o processo de produção e obter o desempenho máximo de cada poço. O bombeio mecânico (BM) é, por sua vez, um método de elevação artificial utilizado preferencialmente em ambientes onshore, é o método mais utilizado no mundo em número de poços instalados. A fim de apresentar novas técnicas de controle a esse método, este trabalho surge com a proposta de desenvolvimento de uma estratégia para otimização da velocidade de bombeio. A ferramenta desenvolvida opera com a variação de velocidade durante o ciclo, no intuito de aumentar a velocidade média de bombeio e atenuar os efeitos negativos atrelados a esse aumento. Para tanto, foi utilizado um controlador proporcional integral derivativo (PID). Inicialmente, realizou-se um levantamento bibliográfico sobre o assunto abrangendo, principalmente, patentes e trabalhos que tinham como tema a variação da velocidade de bombeio, assim como os conceitos básicos sobre o controle do tipo PID e o papel das cartas dinamométricas de superfície e de fundo. Para implementação do controle foi utilizada a linguagem de programação JAVA. Para validação, utilizou-se um simulador como um poço virtual e simulações foram realizadas com o controlador desenvolvido, comparando os resultados obtidos antes e depois da aplicação do controle. Observou-se, como resultado, que a estratégia desenvolvida conseguiu otimizar a produção em sistemas de bombeio mecânico, tendo em vista que houve uma redução de aproximadamente 20% nos esforços dos equipamentos da unidade de bombeio, sem que houvesse perca de rendimento considerável nos níveis de produção.
Desenvolvimento de uma estratégia de controle para uma unidade de bombeio inteligente
(2017-07-05) Oliva, Gabriel Bessa de Freitas Fuezi; Maitelli, André Laurindo; http://lattes.cnpq.br/0477027244297797; http://lattes.cnpq.br/0351805232207651; Assmann, Benno Waldemar; http://lattes.cnpq.br/9038214553529222; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; http://lattes.cnpq.br/2441911467149645; Costa, Rutacio de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/8120964167163666
O método de elevação artificial por Bombeio Mecânico (BM) é o mais utilizado nos poços de petróleo no Brasil e no mundo. Este método se destaca pela sua simplicidade, baixo custo em investimentos e manutenções, flexibilidade quanto à vazão de operação e possibilidade de operar com fluidos de diferentes composições e viscosidades. No entanto, as unidades de bombeio mecânico (UB’s), assim como todo equipamento mecânico, necessitam de manutenções periódicas sejam elas corretivas ou preventivas. Dentre as atividades operacionais mais comuns realizadas nas unidades de bombeio destacam-se o balanceamento e o ajuste do curso da haste polida. A realização dessas atividades requer a parada da produção do poço e é feita manualmente por uma equipe que é deslocada até o local onde se encontra a UB. Nesse contexto, a Petrobras em parceria com a UFRN e fornecedores desenvolveram uma unidade de bombeio mecânico, denominada Unidade de Bombeio Inteligente (UBI), capaz de realizar o balanceamento e o ajuste do curso da haste polida sem a necessidade de uma equipe se deslocar até a UB. Isto posto, beneficiando-se das vantagens da UBI, este trabalho se propõe a desenvolver uma estratégia para controlar automaticamente a Unidade de Bombeio Inteligente. O desenvolvimento dessa estratégia tem por objetivo garantir que o equipamento tanto opere em condições adequadas e dentro de seus limites de segurança (previamente definidos pelo operador), quanto otimize a produção do poço. Com o intuito de se obter a validação da estratégia de controle proposta para a UBI, foram realizados testes em laboratório utilizando poços virtuais. Esses testes demonstraram que a estratégia desenvolvida conseguiu apresentar desempenho satisfatório, isto é, controlar a UBI, mantê-la dentro dos limites pré-estabelecidos pelo operador e otimizar a vazão de produção.
Desenvolvimento de uma planta piloto para estudos de poços de petróleo produzindo por plunger lift
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2011-10-10) Fonsêca, Diego Antônio de Moura; Alsina, Pablo Javier; ; http://lattes.cnpq.br/3653597363789712; ; http://lattes.cnpq.br/5215142664564230; Gabriel Filho, Oscar; ; http://lattes.cnpq.br/4171033998524192; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; ; http://lattes.cnpq.br/2441911467149645
Este trabalho se propõe a descrever uma Planta Piloto para poços de petróleo equipados com elevação artificial do tipo plunger lift. Além de um tamanho reduzido (21,5 metros) e estar sobre a superfície, o poço da planta possui parte de sua estrutura em acrílico transparente, permitindo a fácil visualização de fenômenos inerentes ao método. A formação rochosa donde o poço da Planta Piloto extrai seus fluidos (água e ar) é simulada por uma casa de máquinas onde estão localizados o compressor e a bomba centrífuga responsáveis pela produção de ar e água. Para manter as vazões desses fluidos com valores conhecidos e controlados as linhas que conectam a casa de máquina ao fundo do poço são equipadas com sensores de vazão e válvulas. É desenvolvido um sistema supervisório que permite ao usuário uma monitoração em tempo real das pressões e vazões envolvidas no processo. A partir do supervisório é possível ainda o usuário escolher a forma como serão controlados os ciclos do processo, se por tempo, por pressão ou manualmente, e definir os valores de vazão de ar a água utilizados durantes os ciclos. Esses valores podem ser definidos a partir de um set point ou a partir da porcentagem de abertura das válvulas. São apresentados resultados de testes realizados na planta utilizando as formas de controle mais usuais: por tempo e por pressão no revestimento. Por fim, estes serão confrontados com resultdos gerados por um simulador configurados com as características da Planta Piloto
Desenvolvimento e aplicação de uma estratégia de controle para o método de elevação artificial por bombeio mecânico
(2016-09-05) Galvão, Hannah Lícia Cruz; Maitelli, André Laurindo; ; http://lattes.cnpq.br/0477027244297797; ; http://lattes.cnpq.br/7306374609634073; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; ; http://lattes.cnpq.br/2441911467149645; Gabriel Filho, Oscar; ; http://lattes.cnpq.br/4171033998524192; Costa, Rutacio de Oliveira; ; http://lattes.cnpq.br/8120964167163666
Na indústria petrolífera, uma área que vem se desenvolvendo e ganhando destaque 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 considerado um dos métodos mais utilizado em ambientes onshore, predominando frente aos outros em número de poços instalados no Brasil. Diante dessa constatação, nota-se que evoluções ao BM podem trazer melhorias à extração de petróleo no país. Uma evolução relevante seria o desenvolvimento e aplicação de novas estratégias e técnicas de controle a esse sistema. Nesse sentido, o foco principal deste trabalho foi desenvolver um controlador aplicado ao BM, visando evitar o surgimento de efeitos indesejáveis durante o processo de produção e maximizar a eficiência de operação. A ferramenta desenvolvida consiste em controlar o preenchimento parcial da bomba de fundo, através da manipulação da velocidade de bombeio. Para tanto, um controlador Proporcional Integral Derivativo (PID) foi utilizado devido à sua estrutura versátil, adaptando-se às exigências e limitações do trabalho. Inicialmente, realizou-se o levantamento bibliográfico sobre o método em foco, abrangendo principalmente o papel da carta dinamométrica de superfície e de fundo, os conceitos básicos sobre o controle do tipo PID e as principais estratégias de controle aplicadas ao BM. No decorrer do trabalho foi desenvolvida uma modelagem matemática e computacional para determinar o valor do preenchimento da bomba de fundo. Para a implementação do controle, foi utilizada a linguagem de programação Visual Basic for Applications (VBA) associada ao seu ambiente de desenvolvimento integrado (IDE), presentes no Microsoft Excel. Para validação, utilizou-se o simulador de BM como um poço virtual e simulações foram realizadas com o controlador desenvolvido. Para efeito de resultado, observou-se que a estratégia desenvolvida foi uma importante ferramenta quando se tratava em potencializar a produção por BM, visto que a estratégia aplicada proporcionou o controle do preenchimento parcial da bomba de fundo, sem a necessidade de parada de produção, ou seja, da unidade de bombeio, o que refletiu numa otimização operacional.
Determinação do volume produzido a partir da carta dinamométrica de fundo em poços operando por bombeio mecânico
(2019-02-25) Medeiros, Eliara de Melo; Maitelli, André Laurindo; ; ; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; ; Lima, Fábio Soares de; ; Rodrigues, Marcos Allyson Felipe;
Na indústria de petróleo, o método de elevação artificial Bombeio Mecânico (BM) é o mais utilizado no Brasil. É predominante em número de poços e se destaca pelo seu baixo custo, simplicidade e alta eficiência energética. Esse método utiliza de testes de produção tradicional para inferir sua produção. Diante disso, para aperfeiçoar o acompanhamento de poços equipados pelo BM, que utilizam os testes de produção tradicional, e diminuir os custos com infraestrutura, recursos humanos e melhorar a acurácia para determinar a produção, desenvolveu-se uma técnica capaz de acompanhar individualmente a produção do poço. Nesse sentido, este trabalho apresenta um método para calcular a produção a partir da área da carta dinamométricas de fundo (CDF) e ainda, desenvolve uma ferramenta computacional capaz de monitorar a produção de um determinado poço. Esse método calcula a área, estabelecendo premissas como: vazamento, coluna de produção ancorada ou não, e preenchimento da bomba. A validação da estratégia desenvolvida, foi feita pela comparação entre o cálculo da produção por meio do método descrito e a produção calculada por um Simulador de Bombeio Mecânico, fonte de validação dos dados. A partir dos resultados, observou-se que a estratégia desenvolvida foi uma importante ferramenta quando se tratou do monitoramento da produção do BM, visto que o método proporciona acompanhar a produção do poço individualmente, garantindo maior agilidade na determinação da produção e soluções de problemas. Além disso, nota-se que os testes de produção convencionais podem ser reduzidos ao se usar técnicas de cálculo de produção a partir das cartas de fundo, acompanhando a produção em tempo real, refletindo economicamente em uma redução dos custos e melhores decisões operacionais.
Determinação dos parâmetros de falha para o método de bombeio mecânico
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2016-06-17) Medeiros, Eliara de Melo; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; Costa, Rutacio de Oliveira; Silva, Raphael Eliedson da
Na maioria das vezes, no início da vida produtiva dos poços de petróleo, os fluidos alcançam a superfície por elevação natural. Quando esses poços param de produzir naturalmente e “morrem”, surge a necessidade de uma suplementação de energia através dos métodos de elevação artificial. A escolha de determinado método de elevação artificial para operação irá depender da aplicabilidade para aquele campo ou poço. O método mais utilizado e predominante em número de poços é o bombeio mecânico. Diante desse predomínio do método, faz-se necessário compreender melhor o seu funcionamento e suas limitações. Apesar de todo projeto realizado e do trabalho do engenheiro durante as etapas, falhas poderão ocorrer seja na parte mecânica ou na parte de bombeamento do fluido. Devido a isso, faz-se necessário estudar com maiores detalhes as falhas presentes nesse método. Diferentes tipos de falhas poderão ser diagnosticadas para o método de BM: haste partida, pistão preso, interferência de gás, eficiência da bomba e pancada de fluido, sendo que, a identificação das mesmas poderá ser feita através das cartas dinamométricas, principal ferramenta utilizada para diagnosticar e detectar possíveis anomalias no sistema. Esse trabalho, a partir de parâmetros iniciais, desenvolveu uma ferramenta computacional capaz de determinar e diagnosticar três das falhas abordadas (haste partida, pistão preso e interferência de gás) e consequentemente, a previsão das suas respectivas cartas dinamométricas. Por fim, os resultados foram comparados com cartas dinamométricas obtidas em simulação e com modelos padrões da literatura para efeito didático.
Diagnóstico das condições de operação e falhas de sensor em poços operando por bombeio mecânico utilizando Machine Learning
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-06-16) Nascimento, João Maria Araújo do; Maitelli, André Laurindo; https://orcid.org/0000-0001-6083-7425; http://lattes.cnpq.br/0477027244297797; https://orcid.org/0000-0002-4690-086X; http://lattes.cnpq.br/0572726574522312; Cavalcanti, Anderson Luiz de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/7224754476792019; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; Lima, Fábio Soares de; Gabriel Filho, Oscar; Costa, Rutacio de Oliveira
Em campos petrolíferos com muitos poços operando por bombeio mecânico, devido à falta de diagnóstico precoce das condições de operação ou falhas de sensores, vários problemas podem passar despercebidos, podendo causar grandes prejuízos, como aumento do tempo de inatividade, aumento das despesas operacionais (OPEX), diminuição da eficiência e perda de produção. Na prática, a identificação e o diagnóstico das condições de operação são primordialmente realizados a partir de cartas dinamométricas de superfície e fundo, por meio de padrões pré-estabelecidos, com esforço visual humano nos centros de operação. Essa tarefa consome muito tempo e trabalho, além de exigir experiência, pois pode ser influenciada por fatores subjetivos. Porém, nos últimos anos, com as facilidades inerentes aos algoritmos de Aprendizagem de Máquina (Machine Learning - ML), várias pesquisas realizadas sobre o assunto alcançaram bons resultados no diagnóstico de condições de operação, evidenciando que ML pode ser utilizado para esse fim. Todavia, ainda é comum a existência de dúvidas sobre o nível de dificuldade da tarefa de classificação de cartas dinamométricas, o melhor algoritmo, o melhor descritor de formas, as melhores métricas e qual o impacto dos conjuntos de dados desequilibrados. Na busca por respostas a essas questões, neste trabalho foram utilizados dados reais de 38 poços que operam por bombeio mecânico na região de Mossoró, RN, Brasil. Mais de 50.000 cartas foram classificadas pelo autor do trabalho e distribuídas em oito modos de operação e duas falhas de sensor, comuns neste campo. Setenta e três testes foram realizados e divididos em nove grupos. Três algoritmos foram testados (com e sem sintonia de hiperparâmetros): árvore de decisão, Random Forest e XGBoost, além de pipelines fornecidos via Automated Machine Learning (AutoML). Os descritores utilizados foram: Centróide, Fourier e Wavelet, além dos valores de carga da carta dinamométrica de fundo. Conjuntos de dados balanceados e desbalanceados também foram testados. Os resultados confirmam a viabilidade da aplicação de ML para diagnóstico de condições de operação e falha de sensores em sistemas de bombeio mecânico, uma vez que 80,82% dos testes alcançaram acurácia acima de 90% e foi alcançada uma acurácia de 99,9%. Por fim, uma parte das implementações sugeridas nesta pesquisa foi avaliada em ambiente de produção. Foram avaliadas cartas de mais de uma centena de poços, alcançando uma acurácia superior a 96%, o que reforça a eficácia das implementações em um contexto real. No geral, os resultados evidenciam o potencial do ML como uma abordagem promissora para o diagnóstico de condições de operação e falhas de sensores em sistemas de bombeio mecânico.
Diagnóstico de condições de operação do bombeio centrífugo submerso utilizando machine learning
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-05-30) Brasil, Jéssica Alves; Chiavone Filho, Osvaldo; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; https://orcid.org/0000-0002-3893-6010; http://lattes.cnpq.br/2441911467149645; http://lattes.cnpq.br/2621516646153655; http://lattes.cnpq.br/0874113052311486; Diniz, Anthony Andrey Ramalho; Galvão, Edney Rafael Viana Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/3142315953748654
Na elevação artificial, as técnicas de Automação são empregadas também com o intuito de aumentar a eficiência e produção dos poços de petróleo. No método de elevação por Bombeio Centrífugo Submerso (BCS), a utilização de ferramentas de Automação se torna imprescindível na interpretação dos dados disponíveis em campo, visto que, a análise desses dados nem sempre é suficiente para analisar, interpretar, monitorar e diagnosticar o desempenho e a integridade do poço, além da operação do BCS e eficiência em tempo real. No entanto, ainda que esses poços operem com sistemas automatizados, alguns danos na produção podem ser identificados diminuindo a eficiência da bomba BCS e poderão ocorrer perdas significativas nas vazões obtidas. O diagnóstico inicial do sistema BCS pode levar a uma grande economia de custos e menos manutenção devido a tecnologias implementadas em campos de produção. Em campos de petróleo, para identificar as condições de operação de um poço BCS, utilizam-se as cartas amperimétricas, que são gráficos de corrente versus tempo. A análise dessas cartas, geralmente, é realizada por operadores que possuem um elevado número de poços para examinar, e essa sobrecarga, muitas vezes, diminui a eficiência no processo de leitura das condições de operação da bomba BCS. Atualmente, tecnologias em tempo real baseadas em algoritmos de Aprendizado de Máquina (Machine Learning - ML) têm desafiado e estimulado empresas a criarem soluções para diagnosticar precocemente anormalidades na operação dos poços. Dessa forma, este trabalho tem como intuito fornecer uma proposta de detecção das condições de operação (operação normal, operação normal com gás, interferência de gás e bloqueio por gás) da bomba BCS a partir da análise dos dados de corrente elétrica obtidos a partir de 24 poços de Mossoró, RN, Brasil. Algoritmos de classificação de Aprendizado de Máquina foram implementados na linguagem de programação Python no ambiente Google Colaboratory®. Os algoritmos de classificação utilizados foram Árvore de Decisão (AD), Máquinas de Vetores de Suporte (SVM - Support Vector Machine), Classificação do Vizinho Mais Próximo (KNN - K-Nearest Neighbor) e Rede Neural do tipo Multi-Layer Perceptron (MLP). Como os conjuntos de dados possuíam pontos variando de 159 a 344, realizou-se uma padronização com uma técnica de interpolação para que todos os conjuntos de dados tivessem 344 pontos, o número máximo de pontos coletados. Os algoritmos foram testados sem e com sintonia de hiperparâmetros, tendo em vista que para cada técnica de ML havia um conjunto de hiperparâmetros específico. Além disso, foram realizados testes de balanceamento (oversampling) dos conjuntos de dados de treinamento para identificar a diferença em relação ao conjunto de dados desbalanceados. Os resultados obtidos e apresentados ao longo do trabalho, confirmam que a aplicação do algoritmo ML é viável para a classificação das condições de operação apresentadas, pois todos tiveram uma acurácia superior a 87%, tendo como melhor resultado a aplicação do modelo SVM, que alcançou uma acurácia de 93%.
Dimensionamento de aerogeradores para suprimento energético de um campo petrolífero equipado com unidades de bombeio mecânico
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2017-11-23) Oliveira, Sarah Miyako Kasuya; Rodrigues, Marcos Allyson Felipe; Rodrigues, Marcos Allyson Felipe; Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula; Galvão, Hannah Lícia Cruz
O sistema de bombeio mecânico é um método de elevação artificial alimentado pela energia da rede elétrica, já o sistema de energia eólica tem a finalidade de transformar a energia cinética provinda dos ventos em energia elétrica para alimentar o destino final. Diante das especificações dos sistemas mencionados, o sistema eólico ligado ao método de elevação artificial de bombeio mecânico é uma alternativa bastante promissora para o setor petrolífero, pois a energia eólica que é uma fonte inesgotável, limpa, autossuficiente e que diminui a liberação de gases contribuintes para o efeito estufa, transmitirá energia elétrica para o bombeio mecânico, fazendo com que este eleve o fluido até a superfície. Baseado nesse contexto, o estudo em questão tem como objetivo determinar o número de torres eólicas necessárias para alimentar um campo produtor de petróleo localizado no Canto do Amaro, próximo ao município de Mossoró/RN. Este campo é composto por 10 unidades de bombeio mecânico.Para fins de resultado conclui-se que foram necessários 14 aerogeradores de pequeno porte para suprir a demanda energética das 10 unidades de bombeio mecânico no campo petrolífero.

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