BR112018010858B1

BR112018010858B1 - Sistema de transporte de fluido, método para controlar um sistema de transporte de fluido e sistema submersível de recuperação de recursos

Info

Publication number: BR112018010858B1
Application number: BR112018010858-8A
Authority: BR
Inventors: Sidharth Abrol; Rosa Castane Selda; Guillaume Becquin; Axel Busboom; Rogier Sebastiaan Blom
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2022-11-22
Also published as: NO20180727A1; US20170175731A1; BR112018010858A2; GB2560140A; WO2017106592A1; US10208745B2; AU2016370954B2; GB201809731D0; AU2016370954A1; GB2560140B

Abstract

SISTEMAS DE TRANSPORTE DE FLUIDO, MÉTODO PARA CONTROLAR UM SISTEMA DE TRANSPORTE DE FLUIDO E SISTEMA SUBMERSÍVEL DE RECUPERAÇÃO DE RECURSOS. Trata-se de um sistema de transporte de fluido que inclui pelo menos um dispositivo de controle de fluxo e uma bomba multifásica configurada para transportar fluido. Pelo menos um dispositivo de detecção de bomba é configurado para medir pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica. Um controlador é programado com um mapa da bomba que inclui uma correlação da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica com pelo menos uma característica de operação do fluido. O controlador é configurado para determinar um valor estimado da pelo menos uma característica de operação do fluido com base no valor medido da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica e o mapa da bomba. Pelo menos um dispositivo regulador acoplado a pelo menos um dispositivo de controle de fluxo é modulado com base no valor estimado da pelo menos uma característica de operação do fluido.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] O campo da invenção refere-se, de maneira geral, a sistemas de transporte de fluido e, mais particularmente, a sistemas e métodos para controlar um sistema de transporte de fluido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] À medida que os campos de óleo e gás em águas rasas diminuem, os produtores estão explorando campos marítimos em águas mais profundas com instalações de óleo que operam muito abaixo da superfície do mar. Os equipamentos de produção típicos para a recuperação e produção de óleo submarino incluem uma válvula de cabeça do poço, um receptor de precipitado de condensado, uma bomba multifásica, um separador, uma válvula de recirculação e uma válvula de estrangulamento na parte superior. Uma porção desse equipamento está localizada em uma estação de impulso submarina que bombeia o óleo para cima de uma tubulação ascendente para a válvula de estrangulamento de lado superior. A saída de um campo offshore, recebido na cabeça de poço da estação de impulso submarina, tipicamente inclui uma combinação de óleo hidrocarboneto, gás hidrocarboneto e água. Esse fluxo misturado, bombeado pela bomba multifásica, pode causar instabilidades de fluxo, tal como formação de precipitados de condensado. A formação de precipitados de condensado ocorre quando gás separa a partir de um fluxo misturado para formar bolhas. Em um padrão de fluxo de precipitado condensado severo, grandes bolhas de gás hidrocarboneto se acumularão. Uma vez que bolhas gás hidrocarboneto se acumulam com uma pressão que ultrapassa a cabeça hidrostática líquida através da do ascendente da tubulação, as bolhas de hidrocarboneto transladam a partir do campo e para a estação de impulso submarina como um precipitado condensado. Esses precipitados de condensados, que têm uma fração de volume de gás que ultrapassa as características de operação da bomba multifásica, podem contribuir para uma redução na vida operacional da bomba multifásica se for permitido alcançar a bomba multifásica.

[003] A estação submarina pode incluir equipamento de proteção passiva que facilita proteger a bomba multifásica de uma redução na vida operacional devido ao fluxo de precipitado condensado. O equipamento passivo pode incluir um ou mais capturadores de precipitado condensado. Tipicamente, um receptor de precipitado de condensado é um recipiente que inclui um volume de tampão para armazenar precipitados de condensados que se deslocam através do sistema de transporte de fluido. A estação submarina pode incluir também equipamento de proteção ativa para mitigar o fluxo de precipitado condensado e sobretensão da bomba multifásica. A sobretensão da bomba ocorre quando a velocidade vetorial do fluido multifásico muda rapidamente ou se torna instável. O equipamento ativo pode também controlar uma fração de volume de gás na entrada da bomba multifásica. O equipamento passivo pode ser inadequado para proteger totalmente a bomba multifásica ou ser caro para instalar e, o equipamento ativo tipicamente exige uma pluralidade de sensores incluídos no equipamento de produção da estação submarina. Esses sensores são tipicamente difíceis de posicionar e podem experimentar uma redução na vida operacional devido ao ambiente marinho no qual estão localizados. É necessário, portanto, evitar a utilização de sensores ao fornecer controle de equipamento de proteção ativa para mitigar o fluxo de precipitado condensado e a sobretensão da bomba multifásica.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[004] Em uma realização, um sistema de transporte de fluido é fornecido. O sistema inclui pelo menos um dispositivo de controle de fluxo e uma bomba multifásica configurada para transportar fluido. Pelo menos um dispositivo de detecção de bomba é configurado para medir pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica. Pelo menos um dispositivo regulador é acoplado ao pelo menos um dispositivo de controle de fluxo. O sistema adicionalmente inclui um controlador acoplado ao pelo menos um dispositivo de detecção de bomba e ao pelo menos um dispositivo regulador. O controlador é programado com um mapa da bomba que inclui uma correlação da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica com pelo menos uma característica de operação do fluido. O controlador é configurado para receber a partir do pelo menos um dispositivo de detecção de bomba o valor medido da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica. O controlador é adicionalmente configurado para determinar um valor estimado da pelo menos uma característica de operação do fluido com base no valor recebido da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica e o mapa da bomba. O pelo menos um dispositivo regulador é modulado com base no valor estimado da pelo menos uma característica de operação do fluido.

[005] Em outra realização, um método para controlar um sistema de transporte de fluido e fluxo de um fluido implementado pela utilização de um controlador em comunicação com uma memória e uma bomba multifásica configurada para transportar o fluido é fornecido. O método inclui armazenar, dentro da memória, um mapa da bomba que inclui uma correlação de pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica com pelo menos uma característica de operação do fluido. Um valor medido da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica é recebido a partir de pelo menos um dispositivo de detecção de bomba em comunicação com a bomba multifásica e o controlador. O controlador determina um valor estimado da pelo menos uma característica de operação do fluido com base no valor recebido da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica e o mapa da bomba. O controlador modula pelo menos um dispositivo regulador acoplado a pelo menos um dispositivo de controle de fluxo com base no valor estimado da pelo menos uma característica de operação do fluido.

[006] Em ainda outra realização, um sistema submersível de recuperação de recursos para controlar um sistema de transporte de fluido e fluxo de um fluido transportado por uma bomba multifásica é fornecido. O sistema submersível de recuperação de recursos inclui pelo menos um dispositivo de controle de fluxo e uma bomba multifásica configurada para transportar o fluido a partir de uma cabeça de poço submersa para uma localização de produção de lado superior não submersa. A bomba multifásica é adicionalmente configurada para ser submersível. Pelo menos um dispositivo de detecção de bomba é configurado para medir um valor de pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica. Pelo menos um dispositivo regulador é acoplado ao pelo menos um dispositivo de controle de fluxo. Um controlador é acoplado ao pelo menos um dispositivo de detecção de bomba e ao pelo menos um dispositivo regulador. O controlador é programado com um mapa da bomba que inclui uma correlação da pelo menos uma característica de operação da dita bomba multifásica com pelo menos uma característica de operação do fluido. O controlador é configurado para receber do dito pelo menos um dispositivo de detecção de bomba o valor medido da pelo menos uma característica de operação da dita bomba multifásica e determinar um valor estimado da pelo menos uma característica de operação do fluido com base no valor recebido da pelo menos uma característica de operação da dita bomba multifásica e o dito mapa da bomba. O controlador é adicionalmente configurado para modular o pelo menos um dispositivo regulador com base no valor estimado da pelo menos uma característica de operação do fluido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] Essas e outras funções, realizações e, vantagens da presente invenção se tornarão melhor compreendidas quando a seguinte descrição detalhada é lida com referência aos desenhos anexos nos quais caracteres similares representam peças similares ao longo dos desenhos, em que: a Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de transporte de fluido configurada para bombear um fluxo multifásico a partir de um campo petrolífero para uma instalação de produção de lado superior; a Figura 2 é uma vista esquemática de um diagrama de controle para controlar o sistema de transporte de fluido mostrado na Figura 1; a Figura 3 é uma vista esquemática de um estimador configurado para estimar uma fração de volume de gás do fluxo multifásico em uma entrada de uma bomba multifásica mostrada na Figura 1; a Figura 4 é uma vista gráfica de uma comparação entre uma fração de volume de gás real na entrada da bomba multifásica e uma fração de volume de gás estimada pelo estimador mostrado na Figura 3; a Figura 5 é uma vista gráfica de um mapa operacional do sistema estático para utilização por um controlador de acordo com o diagrama de controle mostrado na Figura 2; a Figura 6 é uma vista gráfica de um mapa da bomba para utilização por um controlador de acordo com o diagrama de controle mostrado na Figura 2; a Figura 7 é uma vista gráfica de controlo de uma válvula de estrangulamento de lado superior de acordo com o diagrama de controle mostrado na Figura 2 para controlar fluxo de precipitado condensado baseado em uma pressão de base do ascendente; a Figura 8 é uma vista gráfica da pressão de base do ascendente utilizada para controlar a válvula de estrangulamento conforme mostrado na Figura 7; a Figura 9 é uma vista gráfica de um fluxo de produção de lado superior que resulta a partir do controle de estrangulamento de lado superior mostrado na Figura 7; a Figura 10 é uma vista gráfica do controle de uma velocidade da bomba da bomba multifásica de acordo com o diagrama de controle mostrado na Figura 2 para controlar fluxo de precipitado condensado baseado em uma pressão diferencial através da bomba multifásica; a Figura 11 é uma vista gráfica da pressão diferencial através da bomba multifásica utilizada para controlar a velocidade da bomba da bomba multifásica conforme mostrado na Figura 10; e a Figura 12 é uma vista gráfica de um fluxo de produção de lado superior que resulta a partir do controle da velocidade de bomba da bomba multifásica mostrada na Figura 10.

[008] Exceto quando indicado, as figuras fornecidas no presente documento se destinam a ilustrar funções de realizações da invenção. Essas funções são consideradas aplicáveis em uma ampla variedade de sistemas que inclui uma ou mais realizações desta invenção. Como tal, as figuras não devem incluir todas as características convencionais conhecidas pelos técnicos no assunto para serem necessárias para a prática das realizações reveladas no presente documento.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[009] No relatório descritivo a seguir e nas reivindicações, será feita referência a vários termos, que podem ser definidos como tendo os seguintes significados.

[010] As formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a”” incluem referentes plurais a menos que o contexto dite claramente o contrário.

[011] “Opcional” ou “opcionalmente” significa que o evento ou circunstância subsequentemente descrito pode ou não ocorrer, e que a descrição inclui casos em que o evento ocorre e casos em que não ocorre.

[012] A linguagem de aproximação, tal como utilizada no presente documento, ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que possa variar de forma admissível sem que resulte uma alteração na função básica à qual está relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, como "cerca de", "aproximadamente" e "substancialmente", não se limitam ao valor preciso especificado. Em pelo menos alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor. Aqui e ao longo do relatório descritivo e reivindicações, as limitações de faixas podem ser combinadas e/ou trocadas, tais faixas são identificadas e incluem todas as subfaixas nelas contidas, a menos que contexto ou a linguagem indique o contrário.

[013] Como é utilizado no presente documento, os termos “processador” e “computador” e termos relacionados, por exemplo, "dispositivo de processamento", "dispositivo de computação" e "controlador" não estão limitados apenas aos circuitos integrados referidos no estado da técnica como um computador, mas referem-se amplamente a um microcontrolador, um microcomputador, um controlador de lógica programável (PLC), um circuito integrado específico do aplicativo e outros circuitos programáveis e, esses termos são usados indiferentemente no presente documento. Nas realizações descritas no presente documento, a memória pode incluir, porém sem limitação, um meio legível por computador, como uma memória de acesso aleatório (RAM) e um meio não volátil legível por computador, como a memória flash. Alternativamente, um disquete, um disco compacto - memória somente leitura (CD-ROM), um disco magnetoópticos (MOD) e/ou um disco versátil digital (DVD) também podem ser usados. Além disso, nas realizações descritas no presente documento, canais de entrada adicionais podem ser, porém sem limitação, periféricos de computador associados a uma interface de operador, como um mouse e um teclado. Alternativamente, podem também ser utilizados outros periféricos de computadores que podem incluir, por exemplo, mas não ser limitado a um scanner. Ademais, na realização, os canais de saída adicionais podem incluir, mas não se limitar a, um monitor de interface do operador.

[014] Adicionalmente, conforme usado no presente documento, os termos "software" e "firmware" são intercambiáveis e incluem qualquer armazenamento de programa de computador na memória para execução por computadores pessoais, estações de trabalho, clientes e servidores.

[015] Conforme usado no presente documento, o termo “mídia não transitória legível por computador” é destinado a ser representativo de qualquer dispositivo baseado em computador tangível implementado em qualquer método de tecnologia para armazenamento a curto e longo prazo de informações, tais como instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos de programa e submódulos, ou outros dados em qualquer dispositivo. Portanto, os métodos descritos no presente documento podem ser codificados como instruções executáveis embutidas em um meio não-transitório legível por computador e tangível, que inclui, sem limitação, um dispositivo de armazenamento e/ou um dispositivo de memória. Tais instruções, quando executadas por um processador, fazem com que o processador realize pelo menos uma porção dos métodos descritos no presente documento. Além disso, como usado no presente documento, o termo "mídia não-transitória legível por computador" inclui todos os meios tangíveis, legíveis por computador, incluindo, sem limitação, dispositivos de armazenamento de computador não-transitórios, incluindo, sem limitação, meios voláteis e não voláteis, e mídias removíveis e não removíveis, como firmware, armazenamento físico e virtual, CD-ROMs, DVDs e qualquer outra fonte digital, como uma rede ou a Internet, bem como meios digitais ainda a serem desenvolvidos, com a única exceção sendo sinal de propagação transitório.

[016] Os sistemas de transporte de fluido descritos no presente documento incluem um controlador para controlar dispositivos de controle de fluxo para proteger componentes do sistema de transporte de fluido de dano devido ao fluxo desigual e para aumentar eficiência de operação do sistema de transporte de fluido. Em particular, as realizações descritas no presente documento reduzem sobretensões e precipitados de condensados no fluxo de fluido. As realizações descritas no presente documento também fornecem controle da fração de volume de gás de fluido na entrada de uma bomba multifásica. Em algumas realizações, o controlador controla os dispositivos de controle de fluxo para controlar fluxo de fluido através do sistema de transporte de fluido baseado em pelo menos uma característica de operação do sistema de transporte de fluido. Em algumas realizações, o controlador determina um valor previsto para a pelo menos uma característica de operação do sistema de transporte de fluido e correlaciona o valor previsto a um valor medido de pelo menos uma característica de operação do sistema de transporte de fluido. Com base na correlação, o controlador controla componentes do sistema de transporte de fluido para ajustar a operação do sistema de transporte de fluido e aumentar a eficiência do sistema de transporte de fluido.

[017] A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de transporte de fluido 100 configurado para bombear um fluxo multifásico de fluido 102 a partir de um campo petrolífero 104 para uma instalação de produção de lado superior 106. O sistema de transporte de fluido 100 inclui pelo menos um dispositivo de controle de fluxo 108, uma bomba multifásica 110, uma admissão 112 e, um ascendente 114. O ascendente 114 inclui uma porção de base 116 e uma porção de lado superior 118 em uma elevação maior do que a porção de base 116. A admissão 112 é acoplada a um cano de entrada 119 da bomba multifásica 110 e o ascendente 114 é acoplado a um cano de saída 121 da bomba multifásica 110. Durante a operação do sistema de transporte de fluido 100, a bomba multifásica 110 bombeia um fluido 102 através do sistema de transporte de fluido 100 de modo que o fluido 102 flua a partir do campo petrolífero 104 para a admissão 112 e através do ascendente 114 a partir da porção de base 116 para porção de lado superior 118. Uma válvula de estrangulamento de lado superior 120 é acoplada ao ascendente 114 e uma válvula da cabeça de poço 122 é acoplada à admissão 112. A válvula de estrangulamento de lado superior 120 e a válvula da cabeça de poço 122 facilitam o controle do fluxo de fluido 102 através da admissão 112 e do ascendente 114 para controlar a produção do sistema de transporte de fluido 100.

[018] O sistema de transporte de fluido 100 adicionalmente inclui um receptor de precipitado de condensado 124 e um separador 126. O receptor de precipitado condensado 124 é configurado para remover precipitados de condensados que se deslocam no fluido 102 pela contenção de um volume de fluido desviado 102 que está em um estado gasoso. Na realização, o receptor de precipitado de condensado 124 é acoplado à admissão 112 a montante da bomba multifásica 110 e à porção de base 116 do ascendente 114 a jusante da bomba multifásica 110. Em realizações alternativas, o receptor de precipitado de condensado 124 é qualquer sistema de controle passivo que habilita o sistema de transporte de fluido 100 a funcionar conforme descrito no presente documento. Na realização, o separador 126 separa o fluido multifásico 102 em diferentes fases. Em realizações alternativas, o separador 126 é qualquer separador que habilita o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Na realização, o separador 126 e o receptor de precipitado de condensado 124 estão em comunicação fluida por meio de uma linha de desvio 128 de modo que as porções de fluido 102 sejam transportadas além da bomba multifásica 110. Uma válvula de segurança 130 é incluída ao longo da linha de desvio 128. Em realizações alternativas, a linha de desvio 128 inclui quaisquer válvulas que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento.

[019] A linha de recirculação 132 é acoplada ao ascendente 114 e à admissão 112 de modo que o fluido 102 seja recirculado através da linha de recirculação 132 a partir de a jusante da bomba multifásica 110 para a montante da bomba multifásica 110. Em algumas realizações, a linha de recirculação 132 é utilizada como um controle ativo de sobretensão para o sistema de transporte de fluido 100. Uma válvula de recirculação 134 é acoplada à linha de recirculação 132 para controlar o fluxo de fluido 102 através da linha de recirculação 132. A válvula de recirculação 134 é posicionável em uma pluralidade de posições para permitir, seletivamente, que uma quantidade de fluido 102 possa fluir através da válvula de recirculação 134. Por exemplo, em algumas realizações, a válvula de recirculação 134 é posicionável em uma posição pelo menos parcialmente fechada para impedir que o fluido 102 flua através da linha de recirculação 132 e em uma posição pelo menos parcialmente aberta para permitir que o fluido 102 flua através da linha de recirculação 132. Em realizações alternativas, a válvula de recirculação 134 é qualquer válvula que habilita o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento.

[020] Nas realizações, o sistema de transporte de fluido 100 inclui uma pluralidade de dispositivos de controle de fluxo 108 para facilitar o controle do fluxo de fluido 102 através do sistema de transporte de fluido 100. Os dispositivos de controle de fluxo 108 incluem a válvula de recirculação 134, a válvula de estrangulamento de lado superior 120, a válvula da cabeça de poço 122, a válvula de segurança 130 e, quaisquer outros dispositivos de controle de fluxo que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Na realização, um dispositivo regulador 136 é acoplado a cada dispositivo de controle de fluxo 108. Em realizações alternativas, os dispositivos reguladores 136 são acoplados a quaisquer componentes de sistema de transporte de fluido 100 que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Na realização, o dispositivo regulador 136 faz com que o dispositivo de controle de fluxo 108 se mova entre a posição pelo menos parcialmente aberta e uma posição pelo menos parcialmente fechada. Na realização, dispositivo regulador 136 é modulado para fazer com que o dispositivo de controle de fluxo 108 se desloque para uma posição selecionada. Em realizações alternativas, o dispositivo regulador 136 é qualquer regulador que habilita dispositivo de controle de fluxo 108 para operar conforme descrito no presente documento. Em algumas realizações, dispositivo regulador 136 é omitido.

[021] Na realização, um dispositivo de detecção de bomba 138 é acoplado à bomba multifásica 110 para medir um valor de pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica 110. O dispositivo de detecção da bomba 138 mede pelo menos um dentre uma pressão, uma temperatura, uma taxa de fluxo, uma posição da haste da bomba, uma posição do atuador da válvula, consumo de energia, velocidade de operação e, qualquer outra característica de operação da bomba multifásica 110. Por exemplo, em algumas realizações, o dispositivo de detecção de bomba 138 inclui um sensor configurado para medir um consumo de energia de bomba multifásica 110. Em realizações adicionais, o dispositivo de detecção de bomba 138 mede uma pressão de entrada no cano de entrada 119 e uma pressão de saída no cano de saída 121. Pela utilização da pressão de entrada e pressão de saída medidas, uma pressão diferencial através da bomba multifásica 110 é determinada. Em algumas realizações, o dispositivo de detecção de bomba 138 mede uma taxa de fluxo de volume total através da bomba multifásica 110. Em realizações adicionais, o dispositivo de detecção de bomba 138 mede uma taxa de fluxo multifásica que inclui taxas de fluxo de volume para cada fase de modo que uma fração de volume de gás seja determinada. Em realizações ainda adicionais, o dispositivo de detecção de bomba 138 mede as posições da haste da bomba de modo que uma velocidade de operação de bomba multifásica 110 seja determinada. Em realizações alternativas, o dispositivo de detecção da bomba 138 mede valores de quaisquer características de operação da bomba multifásica 110. Em realizações adicionais, sistema de transporte de fluido 100 inclui quaisquer dispositivos de detecção da bomba 138 que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 para operar conforme descrito no presente documento.

[022] Na realização, o sistema de transporte de fluido 100 adicionalmente inclui uma pluralidade de dispositivos de detecção de fluido 140 que medem as características de fluido 102 que flui através do sistema de transporte de fluido 100. Os dispositivos de detecção de fluido 140 medem pelo menos um dentre uma pressão, temperatura, taxa de fluxo, nível de líquido e, quaisquer outras características de fluxo do fluido 102 que flui através do sistema de transporte de fluido 100. Os dispositivos de detecção de fluido 140 são dispostos adjacentes ao ascendente 114, linha de recirculação 132, receptor de precipitado de condensado 124, separador 126 e, quaisquer outros componentes do sistema de transporte de fluido 100 que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 para operar conforme descrito no presente documento. Alguns dispositivos de detecção de fluido 140 são posicionados no receptor de precipitado de condensado 124 e separador 126 e são configurados para medir o nível de líquido no receptor de precipitado de condensado 124 e separador 126. Os dispositivos de detecção de fluido adicionais 140 são posicionados adjacentes ao receptor de precipitado de condensado 124 e são configurados para medir a taxa de fluxo multifásica através do receptor de precipitado de condensado 124 para facilitar a determinação de uma fração de volume de gás. Adicionalmente, os dispositivos de detecção de fluido 140 configurados para medir pressão e temperatura são posicionados adjacentes à válvula da cabeça de poço 122, válvula de estrangulamento de lado superior 120, receptor de precipitado de condensado 124 e, separador 126. Em realizações alternativas, o sistema de transporte de fluido 100 inclui quaisquer dispositivos de detecção de fluido 140 que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 para operar conforme descrito no presente documento.

[023] Na realização, um controlador 142 é acoplado e se comunica com dispositivos de detecção da bomba 138, dispositivos de detecção de fluido 140 e, dispositivos reguladores 136. Especificamente, o controlador 142 envia sinais para e recebe sinais a partir dos dispositivos de detecção da bomba 138, dispositivos de detecção de fluido 140 e, dispositivos reguladores 136. O controlador 142 inclui um dispositivo de processamento 144 e um dispositivo de memória 146 acoplados ao dispositivo de processamento 144. Em realizações alternativas, o controlador 142 inclui quaisquer componentes que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Nas realizações, o controlador 142 recebe uma característica de operação de sistema de transporte de fluido 100 a partir de pelo menos um dentre o dispositivo de detecção de bomba 138 e o dispositivo de detecção de fluido 140. Com base na característica de operação, o controlador 142 envia um sinal para o dispositivo regulador 136. Na realização, o controlador 142 envia um sinal para o dispositivo regulador 136 que faz com que o dispositivo regulador 136 module de modo que dispositivo de controle de fluxo 108 seja deslocado para uma posição selecionada. Por exemplo, em algumas realizações, controlador 142 recebe sinais a partir do dispositivo de detecção de bomba 138 que se referem a pelo menos uma dentre a velocidade de bomba multifásica 110 e a pressão diferencial através da bomba multifásica 110. O controlador 142 faz com que o dispositivo regulador 136 module de modo que o fluxo de fluido 102 através do dispositivo de controle de fluxo 108 seja ajustado para facilitar que a pressão diferencial através da bomba multifásica 110 alcance um valor do ponto de ajuste. Em realizações alternativas, o controlador 142 faz com que o dispositivo regulador 136 module com base em quaisquer valores que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Em realizações adicionais, o controlador 142 faz com que uma pluralidade de dispositivos reguladores 136 associados com os dispositivos de controle de fluxo 108 modulem com base em pelo menos uma característica de operação de fluido 102 e com base na retroalimentação a partir de cada dispositivo regulador 136.

[024] Na realização, um sensor de posição da válvula 148 é acoplado a cada dispositivo de controle de fluxo 108. Em particular, os sensores de posição da válvula 148 são acoplados a cada uma dentre a válvula de recirculação 134, a válvula de estrangulamento de lado superior 120, a válvula da cabeça de poço 122 e, a válvula de segurança 130. Em realizações alternativas, o conjunto de bombeamento multifásico 100 inclui quaisquer sensores de posição da válvula 148 que habilitam o conjunto de bombeamento multifásico 100 a operar conforme descrito no presente documento. Na realização, controlador 142 recebe sinais a partir do dispositivo de detecção de fluido 140 e sensor de posição da válvula 148 relacionados à posição de uma válvula nos dispositivos de controle de fluxo 108. O controlador 142 correlaciona a posição da válvula a uma taxa de fluxo, ou medida ou estimada. Com base na correlação, o controlador 142 determina uma posição desejada do dispositivo de controle de fluxo 108 e o controlador 142 envia um sinal para o dispositivo regulador 136 para fazer com que dispositivo de controle de fluxo 108 se desloque para a posição desejada.

[025] Em algumas realizações, o controlador 142 controla a operação de sistema de transporte de fluido 100 para estabilizar pelo menos uma característica de operação de sistema de transporte de fluido 100 e, desse modo, aumentar a eficiência de operação do sistema de transporte de fluido 100, reduzir precipitados de condensados que se deslocam através do sistema de transporte de fluido 100 e/ou controlar sobretensão do sistema de transporte de fluido 100. As características de operação incluem, sem limitação, a pressão de sucção de bomba multifásica 110, a pressão de descarga de bomba multifásica 110, a pressão diferencial através da bomba multifásica 110, a pressão na porção de base 116, a pressão na porção de lado superior 118, a pressão diferencial através do ascendente 114, o fluxo de massa/volumétrico através da bomba multifásica 110 e, o fluxo de massa/volumétrico através da válvula de estrangulamento de lado superior 108.

[026] Em algumas realizações, o controlador 142 utiliza o controle de retroalimentação automática para controlar um componente do sistema de transporte de fluido 100 e, desse modo, estabilizar pelo menos uma característica de operação de sistema de transporte de fluido 100. Durante o controle de retroalimentação automática, o controlador 142 envia sinais para o componente de sistema de transporte de fluido 100 relativos à estabilização da pelo menos uma característica de operação de sistema de transporte de fluido 100. Então, controlador 142 recebe sinais relativos à estabilização da pelo menos uma característica de operação e envia sinais adicionais com base nos sinais recebidos. Por exemplo, em algumas realizações, o controlador 142 envia sinais para a válvula de estrangulamento de lado superior 120 para fazer com que a válvula de estrangulamento de lado superior 120 se desloque para uma posição que facilita a estabilização da pelo menos uma característica de operação do sistema de transporte de fluido 100. Então, o controlador 142 recebe sinais relativos a uma pressão base de ascendente 114 e determina se reposicionar a válvula de estrangulamento de lado superior 120 facilitaria a estabilização da pressão base. Se necessário, o controlador 142 envia sinais adicionais para a válvula de estrangulamento de lado superior 120 para reposicionar a válvula de estrangulamento de lado superior 120.

[027] Em algumas realizações, o controlador 142 utiliza o controle de retroalimentação automática para controlar a velocidade de bomba multifásica 110 e, desse modo, estabilizar pelo menos uma característica de operação do sistema de transporte de fluido 100. Por exemplo, o controlador 142 envia sinais para fazer com que a bomba multifásica 110 mude a velocidade e receba sinais relativos à estabilização da pelo menos uma característica de operação. Se necessário, o controlador 142 envia sinais adicionais para a bomba multifásica 110 com base nos sinais recebidos. Por exemplo, em algumas realizações, o controlador 142 envia sinais para a bomba multifásica 110 para facilitar a estabilização de uma pressão diferencial através da bomba multifásica 110.

[028] Em algumas realizações, a velocidade de bombeamento da bomba multifásica 110 é controlada para aumentar a eficiência de bombeamento. A velocidade da bomba é determinada como uma função de outras características de operação tal como GVF, pressões de sucção e, pressões de descarga. O controlador 142 determina uma velocidade desejada da bomba de bomba multifásica 110 que aumenta a eficiência de bombeamento e envia um sinal para a bomba multifásica 110 para fazer com que a bomba multifásica 110 opere na velocidade da bomba determinada. Em realizações alternativas, o controlador 142 determina qualquer característica de operação da bomba multifásica 110 que habilita o sistema da bomba multifásica 100 a operar conforme descrito no presente documento.

[029] Em algumas realizações, o controlador 142 controla a válvula de estrangulamento de lado superior 120 com base em uma pressão na porção de base 116 do ascendente 114. O controlador recebe um sinal a partir do dispositivo de detecção de fluido 140 relacionado à pressão na porção de base 116 e modula dispositivo regulador 136 para controlar a posição de válvula de estrangulamento de lado superior 120 para facilitar que a pressão na porção de base 116 alcance um valor do ponto de ajuste. Em realizações alternativas, controlador 142 controla válvula de estrangulamento de lado superior 120 baseado em quaisquer valores que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento.

[030] A Figura 2 é uma vista esquemática de um diagrama de controle para controlar o sistema de transporte de fluido 100. Na realização, controlador 142 se comunica com a bomba 110, a válvula de recirculação 134, a válvula de estrangulamento de lado superior 120, a válvula da cabeça de poço 122 e, a válvula de segurança 130 para controlar sistema de transporte de fluido 100. Desse modo, o controlador 142 é um controlador centralizado. Em realizações alternativas, o sistema de transporte de fluido 100 é configurado para o controle descentralizado que tem qualquer número de controladores 142 que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Por exemplo, em algumas realizações, pelo menos uma dentre a bomba 110, a válvula de recirculação 134, a válvula de estrangulamento de lado superior 120, a válvula da cabeça de poço 122 e, a válvula de segurança 130 tem um controlador separado 142. Na realização , controlador 142 controla a bomba 110, a válvula de recirculação 134, a válvula de estrangulamento de lado superior 120, a válvula da cabeça de poço 122 e, a válvula de segurança 130 baseado em uma operação de controle 150, uma operação de controle 152, uma operação de controle 154 e/ou um operação de controle 155. Em realizações alternativas, o controlador 142 realiza quaisquer operações de controle que habilitam o sistema da bomba multifásica 100 a operar conforme descrito no presente documento.

[031] Na realização, a operação de controle 150 inclui receber sinais relativos às características da bomba 156 e determinar um ponto de ajuste de fluxo mínimo 158 baseado em características da bomba 156. O controlador 142 determina uma posição desejada 160 da válvula de recirculação 134 com base em ponto de ajuste de fluxo mínimo 158 e envia um sinal 162 para o dispositivo regulador 136, o que faz com que a válvula de recirculação 134 se desloque para a posição desejada 160. Em algumas realizações, as características da bomba 156 incluem, sem limitação, pelo menos um dentre os seguintes: pressão diferencial da bomba, velocidade da bomba e, fração de volume de gás. Em realizações adicionais, a operação de controle 150 incorpora uma margem de modo que a válvula de recirculação 134 regule situações em que a fração de volume de gás está a uma capacidade nominal do sistema de transporte de fluido 100.

[032] Além disso, na realização, a operação de controle 152 inclui medir níveis de líquido 164 em pontos de sistema de transporte de fluido 100 e determinar uma posição 166 da válvula de recirculação 134 com base nos níveis de líquido 164. Em algumas realizações, os níveis de líquido 164 no receptor de precipitado de condensado 124 são medidos e enviados para o controlador 142 para realizar a operação de controle 152. Após realizar a operação de controle 152, o controlador 142 envia um sinal 168 para a válvula de recirculação 134 para fazer com que válvula de recirculação 134 se desloque para a posição desejada 166.

[033] Adicionalmente, na realização, a operação de controle 154 inclui determinar um ajuste operacional 170 com base em um ponto de ajuste operacional 172 e uma característica de operação 174 do sistema de transporte de fluido 100. Por exemplo, em algumas realizações, a operação de controle 154 inclui determinar o ajuste operacional 170 com base na fração de volume de gás no cano de entrada 119 e/ou na admissão 112. Em realizações alternativas, a operação de controle 154 inclui determinar o ajuste operacional 170 com base em quaisquer variáveis do sistema de transporte de fluido 100 que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Em algumas realizações, o controlador 142 envia um sinal 176 para qualquer um dente a bomba 110, a válvula de recirculação 134, a válvula de estrangulamento de lado superior 120, a válvula da cabeça de poço 122 e/ou a válvula de segurança 130 para ajustar a operação de sistema de transporte de fluido 100 com base no ajuste operacional 170. Na realização, o sinal 176 é enviado pelo menos para a válvula de recirculação 134 para ajustar o fluido 102 que flui através da linha de recirculação 132. Em realizações alternativas, o sinal 176 é enviado para quaisquer componentes do sistema de transporte de fluido 100 que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Por exemplo, em algumas realizações, o controlador 142 é utilizado para controlar a produção do sistema de transporte de fluido 100. A operação de controle 154 inclui utilizar um algoritmo para prever a evolução da demanda de produção com base em pontos de ajuste operacional 172 e características de operação 174 medidas do sistema de transporte de fluido 100. O controlador 142 realiza a operação de controle 154 para determinar o ajuste operacional 170 e enviar o sinal 176 para fazer com que o sistema de transporte de fluido 100 ajuste a produção para atender à demanda de produção.

[034] Além do mais, na realização, a operação de controle 155 inclui medir uma pressão diferencial 178 através da bomba multifásica 110 e determinar uma velocidade da bomba 180 com base na pressão diferencial 178. Em realizações alternativas, a operação de controle 155 inclui determinar a velocidade da bomba 180 com base em quaisquer características de operação do sistema de transporte de fluido 100. Na realização, o controlador 142 realiza a operação de controle 155 e envia um sinal 182 para a bomba multifásica 110 com base pelo menos em parte na operação de controle 155. O sinal 182 faz com que a bomba multifásica 110 opere na velocidade da bomba 180. Em realizações alternativas, o sinal 182 é enviado para quaisquer componentes do sistema de transporte de fluido 100 que fazem com que a bomba multifásica 110 opere na velocidade da bomba 180.

[035] Em algumas realizações, as características de operação do sistema de transporte de fluido 100 são estimadas e/ou calculadas. Por exemplo, algumas realizações de controlar o sistema de transporte de fluido 100 incluem calcular e/ou estimar, sem limitação, o fluxo de volume através da bomba multifásica 110, a fração de volume de gás (GVF) na entrada do separador 126, GVF no cano de entrada 119 de bomba multifásica 110, a pressão de orifício de fundo de poço e/ou a pressão base de ascendente 114. Estimar e/ou calcular as características de operação permite que o controlador 142 controle com exatidão o sistema de transporte de fluido 100 quando as características de operação não estão disponíveis e/ou são difíceis de obter. Por exemplo, em algumas realizações as características de operação não são medidas devido a um ambiente hostil, alto custo de sensores e, problemas de exatidão de sensores. Adicionalmente, calcular e/ou estimar as características de operação fornece confiabilidade aumentada possibilita o uso de medições disponíveis. Estimar e/ou calcular as características de operação envolve o uso de, sem limitação, modelos dirigidos por dados e com base em física.

[036] Em algumas realizações, as características de operação tal como GVF são calculadas e/ou estimadas pela utilização de modelos com base em dados de desempenho da bomba. Por exemplo, em algumas realizações, os mapas de bomba são interpolados com base em características de operação tais como a velocidade de bomba multifásica 110, GVF, pressão de sucção, a pressão de descarga, a densidade de fluxo através do cano de entrada 119 e a densidade de fluxo através do cano de saída 121. Em realizações adicionais, as características de operação tal como GVF são calculadas e/ou estimadas de qualquer maneira que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Por exemplo, em algumas realizações, a bomba multifásica 110 é utilizada como um sensor. Os mapas invertidos de bomba e/ou correlações para GVF são determinados com base em uma função de pelo menos uma característica de operação tal como o nível de líquido, o fluxo de volume através do sistema de transporte de fluido 100, a velocidade de bomba multifásica 110, a pressão diferencial através da bomba multifásica 110, a cabeça de pressão no sistema de transporte de fluido 100 e, potência utilizada pela bomba multifásica 110.

[037] Em algumas realizações, as características de operação são determinadas pela utilização de métodos iterativos baseados em mapas de bomba e/ou modelos simplificados do sistema. Em algumas realizações, os métodos iterativos utilizam quadrados mínimos recursivos e/ou realizações de filtro de Kalman estendidas. Em realizações alternativas, os métodos iterativos utilizam quaisquer técnicas que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento. Em realizações adicionais, as características de operação são determinadas pela utilização de quaisquer métodos que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento.

[038] Na realização, o controlador 142 é programado com um mapa da bomba e inclui uma correlação de pelo menos uma característica de operação de bomba multifásica 110 com pelo menos uma característica de operação de fluido. O controlador 142 é configurado para receber a partir do dispositivo de detecção de bomba 138 um valor medido da pelo menos uma característica de operação de bomba multifásica 110. Com base no mapa da bomba e no valor medido, o controlador 142 determina um valor estimado da pelo menos uma característica de operação de fluido e envia um sinal para o dispositivo regulador 136. Em realizações alternativas, o controlador 142 determina o valor estimado de qualquer maneira que habilita o sistema de transporte de fluido 100 para operar conforme descrito no presente documento. Na realização, o controlador 142 recebe valores medidos do consumo de energia da bomba multifásica 110 e da pressão diferencial entre o cano de entrada 119 e o cano de saída 121. O mapa da bomba correlaciona o consumo de energia da bomba multifásica 110 e a pressão diferencial entre o cano de entrada 119 e o cano de saída 121 com valores de GVF. Consequentemente, um GVF estimado é determinado com base no mapa da bomba e nos valores medidos de consumo de energia da bomba multifásica 110 e na pressão diferencial entre o cano de entrada 119 e o cano de saída 121. O controlador 142 envia sinais para o dispositivo regulador 136 com base no GVF estimado.

[039] A Figura 3 é uma vista esquemática de um estimador 300 configurado para estimar uma fração de volume de gás (GVF) do fluxo multifásico no cano de entrada 119 de bomba multifásica 110. O estimador 300 recebe a entrada 302 tal como a estimativa inicial de GVF no cano de entrada 119 e os valores medidos 304 tal como velocidade da bomba multifásica 110, potência de entrada, potência de saída e, temperatura. Em realizações alternativas, o estimador 300 recebe quaisquer entradas 302 e/ou valores medidos 304 que habilitam o estimador 300 para operar conforme descrito no presente documento. Na realização, estimador 300 opera uma modelo de bomba multifásica 306 baseado em entradas 302 e valores medidos 304 e determina uma eficiência prevista 308 e um fluxo de volume previsto 310. O estimador 300 calcula uma eficiência calculada 312 baseado em uma potência consumida 314 e compara a eficiência calculada 312 e eficiência prevista 308. A eficiência calculada 312 e eficiência prevista 308 são inseridas em um otimizador 316 para comparação. O otimizador 316 determina um GVF estimado 318. Se necessário, iterações adicionais do modelo de bomba multifásica 306 são executadas com base em GVF estimado 318.

[040] A Figura 4 é uma vista gráfica de uma comparação entre uma fração de volume de gás real no cano de entrada 119 de bomba multifásica 110 e uma fração de volume de gás estimada pelo estimador 300. A Figura 4 inclui um gráfico 400 que inclui um eixo geométrico x 402 que define um tempo. O gráfico 400 adicionalmente inclui um eixo geométrico y 404 que define um fluxo de produção de lado superior. Além disso, o gráfico 400 inclui uma curva 406 e uma curva 408. A curva 406 representa fração de volume de gás real no cano de entrada 119 de bomba multifásica 110 e a curva 408 representa a fração de volume de gás estimada no cano de entrada 119 da bomba multifásica 110. A curva 406 e a curva 408 são separadas por uma distância 410. Na realização, curva 408 está abaixo da curva 406 de modo que a fração de volume de gás estimada seja menor do que a fração de volume de gás real para fornecer uma margem de erro conservadora.

[041] A Figura 5 é uma vista gráfica de um mapa operacional do sistema estático 500 para utilização pelo controlador 142. O mapa de operação do sistema 500 correlaciona a posição da válvula com as características de operação de sistema de transporte de fluido 100 para facilitar o controlador 142 a determinar uma posição desejada da válvula de recirculação 134. O mapa de operação do sistema estático 500 é gerado pela utilização de um conjunto de características de operação do sistema de transporte de fluido 100. Por exemplo, em algumas realizações, o mapa operacional do sistema estático 500 é baseado na fração de volume de gás e na velocidade da bomba. O mapa de operação do sistema 500 correlaciona as características de operação de sistema de transporte de fluido 100 que inclui, sem limitação, as características da bomba, tamanhos de válvula, as geometrias da linha de recirculação, volumes de componentes e, projeto do sistema. Na realização, o mapa operacional do sistema estático 500 inclui um primeiro eixo geométrico variável 502, um segundo eixo geométrico variável 504 perpendicular ao primeiro eixo geométrico variável 502 e, um terceiro eixo geométrico variável 506 perpendicular tanto ao primeiro eixo geométrico variável 502 quanto ao segundo eixo geométrico variável 504. As entradas são plotadas ao longo do primeiro eixo geométrico variável 502 e do segundo eixo geométrico variável 504. As posições de válvulas são plotadas ao longo do terceiro eixo geométrico variável 506. O número de entradas utilizado para gerar mapa de operação do sistema 500 determina o número de dimensões, isto é, eixos geométricos, do mapa de operação do sistema 500. Na realização, o mapa de operação do sistema 500 inclui duas entradas de modo que uma superfície tridimensional 508 seja plotada no mapa de operação do sistema 500. Em algumas realizações, uma entrada é considerada de modo que uma linha bidimensional seja plotada no mapa de operação do sistema 500. Em realizações alternativas, o mapa de operação do sistema 500 é gerado a partir de quaisquer entradas que habilitam o controlador 142 a funcionar conforme descrito no presente documento.

[042] Uma superfície 510 ilustra a posição de abertura da válvula de um processo de recirculação contínua para as várias posições de operação do sistema de transporte de fluido 100. Desse modo, a superfície 510 representa as posições de válvula que resultam na taxa de recirculação máxima, isto é, na pior das hipóteses, para o sistema de transporte de fluido 100. Pontos abaixo da superfície 510 resultam numa taxa de recirculação geral reduzida que aumenta a eficiência operacional do sistema de transporte de fluido 100. Na realização, a superfície 508 está totalmente abaixo da superfície 510. Consequentemente, o sistema de transporte de fluido 100 tem uma eficiência de operação aumentada quando o controlador 142 controla a válvula de recirculação 134 de modo que o sistema de transporte de fluido opere ao longo da superfície 508. Aumentar o número de entradas possibilita uma maior distância entre a superfície 510 e a superfície 508, o que resulta em maiores ganhos na eficiência da operação. No entanto, o número de entradas deve ser equilibrado com as informações disponíveis e o número de sensores necessários para coletar informações. Na realização, o mapa de operação do sistema 500 é utilizado pelo controlador 142 para controlar a válvula de recirculação 134. Em realizações alternativas, o mapa de operação do sistema 500 é utilizado para controlar qualquer válvula do sistema de transporte de fluido 100 que habilita o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento.

[043] A Figura 6 é uma vista gráfica de um mapa da bomba 600 para utilização pelo controlador 142. Em algumas realizações, o controlador 142 utiliza o mapa da bomba 600 para controlar o sistema de transporte de fluido 100 de modo que sobretensão seja inibida no sistema de transporte de fluido 100. O mapa da bomba 600 inclui um eixo geométrico y 602 que indica a fração de volume de gás, um eixo geométrico x 604 que indica o fluxo de volume e, um eixo geométrico z 606 que indica a cabeça de pressão. As superfícies 608 são plotadas no mapa da bomba 600 que ilustra pontos de operação da bomba 110. Uma margem de sobretensão 610 é definida entre as superfícies 608 e indica pontos de operação em que o sistema de transporte de fluido 100 pode ter sobretensão de fluxo. Ao utilizar o mapa da bomba 600, o ponto de operação atual do sistema de transporte de fluido 100 é estimado e localizado no mapa da bomba 600. Se o ponto de operação estiver dentro da margem de sobretensão 610, a válvula de recirculação 134 é deslocada para uma posição que permite fluxo adicional através da linha de recirculação 132 para impedir sobretensão de fluxo. Em algumas realizações, a margem de sobretensão 610 depende de pelo menos uma dentre a velocidade da bomba e uma fração de volume de gás.

[044] A Figura 7 é uma vista gráfica do controle da válvula de estrangulamento de lado superior para controlar fluxo de precipitado condensado de acordo com o diagrama de controle mostrado na Figura 2 baseado em uma pressão de base do ascendente. A Figura 7 inclui um gráfico 700 que inclui um eixo geométrico x 702 que define um tempo. O gráfico 700 adicionalmente inclui um eixo geométrico y 704 que define um estrangulamento da produção de lado superior. Além disso, o gráfico 700 inclui uma curva 706. A curva 706 representa produção através da válvula de estrangulamento de lado superior 120 durante controle de válvula de estrangulamento de lado superior 120 de acordo com as realizações descritas. A curva 706 inicia em uma alta porcentagem e oscila ao longo do eixo geométrico x 702. À medida que o controlador 142 estabiliza as características de operação do sistema de transporte de fluido 100, a curva 706 se nivela.

[045] A Figura 8 é uma vista gráfica de pressão base de ascendente 114 utilizada para controlar válvula de estrangulamento de lado superior 120. A Figura 8 inclui um gráfico 800 que inclui um eixo geométrico x 802 que define um tempo. O gráfico 800 adicionalmente inclui um eixo geométrico y 804 que define uma pressão base de ascendente 114. Além disso, o gráfico 800 inclui uma curva 806. A curva 806 representa a pressão base do ascendente 114 durante o controle de válvula de estrangulamento de lado superior 120 de acordo com as realizações descritas. A curva 806 inicialmente oscila ao longo do eixo geométrico x 802. À medida que a pressão do ascendente 114 oscila, o controlador 142 recebe sinais relativos à pressão de ascendente 114 e determina o posicionamento da válvula de estrangulamento de lado superior 120 com base na pressão. À medida que o controlador 142 estabiliza a pressão do sistema de transporte de fluido 100, a curva 806 se nivela.

[046] A Figura 9 é uma vista gráfica de um fluxo de produção de lado superior que resulta a partir do controle da válvula de estrangulamento de lado superior 120. A Figura 9 inclui um gráfico 900 que inclui um eixo geométrico x 902 que define um tempo. O gráfico 900 adicionalmente inclui um eixo geométrico y 904 que define um fluxo de produção de lado superior. Além disso, o gráfico 900 inclui uma curva 906. A curva 906 representa produção através da válvula de estrangulamento de lado superior 120 durante controle de válvula de estrangulamento de lado superior 120 de acordo com as realizações descritas. A curva 906 inicialmente oscila ao longo do eixo geométrico x 902. À medida que o controlador 142 estabiliza a fluxo de produção do sistema de transporte de fluido 100, a curva 906 se nivela. Estabilizar o fluxo de produção inibe os precipitados de condensados de se formarem no sistema de transporte de fluido 100 e faz com que o sistema de transporte de fluido 100 opere mais eficientemente.

[047] A Figura 10 é uma vista gráfica do controle de uma velocidade da bomba de bomba multifásica 110 de acordo com o diagrama de controle mostrado na Figura 2 para controlar o fluxo de precipitado condensado baseado em uma pressão diferencial através da bomba multifásica 110. A Figura 10 inclui um gráfico 1000 que inclui um eixo geométrico x 1002 que define um tempo. O gráfico 1000 adicionalmente inclui um eixo geométrico y 1004 que define uma bomba. Além disso, o gráfico 1000 inclui uma curva 1006. A curva 1006 representa a velocidade da bomba de bomba multifásica 110 durante o controle de bomba multifásica 110 de acordo com as realizações descritas. A curva 1006 inicialmente oscila ao longo do eixo geométrico x 1002. À medida que o controlador 142 estabiliza as características de operação do sistema de transporte de fluido 100, a curva 1006 se nivela.

[048] A Figura 11 é uma vista gráfica da pressão diferencial através da bomba multifásica 110 utilizada para controlar a velocidade da bomba de bomba multifásica 110 conforme mostrado na Figura 10. A Figura 11 inclui um gráfico 1100 que inclui um eixo geométrico x 1102 que define um tempo. O gráfico 1100 adicionalmente inclui um eixo geométrico y 1104 que define uma pressão diferencial. Além disso, o gráfico 1100 inclui uma curva 1106. A curva 1106 representa a pressão diferencial através da bomba multifásica 110 durante o controle de bomba multifásica 110 de acordo com as realizações descritas. A curva 1106 inicialmente oscila ao longo do eixo geométrico x 1002. À medida que o controlador 142 estabiliza as características de operação do sistema de transporte de fluido 100, a curva 1106 se nivela. O controlador 142 recebe sinais relativos à pressão diferencial e determina ajustes adicionais da velocidade de bomba multifásica 110 com base na pressão.

[049] A Figura 12 é uma vista gráfica de um fluxo de produção de lado superior que resulta a partir do controle da velocidade da bomba de bomba multifásica 110 mostrado na Figura 10. A Figura 12 inclui um gráfico 1200 que inclui um eixo geométrico x 1202 que define um tempo. O gráfico 1200 adicionalmente inclui um eixo geométrico y 1204 que define um fluxo de produção de lado superior. Além disso, o gráfico 1200 inclui uma curva 1206. A curva 1206 representa a produção através da válvula de estrangulamento de lado superior 120 durante o controle de bomba multifásica 110 de acordo com as realizações descritas. A curva 1206 inicialmente oscila ao longo do eixo geométrico x 1202. À medida que o controlador 142 estabiliza o fluxo de produção de sistema de transporte de fluido 100, a curva 1206 se nivela. Estabilizar o fluxo de produção inibe os precipitados de condensados de se formarem no sistema de transporte de fluido 100 e faz com que o sistema de transporte de fluido 100 opere mais eficientemente.

[050] Em referência, novamente, à Figura 1, em algumas realizações, a produção geral do sistema de transporte de fluido 100 é controlada por meio do controle do sistema de transporte de fluido 100, subsistemas a montante (não mostrados), e/ou subsistemas a jusante (não mostrados). Na realização, o sistema de transporte de fluido 100 é controlado conforme descrito acima para facilitar controle da sobretensão da bomba, controle de GVF da bomba e/ou controle antiformação de precipitados de condensados. Adicionalmente, o sistema de transporte de fluido 100, subsistemas a montante (não mostrados), e/ou subsistemas a jusante (não mostrados) são controlado pela utilização de qualquer dispositivo de controle, tal como a válvula da cabeça de poço 122, a bomba multifásica 110, a válvula de recirculação 134 e/ou a válvula de estrangulamento de lado superior 120. Os dispositivo de controle do sistema de transporte de fluido 100, dos subsistemas a montante (não mostrados), e/ou dos subsistemas a jusante (não mostrados) são controlados com base em características de operação que incluem quaisquer dentre os seguintes, sem limitação: pressão de orifício de fundo de poço, pressão de cabeça de poço, pressão de sucção de bomba multifásica 110, pressão de descarga de bomba multifásica 110, pressão diferencial através da bomba multifásica 110, pressão base de ascendente 114, pressão de lado superior do ascendente 114, pressão diferencial através do ascendente 114, fluxo de massa/volumétrico através da bomba multifásica 110 e, fluxo de massa/volumétrico através da válvula de estrangulamento de lado superior 120. Em realizações alternativas, o sistema de transporte de fluido 100, os subsistemas a montante (não mostrados), e/ou os subsistemas a jusante (não mostrados) são controlados pela utilização de qualquer dispositivo de controle com base em quaisquer características de operação que habilitam o sistema de transporte de fluido 100 a funcionar conforme descrito no presente documento. Na realização, o sistema de transporte de fluido 100, o sistema de transporte de fluido 100, os subsistemas a montante (não mostrados) e/ou os subsistemas a jusante (não mostrados) são controlados com uma abordagem de controle descentralizado que inclui pelo menos dois laços de controle separados. Em realizações alternativas, o sistema de transporte de fluido 100 e o sistema de transporte de fluido 100, os subsistemas a montante (não mostrados) e/ou os subsistemas a jusante (não mostrados) são controlados de qualquer maneira que habilita o sistema de transporte de fluido 100 a operar conforme descrito no presente documento.

[051] Os sistemas de transporte de fluido descritos acima incluem um controlador para controlar dispositivos de controle de fluxo para proteger componentes do sistema de transporte de fluido de dano devido ao fluxo desigual e para aumentar a eficiência de operação do sistema de transporte de fluido. Em particular, as realizações descritas no presente documento reduzem sobretensões e precipitados de condensados no fluxo de fluido. As realizações descritas no presente documento também fornecem controle da fração de volume de gás de fluido na entrada de uma bomba multifásica. Em algumas realizações, o controlador controla os dispositivos de controle de fluxo para controlar fluxo de fluido através do sistema de transporte de fluido baseado em pelo menos uma característica de operação do sistema de transporte de fluido. Em algumas realizações, o controlador determina um valor previsto para a pelo menos uma característica de operação do sistema de transporte de fluido e correlaciona o valor previsto a um valor medido de pelo menos uma característica de operação do sistema de transporte de fluido. Com base na correlação, o controlador controla componentes do sistema de transporte de fluido para ajustar a operação do sistema de transporte de fluido e aumentar a eficiência do sistema de transporte de fluido.

[052] Um efeito técnico dos métodos, sistemas e, aparelhos descritos no presente documento inclui pelo menos um dentre: (a) aumentar a eficiência de operação de sistemas de transporte de fluido; (b) diminuir o tempo e custo exigido para manter e reparar sistemas de transporte de fluido; (c) facilitar controle de características de operação de sistemas de transporte de fluido; (d) manter um fluxo de fluido constante através dos sistemas de transporte de fluido; (e) fornecer controle de sobretensão de fluido nos sistemas de transporte de fluido; (f) fornecer controle de fração de volume de gás de fluido nos sistemas de transporte de fluido; (g) reduzir precipitados de condensados em fluido durante operação dos sistemas de transporte de fluido; (h) reduzir o tamanho de componentes de segurança passivos para controle de fluxo; e (i) fornecer controle de fluxo sem a utilização de uma válvula de estrangulamento de lado superior.

[053] Algumas realizações envolvem o uso de um ou mais dispositivos eletrônicos ou de computação. Tais dispositivos tipicamente incluem um processador ou controlador, tal como uma unidade de processamento de propósito geral (CPU), uma unidade de processamento gráfico (GPU), um microcontrolador, uma matriz de portas programáveis em campo (FPGA), um processador de computador de ajuste de instrução reduzida (RISC), um circuito integrados de aplicação específica (ASIC), um circuito lógico programável (PLC), e/ou quaisquer outros circuitos ou processadores com capacidade para executar as funções descritas no presente documento. Em algumas realizações, os métodos descritos no presente documento são codificados como instruções executáveis embutidas em um meio legível por computador, que inclui, sem limitação, um dispositivo de armazenamento e/ou um dispositivo de memória. Tais instruções, quando executadas por um processador, fazem com que o processador realize pelo menos uma porção dos métodos descritos no presente documento. Os exemplos acima são apenas e, portanto, não se destinam a limitar de forma alguma a definição e/ou o significado do termo processador.

[054] As realizações dos sistemas de transporte de fluido que incluem um dispositivo de controle de fluxo são descritas acima em detalhe. Os sistemas de transporte de fluido que incluem um dispositivo de controle de fluxo e, métodos para operar tais sistemas e dispositivos não são limitados às realizações específicas descritas no presente documento, mas ao invés disso, os componentes de sistemas e/ou etapas dos métodos podem ser utilizados independentemente e separadamente de outros componentes e/ou etapas descritas no presente documento. Por exemplo, os métodos podem também ser utilizados em combinação com outros sistemas e, não são limitados à prática com apenas as bombas multifásicas, os sistemas de transporte de fluido e, os métodos conforme descritos no presente documento. Ao invés disso, a realização pode ser implementada e utilizada em conexão com muitas outras aplicações de bomba que são atualmente configuradas para bombear fluidos, por exemplo e sem limitação, bombas utilizadas na produção em campo petrolífero.

[055] Embora funções específicas de várias realizações da invenção possam ser mostradas em alguns desenhos e não em outros, isso é apenas por conveniência. De acordo com os princípios da invenção, qualquer função de um desenho pode ser referenciada e/ou reivindicada em combinação com qualquer função de qualquer outro desenho.

[056] Esta descrição usa exemplos para revelar as realizações, incluindo o melhor modo e também para habilitar qualquer técnico no assunto as realizações, incluindo produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrem aos técnicos no assunto. Tais outros exemplos destinam-se a estarem dentro do escopo das reivindicações se tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.LISTA DE COMPONENTES

Claims

1. SISTEMA DE TRANSPORTE DE FLUIDO (100) caracterizado por compreender: pelo menos um dispositivo de controle de fluxo (108); uma bomba multifásica (110) configurada para transportar fluido (102); pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) configurado para medir pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110); pelo menos um dispositivo regulador (136) acoplado ao pelo menos um dispositivo de controle de fluxo (108); e um controlador (142) acoplado ao pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) e ao pelo menos um dispositivo regulador (136), sendo que o controlador (142) é programado com um mapa da bomba (600) que compreende uma correlação da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica (110) com pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102), em que o controlador (142) é configurado para: receber do pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) um valor medido da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica (110); determinar um valor estimado da pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102) com base no valor recebido da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica (110) e do mapa da bomba (600); e modular o pelo menos um dispositivo regulador (136) com base no valor estimado da pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102).

2. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela bomba multifásica (110) compreender um cano de entrada (119) e um cano de saída (121), sendo que o sistema (100) compreende adicionalmente pelo menos um dispositivo de detecção de fluido (140) configurado para medir uma pressão diferencial entre o cano de entrada (119) e o cano de saída (121), sendo que o pelo menos um dispositivo de detecção de fluido (140) é acoplado ao controlador (142), em que o pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) é configurado para medir um consumo de energia da bomba multifásica (110), em que o mapa da bomba (600) compreende uma correlação de valores de uma fração de volume de gás no cano de entrada (119) com pelo menos valores de consumo de energia da bomba multifásica (110) e valores de uma pressão diferencial entre o cano de entrada (119) e o cano de saída (121), sendo que o controlador (142) é adicionalmente configurado para: receber do pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) um valor medido de consumo de energia da bomba multifásica (110); receber do pelo menos um dispositivo de detecção de fluido (140) um valor medido de pressão diferencial entre o cano de entrada (119) e o cano de saída (121); determinar uma fração de volume de gás estimada do fluido no cano de entrada (119) com base no valor de consumo de energia recebido, no valor de pressão diferencial recebido e no mapa da bomba (600); e modular o pelo menos um dispositivo regulador (136) com base na fração de volume de gás estimada.

3. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por: o pelo menos um dispositivo regulador (136) ser acoplado a uma válvula de recirculação (134), sendo que a válvula de recirculação (134) fica em comunicação fluida com o cano de saída (121), sendo que a válvula de recirculação (134) fica em comunicação fluida adicionalmente com o cano de entrada (119), em que o controlador (142) é adicionalmente configurado para modular o pelo menos um dispositivo regulador (136) para abrir e fechar a válvula de recirculação (134) para induzir o valor estimado da fração de volume de gás no cano de entrada (119) a alcançar um valor do ponto de ajuste.

4. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela bomba multifásica (110) compreender um cano de entrada (119) e um cano de saída (121), o valor estimado da pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102) inclui um valor estimado de fração de volume de gás do fluido no cano de entrada (119), o valor medido da pelo menos uma característica de operação da bomba multifásica (110) inclui uma velocidade da bomba da bomba multifásica (110), o dispositivo de controle de fluxo (108) é uma válvula de recirculação (134) em comunicação fluida com o cano de saída (121), sendo que a válvula de recirculação (134) fica em comunicação fluida adicionalmente com o cano de entrada (119), o controlador (142) é adicionalmente programado com um mapa operacional do sistema estático (500) que inclui uma correlação de uma posição da válvula da válvula de recirculação (134) com a velocidade da bomba da bomba multifásica (110) e a fração de volume de gás no cano de entrada (119), sendo que o mapa operacional do sistema estático (500) adicionalmente inclui um plano de ponto de ajuste que define uma posição da válvula da válvula de recirculação (134) com base na velocidade da bomba e na fração de volume de gás e, o controlador (142) é adicionalmente configurado para modular o pelo menos um dispositivo regulador (136) para operar a válvula de recirculação (134) com base no mapa operacional do sistema estático (500) e no plano de ponto de ajuste.

5. SISTEMA (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela bomba multifásica (110) compreender um cano de entrada (119) e um cano de saída (121), sendo que o sistema (100) compreende adicionalmente: um ascendente (114) em comunicação fluida com a bomba multifásica (110), sendo que o ascendente (114) compreende uma porção de base (116) e uma porção de lado superior (118) em uma elevação maior do que a porção de base (116); e pelo menos um dispositivo de detecção de fluido (140) configurado para medir uma pressão diferencial entre o cano de entrada (119) e o cano de saída (121), sendo que o pelo menos um dispositivo de detecção de fluido (140) é acoplado ao controlador (142), em que o valor medido da pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110) inclui uma velocidade da bomba da bomba multifásica (110) e, em que o controlador (142) é adicionalmente configurado para modular o pelo menos um dispositivo regulador (136) para controlar a velocidade da bomba da bomba multifásica (110) para facilitar que a pressão diferencial alcance um valor do ponto de ajuste.

6. MÉTODO PARA CONTROLAR UM SISTEMA DE TRANSPORTE DE FLUIDO (100) e fluxo de um fluido (102), sendo que o método é implementado com o uso de um controlador em comunicação com uma memória (146) e uma bomba multifásica (110) configurada para transportar o fluido, sendo que o método é caracterizado por compreender as etapas de: armazenar, dentro da memória (146), um mapa da bomba (600) que inclui uma correlação de pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110) com pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102); receber, a partir de pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) em comunicação com a bomba multifásica (110) e o controlador (142), um valor medido da pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110); determinar, pelo controlador (142), um valor estimado da pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102) com base no valor recebido da pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110) e do mapa da bomba (600); e modular, pelo controlador (142), pelo menos um dispositivo regulador (136) acoplado a pelo menos um dispositivo de controle de fluxo (108) com base no valor estimado da pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102).

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: receber, a partir de pelo menos um dispositivo de detecção de fluido (140) configurado para medir uma pressão diferencial entre um cano de entrada (119) da bomba multifásica (110) e um cano de saída (121) da bomba multifásica (110), um valor medido de pressão diferencial entre o cano de entrada (119) e o cano de saída (121); receber, a partir do pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138), um valor medido de pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110) que inclui um valor medido de consumo de energia da bomba multifásica (110); determinar uma fração de volume de gás estimada do fluido no cano de entrada (119) com base no valor de consumo de energia recebido, o valor de pressão diferencial recebido e, o mapa da bomba (600), em que o mapa da bomba (600) inclui uma correlação de valores de fração de volume de gás no cano de entrada (119) com pelo menos valores do consumo de energia da bomba multifásica (110) e valores da pressão diferencial entre o cano de entrada (119) e o cano de saída (121); e modular o pelo menos um dispositivo regulador (136) com base na fração de volume de gás estimada.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela etapa de receber um valor medido da pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110) compreender receber um valor da velocidade da bomba da bomba multifásica (110), em que determinar um valor estimado da pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102) compreende determinar uma valor de fração de volume de gás estimada do fluido em um cano de entrada (119) da bomba multifásica (110) e, em que modular, pelo controlador (142), pelo menos um dispositivo regulador (136) acoplado a pelo menos um dispositivo de controle de fluxo (108) compreende: comparar o valor da velocidade da bomba recebido e a valor de fração de volume de gás estimada a um mapa operacional do sistema estático (500) que inclui uma correlação de uma posição da válvula de recirculação (134) com valores de velocidade da bomba e valores de fração de volume de gás no cano de entrada (119) da bomba multifásica (110), sendo que o mapa operacional do sistema estático (500) adicionalmente inclui um plano de ponto de ajuste que define uma posição da válvula da válvula de recirculação (134) com base na velocidade da bomba e a fração de volume de gás e, modular o pelo menos um dispositivo regulador (136) acoplado a uma válvula de recirculação (134), sendo que a válvula de recirculação (134) fica em comunicação fluida com o cano de saída (121) da bomba multifásica (110) e o cano de entrada (119) da bomba multifásica (110), a modulação com base no mapa operacional do sistema estático (500) e no plano de ponto de ajuste.

9. SISTEMA SUBMERSÍVEL DE RECUPERAÇÃO DE RECURSOS para controlar um sistema de transporte de fluido (100) e fluxo de um fluido (102) transportado por uma bomba multifásica (110), sendo que o sistema submersível de recuperação de recursos é caracterizado por compreender: uma cabeça de poço submersa (104); uma localização de produção de lado superior (106); pelo menos um dispositivo de controle de fluxo (108); uma bomba multifásica (110) configurada para transportar o fluido (102) a partir da cabeça de poço submersa (104) para a localização de produção de lado superior (106), sendo que a bomba multifásica (110) é adicionalmente configurada para ser submersível; pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) configurado para medir um valor de pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110); pelo menos um dispositivo regulador (136) acoplado ao pelo menos um dispositivo de controle de fluxo (108); e um controlador (142) acoplado ao pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) e ao pelo menos um dispositivo regulador (136), sendo que o controlador (142) é programado com um mapa da bomba (600) que compreende uma correlação da pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110) com pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102), em que o controlador (142) é configurado para: receber do pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) o valor medido da pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110); determinar um valor estimado da pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102) com base no valor recebido da pelo menos uma característica de operação (174) da bomba multifásica (110) e do mapa da bomba (600); e modular o pelo menos um dispositivo regulador (136) com base no valor estimado da pelo menos uma característica de operação (174) do fluido (102).

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela bomba multifásica (110) compreender um cano de entrada (119) e um cano de saída (121), sendo que o sistema compreende adicionalmente: pelo menos um dispositivo de detecção de fluido (140) configurado para medir uma pressão diferencial entre o cano de entrada (119) e o cano de saída (121), sendo que o pelo menos um dispositivo de detecção de fluido (140) é acoplado ao controlador (142), em que o pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (138) é configurado para medir um consumo de energia da bomba multifásica (110), em que o mapa da bomba (600) compreende uma correlação de valores de uma fração de volume de gás no cano de entrada (119) com pelo menos valores de consumo de energia da bomba multifásica (110) e valores de uma pressão diferencial entre o cano de entrada (119) e o cano de saída (121), sendo que o controlador (142) é adicionalmente configurado para: receber do pelo menos um dispositivo de detecção de bomba (136) um valor medido de consumo de energia da bomba multifásica (110); receber do pelo menos um dispositivo de detecção de fluido (140) um valor medido de pressão diferencial entre o cano de entrada (119) e o cano de saída (121); determinar uma fração de volume de gás estimada do fluido no cano de entrada (119) com base no valor de consumo de energia recebido, o valor de pressão diferencial recebido e, o mapa da bomba (600); e modular o pelo menos um dispositivo regulador (136) com base na fração de volume de gás estimada.