Estudo de um sistema inteligente para elevação de poços e controle de processos petroliferos

Apesar do reduzido nível dos preços atuais do petróleo cru, não parece que as oportunidades de recuperação suplementar de volumes de óleo e gás natural, tanto em reservatórios terrestres como marítimos estejam sendo abandonadas. Uma das razões é a constatação de que uma vez desmobilizada uma estação ou uma plataforma de produção, é extremamente custoso a reativação e a retomada da produção de um campo de petróleo caso os preços subissem. Nessa situação a automação é fundamental para a redução de custos. As reservas e a produção de óleo brasileiras vêm de campos terrestres e marítimos, que produzem óleo e gás natural. A produção de vários poços (mais de 30 em média) é dirigida para estações ou plataformas, que abrigam uma planta de processo para separar óleo, gás e água, e enviar o óleo e o gás produzidos para terminais no continente. Em uma planta de processo típica, o fluido produzido (mistura de óleo, água e gás) é coletado no "manifold" (conjunto de tubos e válvulas) e direcionado para o separador de teste (apenas um poço) e para o separador de produção (os demais poços). Este processo de separação é sensível ao nível de líquido dentro do vaso de separação e a pressão do gás. Devido a isto, são usados controladores locais para ajustar as saídas de óleo e de gás destes vasos. Após a separação, o óleo é bombeado para oleodutos enquanto que o gás segue até o depurador, onde após retiradas as últimas gotícolas remanescentes de óleo, vai preferencialmente para um compressor que o envia parte de volta ao poço para reinjeção ou para elevação artificial ("gas lift") e, eventualmente, para geração de energia elétrica. O gás remanescente é escoado via gasoduto e somente o que excede a capacidade de aproveitamento é queimado localmente. O compressor de gás, por atuar com pressão alta, é uma unidade do processo muito sensível. A operação do "gas lift" (elevação pneumática) requer pressões consideradas altas (cerca de 1500 psi) e também, todas as atividades das plataformas (e de algumas estações terrestres) que dependem de energia elétrica fornecida por geradores de alta potência que consomem gás a alta pressão. Assim, o desafio de melhorar, técnica e economicamente, a recuperação de petróleo de reservatórios petrolíferos é, além do emprego de técnicas avançadas de recuperação de petróleo, a redução dos custos concernentes à exploração geológica, à perfuração de poços e às instalações de produção bem como reduzir os custos específicos das operações. Estes objetivos devem ser cumpridos, a fim de que os reservatórios cheguem ao fim em seus máximos aproveitamentos. Na extração de petróleo é necessário na maioria dos casos, acelerar a produção e, no conjunto de soluções possíveis, a instalação de bombas de fundo nos poços, considerado um dos métodos mais eficazes. No bombeio mecânico utilizam-se hastes metálicas em movimento alternativo (bomba e hastes) que transmite potência a um pistão situado no fundo do poço. O método de elevação de petróleo por "gas lift" é utilizado tanto em campos marítimos como em campos terrestres. Sua lenta dinâmica se constitui em um inconveniente para a realização de estudos "in situ" a cerca das condições ótimas de produção. Para aprender a operar este método e para otimizar as condições de produção em um campo petrolífero, é necessário dispor de programas computacionais, elaborados a partir de modelos de escoamento bifásico, de reservatório e de injeção de gás. Um programa computacional inteligente, que utilize as rotinas computacionais mais comumente usadas, proporcionará resultados fisicamente bem aceitáveis. Este trabalho descreve um sistema inteligente para controle do processo de uma planta de processamento primário de óleo e gás natural, de poços equipados com "gas lift" e com bombeio mecânico. Estes dois métodos de elevação artificial são os mais usados na indústria do petróleo. A influência de fatores não controláveis provoca nesses processos flutuações aleatórias. Com a automação da compressão de gás, do bombeio, da separação óleo/gás e dos equipamentos periféricos, os operadores simulam o funcionamento da unidade e .compreendem os efeitos dos diversos parâmetros com que contam. Baseando-se em conceitos de inteligência artificial, lógica nebulosa e sistemas neurais, é proposto o SIEP - Sistema Inteligente para Elevação de Poços e Controle de Processos Petrolíferos, um sistema para o gerenciamento integrado dos processos que envolvem a produção de petróleoIn spite of real low prices of cmde oil should not lead to reject any opportunities of recovering additional amounts of oil, both onshore and offshore fields. Indeed, once platforms or process plants have been dismantled, it is extremely expensive resume production from a reservoir. The brazilian petroleum production comes from onshore and offshore fields, producing oil and gas. The production of up 30 wells is directed to onshore production stations or offshore platforms housing process plants to separate oil, gas and water. In a typical process plant the produced fluid, a mixture of oil, water and gas, is collected at the manifold and it is directed to two different vessels, called test and production separators, whose purpose is to allow the gas, oil and water to be separated. This separation process is sensitive to the liquid leveI and gas pressure in the vessels. Because of that, local controllers are used to set up the output flow of both oil and gas. The produced oil is pumped into pipelines whereas the gas is directed to the gas scmbber which is in charge of removing any remaining amount of oil. This process is also dependent on the liquid leveI and gas pressure inside the vessel, and local controllers are also used to maintain the process within desired ranges. The gas produced at this final stage is directed preferentially to a compressor to be used in the lifting process and to generate elctricity. The remaining gas production is pipelined to the continent, and any surplus conceming the pipeline capacity is locally burned. The compressor is a very sensitive unit because gas lift operation requires high pressure (around válues of 1500 psi) and also, all the platforms activities are dependent on the electricity generated by powers generators operating at high gas pressure. Hence the challenge of managing a profitable oil field production is to achieve a maximum of cost reductions linked to the exploration, to the drilling and to the exploitation of oil fields. Here it is include operating costs that play an important role. This objective must be pursued energetically so that improved operations can strongly be undertaken and the existing fields have reached the end of production. Often, in the petroleum exploitation, it is desired to acelarate the oil production and in the whole of possible solutions, the bottornhole pump installation is considered one of the most direct and efective method. Sucker rod pumping makes use of steel rods work with altemate motion (pump and rods) which get power transfer to a plunger located on the bottomhole. Help oil well production by gas lift is common on both, onshore and offshore oil fields. Slow dynamic is an handicap for a study of optimal exploitation conditions. To leam how to drive this process and to optimize exploitation conditions on an oil field it is possible with a set of intelligent computer program based on knowledge models of two phases flows, reservoir end gas injection. This set of intelligent software could has the correlations most commonly used in oil-gas mixture. This results are physically reasonable. Many uncontrollable factors cause random fluctuations in the properties of a process planto The automation program of gas compressor, transfer pumps, oil-gas separators and its attached equipments lead operators to simulate the unit operation and to understand the effects of several parameters. AIso, this software is composed of an intelligent modeling, based on a mathematical representation of physical and chemical knowledge. Based on the above considerations, the petroleum production problems were studied by means of an integrated process evaluation of a rod pumping well, a gas lift well and a process unit for produced fluids. Using the artificial intelligent concepts as fuzzy logic and neural systems is presented SIEP, An Intelligent System for Production Lift and Process Control, aimed to do the integrated management of the petroleum production proces