BR102013030571A2 - sistema avançado de controle automático para minimização de golfadas - Google Patents

Abstract

sistema avançado de controle automático para minimização de golfadas o tipo de escoamento em golfadas dos fluidos produzidos em poços de produção gera grandes perturbações para as plataformas de produção, como grandes variações nas pressões e nos níveis dos processos. em muitos casos, estas perturbações chegam a levar a uma parada não programada da produção, e em outros leva a danos nos equipamentos, como os trocadores de calor. assim, as golfadas têm um grande impacto na confiabilidade da operação, pois afetam a disponibilidade e a qualidade dos produtos (bsw, tog e umidade). desta forma, existe um problema complexo de controle para, a partir das medições, conseguir atuar dinamicamente nas válvulas choke de produção de forma a definir um novo tipo de escoamento, sem grandes golfadas. o objetivo desta invenção é prover um sistema avançado de controle automático para minimização de golfadas que atue rapidamente para evitar este tipo de escoamento, assim como proteger os equipamentos do processo. este sistema é composto de sensores, válvulas e diversos controladores do tipo pid, ou onfc com algoritmos computacionais agregados, monitorando um conjunto de variáveis operacionais, que possibilitem diagnosticar e controlar as golfadas dos poços de produção. este sistema avançado de controle é eficiente e elimina, ou minimiza as golfadas durante a operação das plataformas de produção.

Description

SISTEMA AVANÇADO DE CONTROLE AUTOMÁTICO PARA MINIMIZAÇÃO DE GOLFADAS

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere a um Sistema de controle avançado para automaticamente promovera eliminação .ou minimizaçâo da ocorrência do fenômeno denominado escoamento em golfadas, em um poço de produção de petróleo localizado em águas profundas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Um grande desafio para a produção ■ de petróleo em águas profundas decorre da existência de ínstabilidades severas devido ao regime de escoamento em golfadas.

Este fenômeno varia ao longo da vida da plataforma, pois depende de vários fatores, tais como: pressões do reservatório e das. linhas, dimensões das tubulações, composição do fluído multifásico (teor de água), abertura da válvula choke de superfície do poço, entre outros. O uso de técnicas de controle avançado para eliminar, ou minimizar as golfadas tem' um grande- potencial - de aumentar a produção das unidades, além de aumentar a estabilidade dos processos, minimizando eventos de queima de produtos nas tochas e paradas não programadas, Uma explicação simplificada des .golfadas é a seguinte: -.como as plataformas ficam localizadas a vários quilômetros de distância dos poços, o escoamento do fluido produzido nas tubulações pode apresentar este regime em golfadas, com períodos em que pouco líquido chega â plataforma e se acumula nos tubos, e outros períodos, onde grandes quantidades de líquido (golfadas) atingem a plataforma.

As tubulações submersas, notadamente aquelas comumeníe denominadas de linhas de escoamento e, particufarmente, aquelas tubulações que -partem de-poços de -produção submersos para instalações ■de carregamento podem ser susceptíveis a uma formação de acúmulo ou retenção do maíenai. que produz o fenômeno da golfada, quando liberado.

As referidas linhas de escoamento, via de regra, se estendem por milhares de metros ao longo- do fundo do mar, o que torna mais crítico o trabalho d-e identificação e controle da.ocorrência dessas intermitêncías .da produção, Agravando o problema, em muitos -casos, a linha de escoamento pode estar a vários metros abaixo da linha d'água, o que pode levar á necessidade de by-passes. ou perna vertical, e ainda outras providências para o restabelecimento do escoamento adequado até a superfície, Estes problemas são agravados quando as linhas de produção possuem trechos descendentes e as instalações de superfície não possuem grandes capacitâncias (ou volumes) para absorver estas perturbações, o que pode ; gerar um grande número de paradas nâo programadas por nível muito alto nos separadores.

Outro ponto de perda é que estas oscilações fazem com que a vazão média produzida seja menor do que o seu potencial.

Durante a produção em ■ regime· de golfadas, observa-se que a pressão no fundo do poço oscila entre valores altos (devido- a:o acúmulo de líquido - maior perda de carga e pressão hidrostática) e baixos.

Assim, a vazão produzida também oscila, podendo na média ter uma redução considerável em relação ao seu potencial. Portanto, o desenvolvimento de sistemas automáticos tle controle avançado que evitem os escoamentos em golfadas pode trazer ganhos consideráveis para a operação das plataformas. O objete' principal':da presente invenção é prover um sistema que automaticamente controla e garante uma operação em poço de: produção de petróleo em águas profundas sem a ocorrência de golfadas, através do uso de medidores de pressão em diversos pontos alternativos da linha e da atuação contínua nas válvulas cbolce-.de· produção-, empregando-se algoritmos computacionais agregados, que monitoram um conjunto de varia vess operacionais Como vantagens do sistema da presente invenção temos: a redução das perdas, provindes da queima e do número de paradas nio programadas da produção; a otimização da produção relativamente à redução do tempo de partida e parada dos poços e da planta de processo, devido a ocorrências inesperadas de golfadas no poço de produção, como da mesma forma, dos transientes gerados nos procedimentos necessários à retomada da produção; e a estabilização da unidade, aumentando a vida útil dos equipamentos e a segurança.

Essas e outras vadiagens sio alcançadas >em face do sistema da presente invenção "automatizar" as melhores práticas de operação. Cíassicamente, existe no estado da técnica um paradigma operacional de que se mantiver a válvula ehoke de superfície do poço 100% aberta significa o máximo de produção possível.

Entretanto, isto nem sempre é verdade, principalmente quando existem instabílidades como as discutidas anteriormente.

Hur B. (2004) em “Ch&racterizing gàs-liiI instaMÍtmd"\ Department of Petroleum Engineenng and ApptiedGeophysics, Norwegiem University of Science and Technology, PhD Thesis, NTNU, 2004, por exemplo, mostrou que um sistema de controle atuando na válvula ehoke de superfície estabilizou o processo e gerou um aumento na produção de 17%., Considera-se ainda, nesse caso, que- a pressão média no fundo do poço é menor.

Existem na literatura vários outros trabalhos demonstrando o potencial de ganho, que se utiliza, de diversos tipos de tecnologias que visam o controle de golfadas em poços para a produção de petróleo, O· documento de patente brasileiro PI9913875-1, depositado em 10/09/1999, ou seu correspondente norte americano US6Q41803 publicado em 28/03/2000, descreve um método para a eliminação de golfadas severas em dutos de escoamento muitífásico, e dispositivo associado focalizado pròxtmo à junção- do duto de escoamento, de modo a introduzir uma perda de carga no escoamento do duto. Esse documento, no entanto, não antecipa o emprego de controle na válvula choke ou na árvore molhada ou a montante da válvula choke, para o controle e redução de golfadas.

Outra tentativa de controle de golfadas do estado da técnica é descrita no documento brasileiro PI0518401-0, relativo a um método e aparelho para controle de formação de acúmulos de líquido ou de gás ao longo :da tubulação, mediante a injeção de um agente de redução de. tensão superficial de líquido, tal como um espumante. Uma untdade de controle é mencionada, mas com o objetivo de controlar a unidade de injeção do agente de redução de tensão. Da mesma forma, este documento não antecipa o controle de pressão· proposto na presente invenção por meio do monitoramento na válvula choke ou na árvore molhada ou a montante da válvula choke, empregando-se ainda algoritmos computacionais, que monitoram um conjunto- de variáveis operacionais, Na “Tese de Doutorado de Jarl Gystein Tengesdaf - UniversHy of Tulsa - Colfege of Engineering and Natural Sciences — Petroleum Engineering", sob título - “Severe Slugging Ehmination m Ultra Deep Water Tmbmcks and publicada em 07/10/2002. o estudo observa que, através da criação ue uma pequena:queda adicional da pressão através da válvula choke, é possível eliminar golfadas severas. Os experimentos são conduzidos considerando pontos de vazão total ou parcial mente obstruídos por golfadas severas, Como visto, o tipo de escoamento em golfadas, dos fluidos produzidos em poços de produção, gera grandes perturbações para as plataformas de produção, bem como promove grande variação nas pressões e nos níveis dos processos.

Em muitos casos, estas perturbações chegam a levar a uma parada não programada da produção, e em outros leva a - danos nos equipamentos, como os trocadores de caior.

Assim, as golfadas têm um grande impacto na confiabilidade da operação, pois afetam a disponibilidade e a qualidade dos produtos (BSW, TOG, e"a Umidade).

Portanto, existe um problema complexo de controle para, a partir das medições, conseguir-se atuar dinamicamente nas válvulas choke de produção de forma a definir um novo tipo de escoamento, sem grandes golfadas. A adoção do sistema da presente invenção irá permitir que as plataformas tenham uma maior estabilidade e consequente aumento de produção, com a implantação de um sistema avançado de controle anti* golfadas.

Esta tecnologia também tem impactos na produção, com a minimizaçao de perdas em face da diminuição do número de ocorrências de paradas não programadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO O sistema avançado de controle automático para minimizaçao de golfadas, descrito na presente invenção foi desenvolvido para a produção de petróleo em águas profundas com a existência de instabifidades severas devido ao regime de escoamento em golfadas, com a pressão no fundo do poço· oscilando entre valores altos e baixos, onde dito sistema é composto por uma medição da posição da válvula de controle choke de produção - PV-01, empregando um controlador 2IC-01, responsável por manter a referida válvula na. posição desejada ■ pela operação; um controle das pressões do poço através de controladores de pressão· PIC-01, e PIC-02 a jusante da válvula choke, para controle das válvulas de controle choke ~ PV-01, em que o controle PIC-02 é um controlador de pressão máxima que atua através do sefetor de menor sinai; um controlador ZIC-01 define o setpoint do controlador de pressão PIC-0'1; uima chave de controle HS seleciona o sinal' (PV) para o controlador de anti-goffadas PiC-01. a qual permite ao operador optar qual será a variável de controle; um sensor ZT-01 de uma zona de transporte; e um sensor de pressão-PT-02 a jusante da válvula cboke de produção, BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A presente invenção poderá ser melhor entendida a partir dos desenhos que ilustram o sistema avançado de controle anti-golfadas, em que: - A Figura 1 - reflete um- sistema· tradicional de controle de golfadas, onde pode ser visto o emprego de sensores e equipamentos de monitoramento utilizados em sistemas clássicos de poços de produção; - A Figura 2 -~.ê um diagrama esquemãtico dos sensores, válvulas 6 controladores do sistema de controle avançado de anti-golfadas da presente invenção; - A figura 3 - ilustra um diagrama de blocos do controle associado ao PiC-01, FIC-02 e ZIC-01, Trata, portanto, de um diagrama de blocos do algoritmo de controle do sistema avançado de controle antigo! fadas; - A Figura 4 - ilustra a arquitetura do sistema de controle avançado de anti-golfadas, Nessa figura é mostrada outra visão da arquitetura dos blocos de- controle do sistema de controle avançado anti-golfadas; - A Figura 5 - ilustra uma interface de operação do· controle anti- golfadas; - A Figura 6 - é um gráfico que demonstra a produção do poço sem controle (curva B - com golfadas severas) e com controle anti-golfadas (curva A).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O Sistema Avançado de Controle Automático para Minimizaçáo de Golfadas da presente invenção é capaz de eliminar as golfadas, minimizando os problemas associados com a ocorrência de golfadas severas, bem como os possíveis descontroles nas plantas, que podem resultar em queima de h id roca rbo netos na tocha.

Costuma-se medir as pressões e temperaturas nos poços de. produção (PDG - Permanent Downhole Gauge), & na árvore de natal molhada (TPT- Temperature and Pressure Transduc&r), bem como na chegada na plataforma.

Em função destas medições, pelo sistema da presente invenção os operadores definem uma posição para a válvula choke de produção que minimize as golfadas. O Sistema Avançado de Controle Automático para Minimízação de Golfadas utiliza para a sua realização, os seguintes dispositivos indicados na figura 2. • Sensores de pressão nas colunas dos poços de produção (PDG); • Sensor de pressão (TPT) nas árvores de natal molhadas (ANM) dos poços; • Sensor de pressão a montante da válvula choke de produção (PT* 01); • Válvulas de controle ~ choke de produção (PV-Q1), controladas pelo sistema de controle das pressões do poço {PIC-01 e PlC-02) de forma a eliminar as golfadas; • Controlador de posição da válvula choke (ZIC-01), responsável por manter esta válvula na posição desejada pela operação; •Controlador d».pressão máxima a Jusante da;válvula choke (PIC-02) que atua através do ‘over/rde'' (seletor de menor sinal;) garantindo a máxima pressão admissível nos equipamentos da planta de processo da plataforma.

Além do sistema da presente invenção ser exemplificado quando aplicado para um poço de produção, o sistema de oontrofe antngoifadas pode se aplicar a um número variável de poços, assim como para manifofds submarinos. O funcionamento do sistema é descrito a seguir. O sistema avançado de controle anb-golfadas consiste em se. medir a pressão no fundo do poço ou, alternativamente, na árvore de natal molhada - ANM, ou quando nenhuma das medições anteriores está disponível, -é medida a pressão a montante da válvula choke de produção. A ;seguir( é preciso manipular continuamente a válvula, de. produção na superfície {choke), deforma a estabilizar e manter a pressão de fundo a mais baixa possível para aumentar a produção.

Pode-se escolher através de uma chave de controle (HS), se a variável de controle será a pressão de fundo (PDG) ou..a pressi© na árvore de natal molhada (TFT), ou a pressão a montante da válvula choke (PT-Q1). G algoritmo do controle de pressão (PIC) é normalmente o PID (Proporcional- integraPDerivaíi vo). O problema a ser resolvido por esta estratégia è o seguinte: - qual é o valor do setpomt do controlador de pressão?

Este setpomt ótimo vai depender da vazão de gas-tift utilizada e também da composição atual do poço {teor de água, gás e óleo). A.inovação proposta, conforma podo ser visto na figura 2, utiliza uma medição -de posição da válvula choke, que através de um controlador ZIC-01 define o setpoint do controlador de pressão (PIC-01), com o objetivo de manter a posição da-válvula choke de produção em terno de um- valor desejado peto operador. Os algoritmos de controle utilizados nos PIC-01, ZIC-01 e PiC-02 podem tanto ser o PID como o GNFC (Qn-tine neurofuzzy controífer). O algoritmo PIO ê o algoritmo de controle mais usado na indústria e tem sido 'utilizado em todo o mundo para sistemas tíe controle industrial, Como o nome sugere, o algoritmo PI D é composto por três coeficientes: proporcional, integrai e derivativo, que são variados para obter a resposta ideal, O ONFC é um algoritmo de controle adaptatívo não linear, que ajusta a sua sintonia automaticamente em função das características dos poços conforme demonstrado por Gouvêa, 2005, Carvalho ei al.t 2010 e no documento de patente, depósito de pedido de patente BR 10 2012 027338-1, Assim, a vantagem do ONFC é que ele se adapta a uma dinâmica do poço que varia durante os transientes {partida e parada), assim como durante a sua vida.

Ao se utilizar o PIO, deve-se periodicamente verificar -o seu desempenho e ajustar a sua. sintonia, caso necessário.

Outra característica inovadora da presente invenção com relação a controles conduzidos em sistemas tradicionais é a utilização de um sistema de diagnóstico em .tempo real que ajusta os parâmetros do sistema tíe forma a melhorar o seu desempenho, Muitos poços de produção clássicos regularmente apresentam sensores e equipamentos de monitoramento, os quais são encontrados enm mudos deles, como está ilustrado na figura 1 da presente invenção.

Mais detalhadamente, pode -ser visto: ns figura tM m representação de um sistema tradicional de controle antt-goffadas que, ctassicamente, para o controle de um poço de produção, emprega uma válvula choke (1) de produção :na plataforma í8), arvore.de natal molhada - ANM (2) (conjunto de válvulas, colocado sobre o solo oceânico, que controla a pressão e vazão de um poço submarino) ligada a um sensor de pressão TPT (5), que mede a temperatura e a pressão na ANM (2) até o fundo do poço (3).

Ainda é previsto um sensor de pressão POG (4), no fundo do poço. (3). Dois sensores de pressão PT (6 e 7) sio alocados um ma chegada da plataforma (8) e anteriormente à válvula choke e outro após a válvula choke, Com a obtenção dos valores destas medições, os operadores procuram definir qual a posição que deve ser adotada para a válvula choke (1) de produção a fim de minimizar as golfadas que ocorram. A figura 2 é uma representação esquemátíca do sistema ante golfadas da presente invenção, onde se acham alocados os sensores, válvulas e controladores, de forma a que ocorra efetivamente um controle avançado e permanentemente em curso da produção do poço, a fim de que a ocorrência e os danos gerados pelas golfadas em uma linha de produção sejam minimizados. O Sistema da presente invenção representado na figura 2 obtêm, por meio do transmissor de posição· ZT-01 (10), a medição da posição da válvula de controle choke de -produção — PV-01 (9), e, empregando um controlador ZfC-01 (11), mantêm esta válvula na posição desejada pela operação A válvula de controle choke PV-01 (9) é controlada pelos controladores de pressão do poço PIC-01 (12) e PIC-02 (13). O controlador de pressão PIC-02 (13), a jusante da válvula choke (9), é um controlador de pressão máxima que atua na válvula choke (9) através do sefetor de menor sinal (14), para ter assegurada a pressão máxima possível nos equipamentos da planta da plataforma (15). Os controles de pressão PIC-Q2(13) e PT-02 (16) atuam como controladores override, isto ê, como· uma suplemenlaçao de proteção por pressão muito· alta a jusante da válvula choke (9). O controlador ZtC-01 (11) tem a função primordial de definir o setpoint do controlador de pressão PIC-01 (12), ou seja, o valor alvo que o sistema automático do controlador de pressão PIC-01 (12) deverá alcançar. Na -operação do controlador ZtC-01 (11) é conveniente incluir .urna banda morta em torno do setpomt A definição desse setpoint objetiva manter a posição da válvula choke (9) próxima ao valor que o operador pré-determinou como alvo a ser alcançado* Uma chave cie c-ontrole HS (17) ainda permite ao operador optar qual será a variável de controle, se ela será a pressão de fundo do poço — PDG (18) ou se será a pressão - TFT (19) na árvore de natal molhada (20), ou, ainda, se será a pressão a montante da válvula choke (9). ou seja, aquela obtida pelo sensor PT-01 (21). A chave HS (17) seleciona o sinal (PV) para o controlador PiC-01 (12) de anti-golfadas, Ainda na figura 2, é visto o sensor “ZT-01 (10) de uma zona de transporte, e o sensor de pressão-PT-02 (16) a Jusante cia válvula choke de produção (9).

Com: relação à figura 3, ê visto um .diagrama de blocos, representativo do algoritmo de controle do sistema avançado de controle anti-golfadas da presente invenção, pela atuação do controle associado aos controladores de pressão PIC-01 (12), PIC-02 (13). isto é, -controle de pressão a montante e a jusante da válvula choke (9), respectivamente., e a-o controlador de posição ZIC-01 (11), controlador responsável por manter a válvula choke (9) na posição definida pelo operador determinando o setpoint do controlador de pressão PIC-01 (12). O primeiro passo da operação de controle constitui-se na identificação, mediante a leitura dos dados identificados pelos sensores, das pressões do poço de produção e da posição da válvula choke (9). Dessa:forma., a etapa (101.) consiste na feitura das pressões de PDG-(18), de TPT (19) e PT-01 (21), como também a identificação ZIC-01 (11) da posição da válvula choke (9). A segunda etapa (102) refere-se a diagnosticar o estado de escoamento do poço, pela análise da pressão e temperatura dos diferentes pontos do sistema de produção acima assinalados, mediante o emprego do algoritmo definido. O algoritmo de controle do controlador de pressão PfC-01 (12) empregado è preferencialmente o algoritmo PID, A terceira etapa (103) refere*se a definir o transieníe da.posição da válvula choke (§) com o objetivo de eliminar as golfadas, Na próxima etapa (104) é feita a comparação entre os transierrtes definidos para a posição da válvula choke (9) capazes de eliminar as golfadas, e promovida a escolha da melhor posição da válvula choke (9).

Na etapa seguinte (1135) é feito o envio «to set da posição da válvula choke (9) de produção do poço.

Paralelamente, a jusante da válvula choke (9) na etapa de leitura (106) é lida a pressão da válvula choke (9) de produção no controlador PT-02 (16). A partir dessa leitura, a etapa- seguinte é a-de definição, da posição (107) da válvula choke (9) objetivando evitar uma sobre pressão a montante da válvula choke (9) de produção.

Definida essa posição na etapa (107), dá-se seguimento às etapas (104) e (105), respectivamente de escolha da melhor posição da válvula choke (9) e de envio do-set de posição da- válvula choke (9) de produção, do poço,.

Na figura 4, acha-se indicada a arquitetura do sistema de controle avançado de aníi-golfadas. Nessa figura é mostrada outra visão da arquitetura dos blocos de controle do sistema de controle avançado anti-goifadas. visto na figura 3.

Por este. diagrama de blocos pode ser visto que uma. fase Inicial de diagnóstico (201) tem como objetivo a definição do padrão de escoamento do poço de produção, mediante o diagnóstico das principais medições de controle (202) mvr vo às pressões POG (18), TFT (19) e PT- 01 {21). A partir desta fase é realizado o ajuste das sintonias dos controladores {203}, Z1C-01(11). PIC-01(12), e PÍC-02{13).

Na fase seguinte ê feita a habilitação do operador na SHIVf {Interface Homem Máquina) (204) para promover o controle anti-golfadas (205) que define a nova posição (208) da válvula choke (9) desejada pelo operador com o objetivo de controlar e eliminar as golfadas. A próxima fase- refere-se â proteção antí-golfadas do sistema (207). que garante que a pressão a jusante da válvula choke (9) está em região desejada para a operação» com o operador já habilitado na SHM (204),. sendo verificada a pressão a. jusante do poço PT*02 (208), e ainda definindo uma nova posição (206) da válvula choke (9), de modo que seja evitada uma sobre pressão a montante da válvula choke (9) de produção. Esta etapa também liga ou desliga o controle automaticamente caso seja necessário. A figura 5 mostra -uma.interface de operação cfe um contrate anti-golfadas, onde se define por meios computacionais uma nova posição desejada para as válvulas chokes (1) de cada poço, assim como os limites mínimo e máximo de abertura destas válvulas de produção, além· de poder iigar ou desligar o sistema para cada poço individualmente. Esta interface é implementada no sistema de automação da plataforma. O algoritmo antí-golfadas empregado para definir a nova posição da válvula choke, preferencialmente é o PID ou o ONFC, sendo preíeiei ictaímente utilizado o ONFC que apresenta como vantagem· o fato dele se adaptar mais adequadamente a uma dinâmica do poço que varia durante os transientes (partida e parada), assim como durante a sua vida.

Pode ser visto por essa interface de- operação, que diversos poços podem ser monitorados e estarem sendo controlados contra- a ocorrência de golfadas severas, simultaneamente e continuamente, pelo sistema da presente invenção. A Figura 8 mostra um exemplo do desempenho do “Sistema Avançado-cfe Controle Automático para Mmimização de Golfadas" para um poço simulado.

Observa-se que a produção com o novo sistema ficou muito mais estável - (A) (curva com picos menores), com relação à produção sem o controle do sistema da presente invenção (B), A vazão média de produção foi de 3862 m3/d, que é cerca de 2% maior do que a produção sem controle ativo (3588 m3/d). Portanto, apesar do controle manipular a válvula choke (1) de produção, neste caso entre 70 e 100% de abertura, a pressão média no fundo do poço foi minimizada,,--acarretando uma maior produção. É importante observar que este controle anti-golfadas irá manipular dinamicamente as válvulas choke (1) de produção dos poços para eliminar os escoamentos em golfadas, mas sempre tentando manter a: posíçio destas válvulas choke (1) em torno de uma posição desejada pela operação que é denominado· setpoint do controlador 21001(10).

Este sistema também possui um dispositivo de diagnóstico, que compensa. a. grande dinâmica e o caráter variante no tempo ; dteste processo, adaptando os-parâmetros- dos controiadores 'de -forma a obter o melhor desempenho possível. O sistema avançado de controle anti-goffadas de poços da presente invenção pode- se-r muito importante para a rentabilidade da plataforma (aumento u« 2 a S% da produção), principalmente em -campos maduros.

Outro grande ganho deste sistema de controle anti-golfadas é a maior estabilidade da planta, que reduz o desgaste dos equipamentos críticos (turbinas, bombas e compressores), e -a. redução do número de paradas não programadas ou de emergência (top) da plataforma.

Do ponto de vista de instrumentação, o sistema avançado de controle antegolíadas necessita dos sensores de pressão de fundo e da capacidade de atuação automática na válvula choke de produção.

GLOSSÁRIO DE ABREVIAÇÕES BSW - água e sedimentos básicos TGG - teor máximo de oleo e graxa PDG - medidor de poços permanente TFT- transdutor de temperatura e pressão ANM - árvores de natal molhadas HS - chave de controle PIC - controlador de pressão PID - algoritmo de controle proporcional integral derivativo ZIC - controlador de posição da válvula choke ONFC - algoritmo de controle neurofuzzy online PT - sensor de pressão TPT - sensor de temperatura e pressão PV - válvula choke de controle de vazão HS - chave de controle IHM - interface homem máquina REIVINDICAÇÕES

Claims (22)

1. SISTEMA AVANÇADO DE CONTROLE AUTOMÁTICO PARA MINIMIZAÇÃO DE GOLFADAS, para a produção de petróleo em águas profundas com a existência de instabilidades severas devido ao regime de escoamento em golfadas, com a pressão no fundo do poço oscilando entre valores altos e baixos, caracterizado por, utilizar: - uma medição de. posição da válvula de controle eftolce de produção — PV-01 (9), empregando um controlador ZIC*G1(11), responsável por manter a referida válvula na posição desejada pela operação; - um controle das pressões do poço através de controladores de pressão PIC-01 (12), e PtC-02 (13) a jusante da válvula choke (9), para controle das válvulas de controle choke - PV-01 (9f, em que o controle PlC-02 (13) é um controlador de pressão .máxima- que atua através do seletor de menor sinal (14); - um controlador ZIC-01 (11), para definir o setpomt do controlador de pressão PIC-01 (12), - uma chave de controle HS (17), que seleciona o sinal (PV) para o controlador de anti-golfadas PIC-01 (12), a qual permite ao operador optar quaf serã a variável de controle; - um sensor ZT-Ot (TO) de uma zona de -transporte; e - um sensor de pressão-PT-02 (16) a jusante da válvula choke de produção (9).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, os cnntroies PIC-02/13) e PT-02 Í16) atuarem como um override, que assegura uma suplemervtação de proteção por pressão muito alta a jusante- da válvula choke (9),

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, o set point do controlador de pressão PlC-01 (12) definido pelo controlador ZIC-01 (11) é o valor alvo gue o sistema automático do controlador -de pressão PIC-01 (12) deverá alcançar.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado por, na operação do controlador ZIC-01 (11) ser incluída uma banda morta no entorno do seípoint,

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, a variável de controle escolhida pelo operador, em função da seleção efetuada pela chave HS (17), ser- definida -dentre a pressão de fundo do- poço - PDG (18), a pressão - TPT (19) na' árvore de natal molhada - ANM -(20)., ou -a. pressão a montante da válvula choke, -obtida pelo sensor PT-01 (21).

6. Sistema Avançado de Controle Automático para Minimização de Golfadas, para a produção de petróleo- mm águas profundas com a existência de instabiüdades severas devido ao regime de. escoamento em golfadas caracterizado por, o algoritmo de controle do sistema constituir-se das seguintes etapas de realização: 1a. Identificar (101), mediante a leitura -dos dados identificados pelos s-snsotes» as pressões do poço cie produção e da posição da válvula choke (9); 2a. Diagnosticar (102) o estado de escoamento do poço, pela análise da pressão e temperatura, dos diferentes pontos do sistema de produção mediante o -emprego do algoritmo definido; 3®, Definir (103) o transiente da posição da válvula choke (9) com o objetivo de eliminar as golfadas; 48., Comparar os transienles (104) definidos para-a posição da válvula choke -(9)' capazes de eliminar as- golfadas e. promover a escolha da melhor posição da válvula choke (9); 5a. Enviar o set (105) da posição da válvula choke (9) de produção do poço; 6a.. Ler a pressão a jusante (106) da. válvula choke (9) de. produção, no controlador PT-02 (16); 7a. Definir a posição (107) da válvula choke (9) que evite uma sobrepressão a montante da válvula choke de produção (9); 6a.. Escolher a posição da válvufa choke (105) e 9® Envio do sei áe posição (105) da válvula choke de produção (9) do poço.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por, o algoritmo de controle do sistema avançado do controle antí-goffadas ser efetuada por controladores com algoritmos computacionais do tipo PIO ou ONFC.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por. preferenciaimente para o controle de golfadas o algoritmo empregado ser o algoritmo ONFC.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por, na 1®. etapa (101). ser feita a leitora, das pressões de PDG -(18),. de TFT (19) e PT-Oi (2!), como também a identificação ZIC-01 (11) da posição da válvula choke (9).

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por, na 2a etapa. (102), o algoritmo do controle de pressão FIC (12) empregado ser preferencial mente o algoritmo PID.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado por, o sistema avançado de controle antí-goffadas, ser realizado pela atuação do controle associado a montante PIC-01 (12), e a jusante PIC-02 (13), da válvula choke (9), e do controlador ZIC-01 (11).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, o controlador ZIC-01 (11) ser responsável por manter a válvula choke de produção (9) na posição definida pelo operador.

13. Sistema,, de acordo com a reivindicação· 11 ou 12, caracterizado por, o controlador ZIC-01, (11), possuir a função de determinar o set point do controlador de.pressão PfC-01 -(12)..

14. SISTEMA AVANÇADO DE CONTROLE AUTOMÁTICO PARA MtNiMiZAÇÃO DE GOLFADAS, em que a Arquitetura para a realização do sistema descrito nas reivindicações 1 ou 6, ser caracterizado por, a) promover o DIAGNÓSTICO para definição do padrão de escoamento do poço de produção (201), mediante a:. leitura. (202) e controle das pressões PDG (18), TPT (19) e PT*Q1 (21); b) promover o CONTROLE ANTI-GOLFADAS (205), com a habilitação do operador na IHM (204), para definir a nova posição (206) da válvula choke (9), para controlar e eliminar as golfadas; c) promover a PROTEÇÃO ANTI-GOLFADAS do sistema (207), que Irá garantir-que a pressão a Jusante da válvula choke (9) está: em região desejada para a operação;

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por, por ocasião do DIAGNÓSTICO, serem efetuados ajustes (293) das sintonias dos controladores;

16. Sistema, de acordo com--a reivindicação 14, caracterizado por, apôs a habilitação do operador, ê verificada a pressão a jusante do poço PT-02 (208), e ainda definida uma nova posição (206) da válvula choke (9), de modo a ser evitada uma sobre pressão a montante da válvula choke de produção (9)..

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 14, caracterizado por, o sistema de controle anti-golfadas, ser operado por meio de interface de operação onde se define por meios computacionais uma nova posição desejada para as válvulas choke (9) de cada poço.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por, a interface definir os limites mínimo e máximo de abertura destas válvulas choke (9) de produção, e ligam ou desligam o sistema para cada poço individualmente.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por, a interface ser implementada no sistema de automação da plataforma.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por, através da interface, o sistema ser operado simultaneamente e continuamente no monitoramento em diversos poços contra a ocorrência de golfadas severas.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado por, a vazão média de produção situar-se em cerca de 2% maior do que a produção sem controle ativo.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por, gerar um aumento na rentabilidade da plataforma da ordem de 2 a 5% da produção.