Controle de Escoamentos no Regime de Golfadas em Processos de Produςão de Petróleo

Abstract

Nos últimos anos, a exploração e produção de petróleo têm apresentado grandes desafios tecnológicos. A maior parte das novas descobertas se encontra em regiões de maior profundidade e com formações geológicas mais diversas. Entretanto, as reservas de petróleo bruto encontradas em águas profundas e ultraprofundas têm apresentado dimensões maiores do que as localizadas em terra e em águas rasas, compensando assim os altos investimentos em novas pesquisas que diminuam os custos de exploração destas regiões. Muitas destas novas pesquisas estão voltadas para a questão do transporte do fluido multifásico (composto principalmente por água, óleo e gás) das jazidas submarinas aos vasos de separação localizados nas plataformas de produção offshore. Devido às grandes profundidades em que os poços de produção se encontram, tubulações cada vez mais longas são necessárias com configurações que apresentam um trecho horizontal, eventualmente com algum ponto baixo, e um trecho vertical (riser) até a plataforma. É neste cenário que, dependendo da geometria do terreno submarino e das proporções de gás e líquido no fluido multifásico, um regime de fluxo no padrão de golfadas pode-se desenvolver no sistema. As conseqüências deste escoamento com golfadas são oscilações na pressão e nas vazões do processo que podem causar severos problemas para a operação da plataforma de produção: (i) dificuldade de separação da água e do óleo, comprometendo o desempenho de equipamentos à jusante como tratadores de óleo e hidrociclones, e (ii) possível parada de emergência da plataforma por nível muito alto dos vasos separadores. O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento e aplicação de um sistema de controle preditivo (MPC) multivariável para o controle de uma unidade de separação, que apresenta uma mistura de características estáveis e integradoras, operando sob os efeitos de uma alimentação em padrão de golfadas. A vantagem do MPC evidencia-se pelo fato da unidade de separação apresentar um certo grau de acoplamento, i.e. vaso separador trifásico + hidrociclone, além do MPC usar a filosofia de controle por faixas, o que aumenta os graus de liberdade para controlar o processo. Resultados de simulações numéricas mostraram o bom desempenho do controle proposto, mantendo as oscilações dos níveis de água e óleo dentro de faixas pré-estabelecidas, visando, desta forma, preservar a operação de separação e segurança do processo. O desempenho obtido é comparado com o desempenho do processo sendo controlado por um sistema PI (proporcional-integrativo) multi-malha.