BRPI0912004B1

BRPI0912004B1 - Método para mitigar a formação de lama e sistema para mitigar a formação de lama

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Publication date: 2019-07-23

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MÉTODO PARA MITIGAR A FORMAÇÃO DE LAMA E SISTEMA PARA MITIGAR A FORMAÇÃO DE LAMA

Esta invenção refere-se a um sistema e método para mitigar formação de lama em uma corrente de fluido multifásico que flui através de um conduto.

Os condutos que carregam fluidos multifásicos são usados na indústria de produção de petróleo e gás para transportar correntes de fluido multifásico que compreende uma fase líquida (tipicamente, que compreende água produzida e condensado de petróleo e/ou gás) e uma fase

gasosa	de	um ponto a outro ponto ao	longo da	superfície	da
Terra.	Em	certas	configurações	de	conduto,	pode ocorrer
fluxo	de	inj eção	de lama. Esta	condição	se refere	à

situação em que a taxa de fluxo das fases líquida e gasosa para a instalação de produção não é firme e oscila entre amplamente (ou completamente) de gás e amplamente (ou completamente) de líquido. Duas formas comuns de injeção de lama são injeção de lama severa e injeção de lama hidrodinâmica.

O exemplo clássico de injeção de lama severa ocorre quando duas condições são cumpridas. Estas são:

(i) uma primeira porção de conduto que leva a uma segunda porção bruscamente inclinada de conduto;

(ii) uma baixa velocidade do fluxo multifásico que leva a uma corrente de fluido estratificado.

Desta forma, as condições na primeira porção de conduto, como a velocidade do fluxo de fluido multifásico, podem criar a situação sob qual a corrente na primeira porção de conduto assume um padrão de fluxo de tipo estratificado, com o gás fluindo acima do líquido. Esta

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2/51 segregação do gás para a parte superior da primeira porção de conduto é o fator determinante para o estabelecimento do fenômeno de injeção de lama severa.

As situações nas quais a injeção de lama severa foi observada incluem condutos e poços desviados que se estendem de poços de produção marítima a uma próxima instalação de produção de superfície. Na situação anterior, o poço desviado pode ser conectado a uma trajetória de fluxo padrão, conhecida como a tubulação, ou diretamente ao 10 separador de líquido-gás. Na situação anterior, uma tubulação situada no leito marinho está tipicamente conectada a uma linha de escoamento submarina ascendente, conhecida como um riser, que conduz os fluidos produzidos até a que tem, normalmente, um separador de gás-líquido 15 para separar a fase gasosa da fase líquida.

A injeção de lama severa é caracterizada por um processo de quatro estágios cíclico, como segue:

Estágio I: O fluxo multifásico não tem energia suficiente para transportar o líquido até a segunda seção 20 inclinada da tubulação e, portanto, o líquido acumula na base da inclinação. Ao longo do tempo, é formada uma lama de líquido, que bloqueia a passagem de gás (ver (a) na Figura 1). A pressão de gás a montante da lama líquida de bloqueio aumenta de modo a forçar a formação de lama 25 líquida na seção inclinada de modo que uma cabeça de líquido ascende através da seção inclinada ((b) na Figura

1). A coluna de líquido cria uma pressão hidrostática que aumenta conforme a coluna se alonga, em que esta pressão hidrostática é substancialmente igual à pressão de gás 30 crescente no conduto a montante da lama líquida. A extensão

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3/51 da lama líquida pode se tornar significante e pode se estender tanto até a segunda porção inclinada bem como ao longo da primeira porção inclinada.

Estágio II: O nível superior da lama líquida atinge o topo da seção inclinada e o líquido começa a fluir no separador no topo de um riser ou ao longo de uma terceira porção do conduto que está acoplada à segunda porção e que é, em geral, normalmente horizontal. Neste instante, a pressão hidrostática é a máxima.

Estágio III: A pressão de gás crescente atrás da lama líquida se torna suficiente para superar a cabeça hidrostática do líquido e uma bolha ou bolsão de gás é forçada na extremidade inferior da porção inclinada do conduto e começa a se mover até a inclinação ((c) na Figura 1). Neste estágio, há, essencialmente, uma pressão de gás fixa que atua em uma cabeça decrescente. O excesso de pressão de gás além da pressão hidrostática faz com que a lama se desenvolva na porção inclinada em alta velocidade. O gás que acumulou atrás da lama líquida descarrega, então, para o separador ou para a terceira porção do conduto como uma surgência de gás repentina (explosão repentina de gás) ((d) na Figura 1).

Estágio IV: Uma vez que a surgência de gás descarregou, o fluxo multifásico tem novamente energia insuficiente para carregar o líquido até a seção inclinada do conduto (conforme Estágio I). O líquido cai na parede da seção inclinada e começa a acumular na base da inclinação iniciando assim um novo ciclo.

A injeção de lama hidrodinâmica também pode ocorrer em uma corrente de fluido multifásico escoando em um conduto,

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4/51 por exemplo, um conduto substancialmente horizontal. Por exemplo, onde o fluxo das duas fases está estratificado, o movimento relativo entre as camadas de líquido e de gás pode criar uma onda na camada de líquido. Se as condições estão corretas, a onda irá crescer em tamanho até que a mesma ocupe completamente um segmento de seção transversal do conduto. Neste instante, é formada uma injeção de lama hidrodinâmica. Se o comprimento do conduto tem vários quilômetros, a lama pode crescer várias centenas de metros em comprimento enquanto atravessa o conduto, resultando em um perfil de retenção de líquido não-uniforme devido à formação de grandes bolhas de gás no fluido, em que as bolhas de gás são interdispersadas com pontes de líquido de tamanho significante.

As instabilidades que surgem da injeção de lama hidrodinâmica são aumentadas pelas dinâmicas ao longo do riser. Enquanto a lama líquida entra no riser, o ganho na cabeça hidrostática associado ao corpo líquido da lama irá diminuir o fluxo total de fluido. De forma similar, enquanto uma bolha de gás procedente entra no riser, a redução na cabeça hidrostática irá resultar na rápida explosão de líquido no riser, similar ao Estágio III no ciclo de injeção de lama severa descrito acima. Diferente do caso da injeção de lama severa conforme descrito acima, apesar do perfil de retenção de líquido variante, a injeção de lama hidrodinâmica não resulta em uma captura ou interrupção no fluxo que pode ser considerada um bloqueio de líquido.

O fluxo de injeção de lama pode levar a problemas significantes, que incluem:

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1) Inundamento do vaso separador de líquido/gás de entrada devido ao surgimento de uma grande lama de líquido, em que o volume da mesma é maior que a capacidade de líquido disponível neste vaso. Isto pode levar a fechamentos de emergência.

2) As condições de operação não-firmes no equipamento a montante. Isto pode levar a falha para cumprir as especificações do produto; tipicamente, a falha ao cumprir as regulações para a quantidade de petróleo que contamina a descarga de água produzida e a falha ao cumprir o conteúdo de água especificado no petróleo exportado, em que ambas têm dificuldades em alcançar uma interface de água/petróleo estável. Em adição, isto pode levar a problemas no controle dos compressores de gás da instalação de produção de 15 superfície devido ao fluxo não-firme de gás de alimentação para tais unidades dos separadores de líquido/gás, o que pode resultar em alguma queima de gás.

3) As cargas de alto estresse podem ser impostas sobre o conduto a jusante da zona de injeção de lama devido ao fato de que as lamas líquidas viajarem em altas velocidades para fora da zona de injeção de lama.

O comportamento de injeção de lama também pode causar choques de pressão através do sistema, por exemplo, em um poço. Por exemplo, onde o poço penetra em uma formação de 25 arenito, o choque de pressão pode resultar na perda de consolidação da formação rochosa de tal modo que os níveis de areia aumentados sejam encontrados no fluido produzido. Isto, às vezes, pode causar erosão do equipamento na instalação de produção.

A lama de líquido sucedida pelo surgimento de gás pode

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6/51 ser excessiva para instalação de produção. O volume da lama líquida descarregado durante uma explosão é de difícil manuseio para o equipamento a jusante. A explosão repentina de gás é geralmente detectada como uma alta pressão no primeiro separador de líquido-gás. Se a pressão for alta o suficiente, uma manobra de alta pressão pode ser iniciada pelo sistema de segurança da instalação de produção, fazendo com que as válvulas de segurança no sistema fechem de modo a fecharem o conduto da instalação de produção.

Isto naturalmente encerra a operação da instalação. Isto significa que a produção é interrompida enquanto que os efeitos da injeção de lama são tratados e a produção pode não ser resumida por, ao menos, várias horas causando assim perda econômica que pode ser exacerbada pela possibilidade 15 da produção resumida que deve ser, inicialmente, em um baixo nível e, então, aumentada de forma progressiva à taxa normal.

É de conhecimento que a injeção de lama severa pode ser mitigada através de choque (fechamento manual ou 20 fechamento parcial da válvula no topo do riser) . Isto pode ser compreendido ao considerar um sistema sob condições de não-injeção de lama. Se um leve aumento na retenção de líquido no riser for introduzido, seu peso aumentado fará com que o líquido reduza e retroceda. Isto resultará em 25 um aumento na queda de pressão ao longo do riser devido ao fato de que (a) a pressão a montante aumenta induzida pela compressão do líquido que retrocede e (b) a pressão do topo do riser retrocede devido à expansão do gás. A queda de pressão aumentada ao longo do riser irá, então, aumentar a 30 taxa de fluxo de gás e recuar o líquido até o riser,

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7/51 resultando em mais líquido no topo do riser antes da peturbação. Se a válvula do afogador estiver aberta mais que um valor crítico (Z^crit), uma grande quantidade de líquido irá deixar o sistema resultando em um desvio negativo na retenção de líquido, que é maior que a perturbação positiva original. O aumento na velocidade do gás na base do riser causa uma queda na pressão de gás que permite retenção de líquido cresça novamente. Desta forma, o sistema se torna instável, o que resulta, no final, na injeção de lama severa. De modo oposto, para uma válvula do afogador aberta menos que Z^crit, a diminuição resultante na retenção de líquido é menor que a perturbação original e o sistema é estável e retornará ao seu estado de não-injeção de lama original.

Para esta abordagem de trabalho, uma quantidade significante de estrangulamento deve ser distribuída. Isto significa uma alta pressão contrária nos poços, que reduz de forma indesejável as taxas de fluxo de fluido e, deste modo, na produção de petróleo de gás.

Um desenvolvimento deste método convencional está descrito em WO02/46577. WO02/46577 fornece um método que estabiliza um fluxo multifásico através de uma tubulação e em um riser ao medir a pressão ou temperatura a montante do ponto em que a parte principal da lama é gerada. A medição de pressão ou uma pressão estimada inferida a partir da medição de temperatura, é fornecida a um controlador de retroalimentação dinâmico que calcula uma saída que controla ao menos uma válvula de controle de modo a estabilizar o fluxo multifásico através da linha de escoamento completa. No entanto, este sistema é ineficaz na

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8/51 mitigação de formação de lama adequada em muitas situações e é, então, insatisfatório.

Mais recentemente, WO2006/120537 apresenta métodos e sistemas para controlar automaticamente um fluxo em um 5 sistema de linha de escoamento que inclui uma linha de escoamento, uma saída e uma entrada de linha de escoamento e uma válvula de controle colocada na linha de escoamento na saída. É apresentado que o método pode incluir as seguintes etapas: controlar a abertura da válvula ou 10 estrangulador por meio de uma unidade de controle; medir ou estimar uma taxa de fluxo de saída ou uma pressão a montante da válvula ou estrangulador, ou um pressão diferencial ao longo da válvula ou estrangulador, ou uma densidade de fluido, ou uma temperatura de fluido ou 15 qualquer combinação dos mesmos, e abrir a válvula ou estrangulador; determinar se uma queda repentina ocorre em qualquer uma das medições ou estimativas; decidir se um bloqueio de líquido na linha de escoamento está presente ou se aproxima com base nas medições ou estimativas, e se um 20 bloqueio de líquido está indicado como presente ou que se aproxima, aumentando a abertura da válvula ou estrangulador através de uma quantidade determinada pelas medições ou estimativas; inibir qualquer manipulação adicional da válvula ou estrangulador antes que um período de tempo não25 zero expire; e repetir as etapas mencionadas acima. Os métodos e sistemas apresentados em WO2006/120537 contam com etapas de decisão lógica distinta e, portanto, fornecem controle descontínuo. Os métodos e sistemas de WO2006/120537 fornecem melhor capacidade de controle da 30 linha de escoamento que aquela apresentada em WO02/46577.

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No entanto, estes métodos e sistemas também são ineficazes na mitigação de formação de lama adequada em certas situações.

Por exemplo, uma situação na qual estes métodos e sistemas conhecidos são ineficazes é a injeção de lama hidrodinâmica.

Desta forma, ainda há uma necessidade por um método aprimorado de mitigação de formação de lama que reduz, de forma sucedida, a extensão da injeção de lama de várias formas, incluindo injeção de lama severa e/ou injeção de lama hidrodinâmica.

A presente invenção foi feita com estes pontos em mente.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, há um método de mitigação de formação de lama em uma corrente de fluido multifásico que flui através de um conduto sendo que o conduto compreende uma primeira porção e uma segunda porção que está inclinada para cima em relação à primeira porção e em que a corrente de fluido multifásico compreende uma fase gasosa e uma fase líquida, sendo que o método compreende as etapas de:

(a) determinar a pressão no conduto a montante de uma zona de injeção de lama;

(b) determinar a pressão no conduto a jusante da zona de injeção de lama;

(c) determinar a diferença de pressão real ao longo da zona de injeção de lama ao subtrair a pressão a jusante da etapa (b) da pressão a montante da etapa (a);

(d) opcionalmente, subtrair a queda de pressão de fricção ao longo da zona de injeção de lama para obter um

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10/51 valor para a cabeça hidrostática verdadeira na zona de injeção de lama;

(e) opcionalmente, usar a diferença de pressão real ou a cabeça hidrostática verdadeira para determinar a retenção de líquido ou a densidade de mistura na zona de injeção de lama;

(f) determinar o erro entre a diferença de pressão alvo e o diferença de pressão real ou entre uma cabeça hidrostática verdadeira alvo ou entre uma retenção de líquido alvo e a retenção de líquido real ou entre uma densidade de mistura alvo e a densidade de mistura real;

(g) produzir um sinal que compreende um primeiro componente que é proporcional ao erro e um segundo componente que é proporcional à taxa do erro ao longo do tempo; e (h) usar o sinal produzido na etapa (e) para controlar a posição de uma válvula do afogador ajustável colocada a jusante da zona de injeção de lama de modo a estabilizar o aparecimento de variações na diferença de pressão real, cabeça hidrostática verdadeira real, retenção de líquido real ou densidade de mistura real ao longo do tempo.

Vantajosamente, observou-se que o método da presente invenção pode mitigar formação de lama devido à injeção de lama severa e/ou injeção de lama hidrodinâmica. Além disso, 25 é previsto que o método pode mitigar formação de lama causada por outro fenômeno de injeção de lama, como será familiar para o elemento versado na técnica.

Tipicamente, a etapa (a) pode envolver determinar a pressão no conduto a montante da segunda porção do conduto. 30 Tipicamente, a etapa (b) pode envolver determinar a

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11/51 pressão no conduto a jusante da segunda porção do conduto, mas a montante da válvula do afogador ajustável.

De preferência, a queda de pressão de fricção pode ser determinada através do uso de um modelo multifásico ou, se a taxa de fluxo é conhecida ou prontamente determinável, através do uso de dados de fábrica reais.

O método pode compreender determinar o erro entre mais de um de: a diferença de pressão alvo e real; cabeça hidrostática verdadeira alvo e real; a retenção de líquido alvo e real; e a densidade de mistura alvo e real.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, há um sistema para mitigar formação de lama em uma corrente de fluido multifásico que flui através de um conduto, sendo que o conduto compreende uma primeira porção e uma segunda porção que está inclinada para cima em relação à primeira porção e sendo que a corrente de fluido multifásico compreende uma fase gasosa e uma fase líquida, em que o sistema compreende:

(i) um primeiro sensor para medir a pressão no conduto a montante de uma zona de injeção de lama;

(ii) um segundo sensor para medir a pressão no conduto a jusante da zona de injeção de lama;

(iii) meios para determinar a diferença de pressão real entre as medições de pressão a jusante e a montante;

(iv) opcionalmente, meios para determinar a cabeça hidrostática verdadeira na zona de injeção de lama;

(v) opcionalmente, meios para determinar a retenção de líquido ou densidade de mistura na zona de injeção de lama da diferença de pressão real ou cabeça hidrostática verdadeira;

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12/51 (iv) meios para determinar o erro entre uma diferença de pressão alvo e o diferença de pressão real ou entre uma cabeça hidrostática verdadeira alvo e a cabeça hidrostática verdadeira real ou entre uma retenção de líquido alvo e a retenção de líquido real ou entre uma densidade de mistura alvo e a densidade de mistura real; e (v) meios para produzir um sinal que compreende um primeiro componente que é proporcional ao erro e um segundo componente que é proporcional à taxa de mudança do erro ao longo do tempo, em que o sinal é útil para controlar a posição de uma válvula do afogador ajustável colocada a jusante da zona de injeção de lama de modo a estabilizar o aparecimento de variações no diferença de pressão real, na cabeça hidrostática verdadeira real, na retenção de líquido real ou na densidade de mistura real ao longo do tempo.

A zona de injeção de lama pode ser considerada como aquela parte do conduto em que a lama acumula. Isto pode se estender ao longo da primeira porção do conduto por várias dezenas de metros do ponto em que a primeira porção do conduto se une à segunda porção de conduto e pode se estender até a segunda porção do conduto. Em casos de injeção de lama severa, a lama pode se estender até o topo da segunda porção. O primeiro e segundo sensores são, de preferência, colocados próximos às extremidades da zona de injeção de lama. Embora os sensores de pressão possam ser colocados, adicionalmente, longe da zona de injeção de lama, a sensibilidade dos sensores diminui com o aumento da distância da zona de injeção de lama. Onde a segunda porção do conduto é um riser, a válvula do afogador ajustável é colocada no topo do riser. Neste caso, o segundo sensor é

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13/51 colocado na extremidade a jusante da zona de injeção de lama, já que a mesma está posicionada adjacente ao lado a montante da válvula do afogador.

Será observado que onde está relacionada à injeção de lama hidrodinâmica, a lama pode se formar a alguma distância a montante da região onde a primeira porção de conduto se une à segunda porção do conduto, por exemplo, na primeira porção de conduto a alguma distância d zona de injeção de lama. Portanto, no contexto de injeção de lama 10 hidrodinâmica, a lama pode não formar, realmente, na zona de injeção de lama, conforme este termo é usado neste relatório descritivo de patente (isto é, conforme descrito no parágrafo anterior). Todavia, será observado que uma injeção de lama hidrodinâmica ainda terá um efeito à medida 15 que passa através da zona de injeção de lama. Em conformidade, conforme se tornará evidente posteriormente, o método e aparelho da presente invenção podem ter utilidade na mitigação dos fenômenos de injeção de lama hidrodinâmica bem como a injeção de lama severa.

Observou-se que ao monitorar a diferença entre as pressões a jusante e a montante (uma pressão diferencial) e ao controlar a posição da válvula do afogador em respostas às variações nesta pressão diferencial, a mitigação aprimorada de comportamento de injeção de lama 25 pode ser alcançada. A pressão diferencial fornece uma indicação de cabeça hidrostática ao longo da lama; quanto maior a pressão diferencial, maior o tamanho da lama. Além disso, devido à medida levar em consideração a pressão na extremidade a jusante da zona de injeção de lama, a medida 30 também reflete o movimento da lama. Monitorar a pressão

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14/51 diferencial ao longo da zona de injeção de lama fornece, portanto, um meio direto para detectar movimento e crescimento de lama.

Em contraste, o valor da pressão a montante está relacionado à queda de pressão ao longo da válvula do afogador. Consequentemente, a pressão a montante não reflete diretamente a natureza da lama ou seu movimento enquanto o efeito da queda de pressão ao longo da válvula do afogador mascara as mudanças de pressão a montante em relação ao crescimento de lama. Consequentemente, responder às variações na pressão a montante não é tão responsivo como responder às variações na queda de pressão ao longo da zona de injeção de lama.

A Figura 16 mostra uma linha de escoamento esquemática que compreende uma porção inclinada (por exemplo, um riser), a jusante da qual está localizada uma válvula do afogador ajustável. A pressão a montante P1, a pressão a jusante da válvula do afogador P2, a pressão a jusante da zona de injeção de lama, mas a montante da válvula do afogador P3 e a pressão ao longo da válvula do afogador APválvula são indicadas na Figura 16.

Em geral, a pressão a montante (P1) é feita da soma de quatro termos: a pressão a jusante da válvula (P2); a cabeça hidrostática de fluido (APcabeça) na porção inclinada do conduto; a queda de pressão de fricção (APfricção) ; e a queda de pressão ao longo da válvula do afogador (APválvula) . P1 = P2+ (APválvula) + (APfricção) + (APcabeça) equaÇãO (1)

A fim de assegurar a estabilidade de fluxo no conduto (por exemplo, através de um riser) geralmente é desejado manter um perfil de retenção de líquido constante ou

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15/51 densidade de mistura na zona de injeção de lama ou na porção inclinada do conduto. Ao controlar a válvula para manter um perfil de retenção constante ou densidade de mistura, as taxas de fluxo de líquido dentro ou fora da zona de injeção de lama são correspondentes, distribuindo assim condições de fluxo estáveis.

Considerando uma seção cruzada transversal infinitamente fina de um conduto que carrega uma corrente de fluido multifásico que compreende uma fase gasosa e uma fase líquida, a retenção de líquido el é a razão da área ocupada pela fase líquida

AL para a área de seção cruzada do conduto A,

Será observado isto é:

que isto equação (2) uma propriedade sem dimensão. A retenção de líquido alvo pode ser expressada nesta forma.

A retenção de líquido média ao longo do comprimento de conduto (por exemplo, a zona de injeção de lama ou um riser) pode ser obtida através de integração. A retenção de líquido alvo também pode ser expressada nesta forma para um determinado conduto.

A densidade do fluido multifásico (a densidade de mistura) pode ser expressada como:

P_-( = - P₍ + (1 - )Pg _ã ,₃.

equação (3) onde Pl é a densidade da fase líquida e p_g é a densidade da fase gasosa. A densidade de mistura alvo pode ser calculada ao analisar a proporção das duas fases no fluido produzido ao longo do tempo.

Em uma porção inclinada do conduto, por exemplo, um

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16/51 riser, a cabeça hidrostática (APcabeça) pode ser expressada como:

= ^{equaçSo (4)}onde 1 é o comprimento da porção de conduto, g é a aceleração devido à gravidade e Φ é o ângulo de inclinação. Deve-se registrar que esta equação supõe que a porção de conduto é a hipotenusa de um triângulo. Na realidade, tipicamente, o ângulo de inclinação de uma porção inclinada de conduto como um riser pode variar ao longo de seu cumprimento, por exemplo, pode ser curvado, flexionado ou torto. Consequentemente, a matemática pode ser levemente mais complicada; por exemplo, pode ser necessário considerar um número de sub-seções mais curtas da porção de conduto.

No caso especial em que a porção fr conduto é vertical:

Ptnixhg equação (5) onde h é a diferença em peso entre o topo e o fundo da porção de conduto (isto é, 1 = h e Ξίηφ = 1).

Considerando uma porção de conduto de comprimento conhecido 1 e um ângulo constante de inclinação φ, será observado que as únicas quantidades que podem variar ou na equação 4 ou na equação 5 são APcabeça e p_mix. De fato, APcabeça é proporcional a p_mix.

Portanto, a fim de minimizar as variações em APcabeça, é necessário minimizar as mudanças em p_mix. Adicionalmente, será observado que a equação 3 pode ser substituída na equação 4 ou equação 5. Consequentemente, a mitigação de lama pode ser alcançada com o uso de densidade de mistura Pmix ou retenção de líquido el como a variável de controle.

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De acordo com a presente invenção, foi entendido que o desempenho de um sistema ou método de mitigação ou controle de injeção de lama é aperfeiçoado com o uso da queda de pressão ao longo da zona de injeção de lama (isto é, Pi P3). Ao operar desta maneira, se fornece uma melhora indicação da retenção de líquido real ou densidade de mistura na zona de injeção de lama, já que as dinâmicas ao longo da válvula do afogador não afetam os cálculos.

Portanto, a pressão a montante (Pi) pode ser exoressada de acordo com a seguinte equação:

P. = A + ΔΑ. . + AP , l 3 fncçao cabeça eguãção (6)

Por exemplos de injeção de lama severa, as oscilações na cabeça hidrostática APcabeça serão muito maiores que os outros termos na equação 1. Consequentemente, conforme é conhecido da técnica, pode ser possível controlar a injeção de lama com o uso de medidas apenas da pressão a montante Pi. De acordo com a presente invenção, no entanto, a partir da equação 6 será observado que a magnitude da queda de pressão ao longo da zona de injeção de lama (Pi - P3) é feita da soma das quedas de pressão devido à fricção APfricção e à cabeça hidrostática APcabeça.

No caso da injeção de lama severa, a queda de pressão de fricção APfricção durante os estágios de produção de geração de lama (estágio I e II, respectivamente) é relativamente insignificante e a queda de pressão ao longo da zona de injeção de lama (Pi - P3) fornece aproximação satisfatória da cabeça hidrostática na zona de injeção de lama. De modo similar, para as porções inclinadas de conduto que tem um ângulo de pronunciado de inclinação ou um longo comprimento, a cabeça hidrostática serão

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18/51 significantemente maior que a queda de pressão de fricção.

A situação não é tão simples para um sistema de escoamento, em que a queda de pressão de fricção APfricção pode se responsabilizar por uma parte relativamente 5 significante da queda de pressão total (P1 - P3) e não pode ser ignorada. Para longos condutos ao longo dos quais o fluido flui a uma alta taxa, a queda de pressão de fricção pode se responsabilizar por entre 20 e 50% da queda de pressão total ao longo de uma porção do conduto. Em tais 10 exemplos, a cabeça hidrostática APcabeça não pode ser mais usada de forma confiável para fornecer uma indicação da retenção de líquido ou densidade de mistura em uma seção inclinada do conduto.

Será rapidamente observado que ignorar a queda de 15 pressão de fricção em tal caso pode levar a uma solução de controle por fim instável e degradada enquanto a queda de pressão de fricção trabalha em oposição à cabeça hidrostática.

Para um sistema que não é dominado por fricção, um 20 aumento na queda de pressão ao longo da porção de conduto é interpretado como uma redução na taxa de líquido total que corresponde à formação e crescimento da lama líquida. A resposta do controlador seria abrir a válvula do afogador.

Em contraste, para um sistema que é dominado por 25 fricção, um aumento na queda de pressão corresponde a um aumento na taxa de fluxo, enquanto a queda de pressão de fricção é uma função quadrada da taxa de fluxo. Em essência, o comportamento é o oposto àquele de um sistema dominado por cabeça hidrostática.

De modo concebível, portanto, um aumento na taxa de

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19/51 fluxo poderia ser atribuído por engano ao crescimento de uma lama, resultando na abertura da válvula do afogador. Um aumento na posição da válvula do afogador irá aumentar, adicionalmente, a taxa de fluxo, aumentando a queda de pressão de fricção ao longo da zona de injeção de lama. Isto, por sua vez, poderia ser identificado por engano como o crescimento contínuo da lama, resultando em um aumento adicional na posição da válvula e na taxa de fluxo no separador.

De modo similar, uma queda na taxa de fluxo irá resultar em uma redução na queda de pressão ao longo do conduto. Se a queda de pressão de fricção não for fatorada na solução de controle, a queda então na pressão poderia ser interpretada como a explosão da lama que resulta no fechamento adicional da válvula do afogador. Isto, por sua vez, poderia reduzir o fluxo do fluido, diminuindo assim a perda de pressão de fricção APfricção. Consequentemente, a queda de pressão ao longo da porção de conduto pode diminuir, resultando potencialmente no fechamento contínuo da válvula do afogador.

rapidamente se tornar queda de pressão de

Portanto, será

observado	que o	sistema	pode
degradar e,	então,	instável,	se a
fricção não	for	contabilizada na

solução de controle. Consequentemente, pode ser preferível, às vezes, determinar a cabeça hidrostática verdadeira (isto é, a pressão diferencial medida corrigida por perdas de fricção).

No caso de um riser que experimenta injeção de lama a taxas relativamente altas, a injeção de lama pode ser hidrodinâmica por natureza. Portanto, o fluxo que chega à

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20/51 base do riser (isto é, onde a primeira porção de conduto se une à segunda porção de conduto) pode compreender inúmeras bolhas gasosas inter-dispersadas por inúmeras pontes de líquido. Enquanto uma ou mais bolhas gasosas entram na 5 seção inclinada do riser, a cabeça hidrostática será diminuída ao longo do riser, induzindo à aceleração do fluxo. Enquanto o fluxo aumenta, a queda de pressão de fricção também irá aumentar. Se o ganho em fricção compensa a redução na cabeça hidrostática, então pode haver nenhuma 10 mudança notável na pressão a montante. Consequentemente, os métodos que contam somente com as medidas de pressão a montante como são conhecidas na técnica não serão eficazes na mitigação de injeção de lama hidrodinâmica.

Em contraste, de acordo com a presente invenção, 15 inicialmente, a redução na cabeça hidrostática pode ser facilmente identificada através de uma redução na queda de pressão ao longo do riser e a resposta do controlador para fechar a válvula do afogador será observada. Adicionalmente, a situação potencialmente adversa onde o 20 controlador fecha em excesso a válvula do afogador, resultando na diminuição do fluido e, adicionalmente, em uma redução na queda de pressão ao longo do riser pode ser evitada ou mitigada ao considerar a queda de pressão de fricção.

A queda de pressão de fricção é uma função quadrada do líquido taxa de fluxo e a relação específica pode ser determinada a partir ou de um modelo multifásico ou, se a taxa de fluxo for conhecida ou rapidamente determinável, de dados de fábrica reais, por exemplo, a queda de pressão ao 30 longo de uma seção horizontal do conduto. O elemento

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21/51 versado na técnica é familiar aos outros métodos de medição ou estimar a taxa de fluxo.

A Figura 2 mostra (b) a variação na pressão a montante de uma zona de injeção de lama, (a) a variação na pressão a jusante de uma zona de injeção de lama e (c) a variação na diferença entre as pressões a jusante e a montante (pressão diferencial). Pode ser visto que a tendência na pressão diferencial tem uma diferente assinatura da tendência da pressão a montante, em que a diferença corresponde às flutuações na pressão a jusante. Não apenas o perfil de pressão diferencial pode induzir o perfil de pressão a montante, neste caso por cerca de 5 minutos, mas as quedas e aumentos na pressão diferencial são mais rápidos e têm uma extensão maior que as quedas e aumentos na pressão a montante.

Consequentemente, o sistema e método da presente invenção não reagem apenas em pouco tempo, mas também fornecem uma ação de controle mais agressiva quando comparada a um sistema que reage apenas às variações na pressão a montante. O sistema e método da presente invenção são mais responsivos, portanto, que os sistemas conhecidos para a mitigação de injeção de lama, incluindo injeção de lama severa.

Em mais detalhes, no ponto em que a pressão a montante é suficiente para superar a pressão hidrostática da lama líquida, a fase gasosa começa a penetrar na porção inclinada de conduto. Enquanto a retenção de gás aumenta na porção inclinada, forçando o líquido até ou para fora da inclinação, a cabeça hidrostática de líquido e a retenção de líquido são reduzidos. A diminuição de peso da cabeça

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hidrostática	de	líquido	através de	descarga	leva	a uma
aceleração	do	líquido	remanescente fora	da	porção
inclinada.	Durante este processo,	tanto	a	pressão

diferencial quanto a retenção de líquido diminuem de seus picos para seus mínimos. O sistema e método da presente invenção reagem para mover a válvula do afogador ajustável para uma posição mais fechada em resposta a uma pressão diferencial decrescente. Devidos aos diferentes perfis da pressão diferencial e da pressão a montante, o movimento da válvula do afogador ocorre em pouco tempo e mais rapidamente do que é alcançado com sistemas que respondem apenas às variações na pressão a montante. Naqueles sistemas, a explosão de lama é inicialmente mascarada pela queda de pressão aumentada ao longo da válvula do afogador. A relação mais responsiva em relação ao movimento alcançado pela presente invenção permite uma descarga mais gradual da lama para fora do topo da inclinação e também atua para manter a pressão a montante em um nível elevado que diminui a severidade do próximo ciclo de injeção de lama.

De modo similar, enquanto a lama acumula, a retenção de líquido, conforme refletida na pressão diferencial, aumenta em pouco tempo, mais rapidamente e a uma extensão maior quando comparada à pressão a montante, conforme pode ser visto na Figura 2. O sistema e método da presente invenção movem a válvula do afogador para uma posição mais aberta em resposta a uma diferença de pressão crescente. Consequentemente, a presente invenção faz com que a válvula do afogador abra em um estágio precoce no processo de formação de lama. A redução resultante na queda de pressão ao longo da válvula do afogador pode fazer com que a lama

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23/51 seja puxada até a inclinação. Já que a válvula do afogador é aberta em um estágio precoce no processo de formação de lama quando comparado ao processo que reage à pressão a montante, a lama é menor e mais fácil de ser puxada até a inclinação.

Ao atuar em pouco tempo no ciclo de injeção de lama, o sistema e método da presente invenção podem controlar a injeção de lama com um nível inferior de estrangulamento da válvula do afogador, isto é, a posição média da válvula do 10 afogador pode ser mais aberta, quando comparada aos sistemas que controlam a posição de válvula do afogador em resposta à pressão a montante. Isto permite vantajosamente uma maior taxa de produção de gás e líquido do poço.

Adicionalmente, devido à amplitude de variações na pressão de diferencial ser maior que a amplitude de variações na pressão a montante, conforme pode ser visto na Figura 3 (discutido mais detalhadamente abaixo), o perfil de pressão de diferencial fornece um sinal mais identificável quando comparado ao perfil de pressão a 20 montante, mesmo após o sistema de a presente invenção ter sido ativado para mitigar injeção de lama.

No caso de injeção de lama hidrodinâmica, enquanto a bolha de gás passa até a segunda porção de conduto, haverá uma redução associada na diferença de pressão real. Esta 25 redução na diferença de pressão é devido, primeiramente, a uma redução na cabeça hidrostática na segunda porção de conduto. Portanto, a válvula do afogador será ajustada a uma posição mais fechada, a fim de in neutralizar a redução na cabeça hidrostática. Uma vez que a bolha atravessa a 30 válvula, pode haver um aumento na cabeça hidrostática

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24/51 (indicado por um aumento na diferença de pressão medida). Em reposta a este aumento na diferença de pressão medida, a válvula do afogador será ajustada a uma posição mais aberta, a fim de encorajar o fluxo da ponte de líquido que 5 sucede a bolha e para manter um perfil de retenção de líquido substancialmente constante na segunda porção de conduto.

Ao monitorar a retenção de líquido ou densidade de mistura na segunda porção do conduto (inclinada) e 10 controlar a posição da válvula do afogador em resposta às variações nesta retenção de líquido ou densidade de mistura, a mitigação aperfeiçoada de comportamento de injeção de lama pode ser alcançada. Para injeção de lama severa, observou-se que quanto maior a retenção de líquido 15 na segunda porção do conduto, maior será o tamanho da lama.

Além disso, devido ao fato de que as medidas levam em consideração a pressão na extremidade da zona de injeção de lama, a medida também reflete o movimento da lama. Monitorar a retenção de líquido através da pressão de 20 diferencial ao longo da zona de injeção de lama fornece, portanto, um meio direto para detectar movimento e crescimento de lama.

Vantajosamente, os métodos e sistemas da presente invenção podem reduzir ou minimizar variações na retenção 25 de líquido ou pressão de diferencial medido. Portanto, nas circunstâncias em que a pressão de diferencial medida pode ser considerada como uma aproximação razoável de mudanças na pressão de cabeça hidrostática (por exemplo, injeção de lama severa), será observado que o sistema e método da 30 presente invenção reduzem ou minimizam de forma produtiva

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25/51 as variações na pressão de cabeça hidrostática. De fato, idealmente, o sistema e método da presente invenção podem ser operáveis para assegurar que a pressão de cabeça hidrostática seja mantida a um nível substancialmente constante.

Durante operação, as pressões a jusante e a montante podem ser determinadas continuadamente de modo a produzir o sinal de forma contínua. Consequentemente, a presente invenção pode fornecer uma solução de controle contínua 10 para a mitigação de injeção de lama.

A primeira porção de conduto tende a ser geralmente horizontal ou levemente a jusante que se inclina em direção à segunda porção.

A Figura 11 é um gráfico generalizado (uma curva de 15 bifurcação) que mostra a variação na pressão a montante da zona de injeção de lama no eixo geométrico y e a extensão de abertura da válvula do afogador no eixo geométrico x. O gráfico pode ser subdividido em três regiões (I, II, III).

A primeira região (I) corresponde a um regime de fluxo não20 oscilatório estável em baixa abertura de válvula, na qual a pressão diminui enquanto a abertura de válvula aumenta. A segunda região (II, delineada por linhas tracejadas verticais) e a terceira região (III) correspondem juntamente a um regime de fluxo não-oscilatório instável.

Consequentemente, o fluxo de injeção de lama pode ocorrer sob este regime. No fluxo de injeção de lama, conforme mostrado na Figura 11, a pressão pode variar entre um máximo (Pmax) e um mínimo (Pmin) . A diferença entre Pmax e Pmin pode ser chamada de amplitude de injeção de lama. Na 3 0 terceira região (III), os valores para Pmax e Pmin não variam

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26/51 substancialmente com mudanças na abertura de válvula. A diferença entre Pmax e Pmin é relativamente constante ao longo de toda a terceira região (III) . Na segunda região (II) , no entanto, a diferença entre Pmax e Pmin varia conforme os valores de Pmax e Pmin divergem conforme a abertura de válvula aumenta. Consequentemente, será observado que o controle eficiente e eficaz pode ser alcançado ao operar a válvula do afogador na segunda região (II) já que, na segunda região (II), mudanças relativamente pequenas na abertura de válvula terão um efeito muito mais notável. Em contraste, basicamente nenhum controle pode ser alcançado ao operar a válvula do afogador na terceira região (III), já que, na terceira região (III), mover a posição de válvula do afogador terá, essencialmente, nenhum efeito sobre a amplitude de injeção de lama.

A invenção pode incluir um controlador para produzir o sinal usado para controlar uma posição da válvula do afogador ajustável. Encontrou-se utilidade em um controlado derivado-integral-proporcional (PID). A emissão de uma forma paralela de Controlador PID pode ser descrita como segue:

emissão

equação (7) onde k_p é o coeficiente proporcional e pode ser de ⁰⁰ até ⁰⁰ ;

e(t) é o erro entre a diferença de pressão alvo (ponto de ajuste do controlador) e a diferença de pressão real em um determinado instante de tempo e é calculado ao subtrair a diferença de pressão real da diferença de pressão alvo;

ki é o coeficiente integral e pode ser de 0 até ⁰⁰;

e(i) é o erro em um instante de tempo τ, antes do

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27/51 tempo t.

kd é o coeficiente derivado e pode ser de 0 até e t é o tempo.

Outras formas adequadas de Controlador PID, como um Controlador PID em série, serão conhecidas por um elemento versado na técnica.

Os Controladores PID são comumente usados em sistemas de controle e estão comercialmente disponíveis, por exemplo, junto à Honeywell ou Emerson. No entanto, a mitigação de lama particularmente bem sucedida foi alcançada quando o coeficiente integral do Controlador PID é ajustado em 0. O controlador opera de forma eficaz então um controlador derivado-proporcional (PD) apenas, como não há ação integral.

Incluir ação derivada em um sistema de controle é relativamente incomum devido ao fato que a mesma causa variação excessiva no sinal de emissão quando o sinal medido é barulhento. No entanto, observou-se que os sistemas de fluido nos quais a presente invenção é usada podem ser vistos como instáveis de malha aberta” e aquela ação deriva e proporcional apenas (isto é, nenhuma ação integral) pode fornecer uma resposta de malha fechada superior àquela dada por uma ação proporcional apenas ou ação proporcional e integral apenas.

Usar ação derivada e proporcional apenas permite que a presente invenção tenha sensibilidade aumentada e reaja mais rapidamente que quando ação proporcional apenas ou ação integral mais proporcional são usadas. A ação derivada introduz uma ação antecipada, atuando para estabilizar rapidamente o sistema de fluido.

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A parte integral de um Controlador PID introduz um atraso de retroalimentação, mais especificamente, um atraso na malha fechada que, conforme observado, degrada o desempenho de controle.

O valor para o ponto de ajuste (que pode ser a diferença de pressão alvo ou cabeça hidrostática verdadeira alvo ou retenção de líquido alvo ou densidade de mistura alvo) do controlador pode afetar a extensão (amplitude) da injeção de lama experimentada. Um aumento no ponto de 10 ajuste faz com que a posição de válvula do afogador média seja mais fechada, que diminui o fluxo de líquido do riser, que, por sua vez, reprime formação de lama. No entanto, isto está incluído no custo de redução da taxa de redução. De modo posto, reduzir o ponto de ajuste faz com que a 15 posição de válvula do afogador média seja mais aberta para alcançar uma redução na pressão a montante média. No entanto, isto pode reduzir o nível de estabilidade do sistema de fluido.

O ponto de ajuste pode ser ajusta manualmente, por 20 exemplo, por um operador, de modo a reduzir a extensão da injeção de lama até um nível satisfatório. Embora um alto ponto de ajuste possa mitigar efetivamente um comportamento de injeção de lama, a taxa de produção é reduzida significantemente devido à posição de válvula do afogador 25 média ser mais fechada. Consequentemente, o ponto de ajuste é, de preferência, escolhido para mitigar suficientemente a injeção de lama, reduzindo assim seu distúrbio associado à instalação para um nível tolerável, enquanto minimiza a redução subsequente no fluxo de fluido para fora do 30 conduto. O operador seleciona o ponto de ajuste com base no

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29/51 comportamento anterior do sistema de fluido. Isto ficará evidente para um operador a partir de uma análise das pressões a montante e a jusante da zona de injeção de lama e, portanto, da pressão diferencial e/ou da retenção de 5 líquido, durante um período de tempo durante operação normal, o quão baixo a diferença de pressão alvo ou retenção de líquido possa ser para suficientemente mitigar a injeção de lama.

No entanto, observou-se que o comportamento do sistema 10 de fluido e, portanto, a pressão a montante média pode variar ao longo do tempo. Observou-se, portanto, é desejável variar o ponto de ajuste do controlador ao longo do tempo. Ao variar o ponto de ajuste do Controlador PD, por exemplo, a diferença de pressão alvo, a pressão a 15 montante média pode ser controlada.

O ponto de ajuste pode ser manualmente controlado ao longo do tempo, por um operador, apesar disto poder consumir tempo. No entanto, em uma modalidade particularmente vantajosa, a invenção pode incluir um 20 controlador mestre para ajustar automaticamente o ponto de ajuste do Controlador PD, que pode então ser visto como um controlador escravo. Desta forma, a invenção varia automaticamente o ponto de ajuste do controlador escravo de modo a controlar a pressão a montante para um nível 25 desejado. Este ajuste automático do ponto de ajuste do controlador escravo através do controlador mestre é preciso e necessita de pequena intervenção humana.

As dinâmicas de processo da malha mestre são muito mais lentas que aquelas da malha escrava. Consequentemente, 30 o controlador mestre opera para fornecer lenta manipulação

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30/51 do ponto de ajuste do controlador escravo. Isto pode ser alcançado ao fornecer o controlador mestre com ação integral mais proporcional (PI), através da qual a pressão a montante da zona de injeção de lama é uma entrada.

De forma adequada, o controlador é um Controlador PID conforme discutido acima, em que o coeficiente derivado é ajustado para 0. Consequentemente, um erro entre um ponto de ajuste de controlador mestre e a pressão a montante da zona de injeção de lama é determinado e o sinal de emissão 10 do controlador mestre compreende um componente que é proporcional ao erro de controlador mestre e um componente que é proporcional ao erro integrado durante um período de tempo. O controlador mestre PI pode ter uma baixa ação proporcional e um longo período de tempo integral (na ordem 15 de muitas horas). O ponto de ajuste do controlador mestre é a pressão a montante desejada e é ajustado pelo operador em resposta às observações da pressão a montante da zona de injeção de lama antes da operação inicial da invenção.

Embora o ponto de ajuste do controlador escravo PD possa ser manualmente selecionado, conforme acima, para alcançar mitigação bem sucedida de injeção de lama, quando um controlador mestre é usado para ajustar automaticamente o ponto de ajuste do controlador escravo PD, a invenção alcança controle contínuo da taxa de produção e mitigação 25 de injeção de lama com precisão e com menor intervenção humana.

Nas modalidades preferenciais da invenção, são fornecidos meios de limitação para limitar a faixa sobre a qual o controlador pode ajustar a posição de válvula do 30 afogador. A posição da válvula do afogador ajustável pode

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31/51 ser limitada em limites superiores e inferiores que podem ser igualmente espaçados acima e abaixo da posição de operação média normal da válvula do afogador. Por exemplo, os limites superiores e inferiores podem ser até 30%, até 20% ou, opcionalmente, até 10% abaixo e acima da posição de operação média normal da válvula do afogador, respectivamente.

Embora permitir que a válvula do afogador ajustável se mova livremente sem ser submetida a limites, sob o controle da invenção, possa eliminar completamente comportamento de injeção de lama, tal uso pesado de uma válvula do afogador ajustável aumenta o desgaste e estrago na válvula, o que é indesejável. Observou-se que a formação de lama pode ser adequadamente mitigada mesmo se a abertura/fechamento da válvula do afogador for restrita dentro de determinados limites e isto também reduz a extensão de desgaste e estrago na válvula. Portanto, pode ser desejável selecionar limites que fizessem com que a invenção opere de uma maneira eficaz na qual o movimento (e, portanto, desgaste e estrago) da válvula seria minimizado ou reduzido, por exemplo, como na segunda região (II) do gráfico da Figura 11.

Ao longo do tempo, a pressão do poço em um poço ou reservatório subterrâneo, que alimenta um conduto ou tubulação na qual a injeção de lama pode ocorrer, pode variar, por exemplo, isto pode diminuir conforme o reservatório se torna esgotado. Como uma consequência, o controlador pode querer mover a posição da válvula média para ser mais fechada ou aberta, a fim de manter a diferença de pressão desejada ao longo da zona de injeção

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32/51 de lama e, portanto, controlar a amplitude de injeção de lama.

Os limites podem ser ajustados de modo a permitir esta variação. Os limites podem ser manualmente ajustados pelo 5 operador ou automaticamente.

A pessoa versada na técnica é familiar às várias maneiras de automaticamente ajustar os limites para adequar as condições de operação. Os limites que são automaticamente ajustados para adequar as condições de 10 operação podem ser conhecidas como limites de restrição dinâmica.

Um método preferencial de implantação de limites de restrição dinâmica na presente invenção envolve calcular uma média de balanço transversal do sinal de emissão do 15 controlador. Esta média de balanço transversal é, então, processada com o uso de um par de blocos de cálculo algébrico, em que um dos mesmos define uma faixa negativa desejada e o outro define uma faixa negativa desejada, isto é, faixas aceitáveis em ambos os lados da posição média 20 normal da válvula do afogador, para determinar os limites de restrição superior e inferior. Enquanto o operador pode ajustar as faixas desejadas, os valores absolutos dos limites são automaticamente determinados.

Nas modalidades preferenciais, pode ser fornecido um 25 filtro para filtrar ruído que emana da determinação das pressões a montante e a jusante da zona de injeção de lama. Por exemplo, um filtro passa baixo pode filtrar ruídos de alta frequência. Portanto, o ruído pode ser sobreposto na determinação da diferença de pressão ao longo da zona de 30 injeção de lama. Vantajosamente, filtrar o ruído pode

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33/51 evitar, mitigar ou reduzir qualquer amplificação indesejável do ruído na válvula do afogador devido à ação derivada do controlador.

Mais adiante, o fornecimento de um filtro dá a um engenheiro um meio adicional para sintonizar o controlador. Por exemplo, o filtro pode permitir melhor regulação da velocidade do movimento da válvula do afogador. Isto também pode remover ou diminuir qualquer necessidade de redução de ação derivada no controlador.

A presente invenção será descrita neste instante, a título de exemplo, em referência aos desenhos em anexo, nos quais:

A Figura 1 mostra os estágios de formação de lama;

A Figura 2 mostra variações típicas nas pressões diferencial, a jusante e a montante ao longo do tempo, e são discutidas acima;

A Figura 3 mostra as variações nas pressões de conduto e na posição de válvula do afogador antes e após o método da invenção ser implantado;

A Figura 4 é uma esquemática de uma primeira modalidade da invenção;

As Figuras 5a e 5b mostram exemplos do movimento da válvula do afogador ajustável;

A Figura 6 mostra medidas tomadas do poço de injeção de lama (A);

A Figura 7 mostra medidas tomadas de um poço de injeção de lama (A) quando a primeira modalidade da presente invenção é usada no poço em um primeiro experimento;

A Figura 8 mostra medidas tomadas do poço de injeção

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34/51 de lama (A) em um segundo experimento;

A Figura 9 é uma esquemática de uma segunda modalidade da invenção;

A Figura 10 é uma esquemática de uma terceira modalidade da invenção;

A Figura 11 é um gráfico que mostra uma curva de bifurcação e é discutido acima;

A Figura 12 é uma esquemática de uma quarta modalidade da invenção;

A Figura 13 é uma esquemática de uma quinta modalidade da invenção;

A Figura 14 mostra medidas retiradas de um riser (B) que experimenta injeção de lama hidrodinâmica;

A Figura 15 mostra uma comparação de medidas de 15 pressão diferencial com medidas de cabeça hidrostática verdadeira;

A Figura 16 mostra uma linha de escoamento esquemática e é discutida acima; e

A Figura 17 é uma esquemática de uma sexta modalidade 20 da invenção.

A Figura 4 mostra um exemplo de como a presente invenção pode ser usada para mitigar o comportamento de injeção de lama em uma situação de riser e linha escoamento. Uma tubulação 2 se estende ao longo de um leito 25 submarino 1 e está conectada a um riser 3 que se estende até uma instalação de produção 4 acima da superfície. O desenvolvimento de lama (no caso de injeção de lama severa) onde a tubulação 2 se encontra com o riser 3.

De modo convencional, um operador irá dispor de informação adquirida de sensores de pressão (não mostrado)

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35/51 dispostos ao longo da tubulação 2 que irá indicar ao operador qual comprimento da tubulação foi afetada pela injeção de lama, isto é, a extensão da zona de injeção de lama.

De acordo com a presente invenção, um primeiro sensor de pressão 5 está localizado na tubulação 2 a montante da zona de injeção de lama e um segundo sensor de pressão 6 está localizado na extremidade a jusante da zona de injeção de lama no riser 3 imediatamente a montante de uma válvula 10 do afogador ajustável 7 no topo do riser. Pode existir um pequeno vão entre o segundo sensor de pressão 6 e a válvula do afogador ajustável 7.

O primeiro 5 e segundo 6 sensores de pressão medem continuamente a pressão no conduto (isto é, tubulação e 15 riser) a montante e a jusante da zona de injeção de lama respectivamente.

Os tipos adequados de sensores de pressão 5, 6 estão amplamente disponíveis e conhecidos do elemento versado na técnica. Similarmente, as válvulas de afogador ajustáveis 20 adequadas 7 estão disponíveis comercialmente. Tipicamente, uma válvula do afogador ajustável compreende elementos atuadores e de restrição de fluxo ajustáveis. O fechamento da válvula do afogador se refere à instrução do atuador para fechar o elemento de restrição de fluxo a fim de 25 diminuir a trajetória do fluxo através da válvula, enquanto a abertura da válvula do afogador se refere à instrução do atuador para abrir a restrição de fluxo, desse modo, aumentando a trajetória do fluxo através da válvula. A válvula do afogador ajustável é tipicamente aberta de modo 30 parcial e, normalmente estaria completamente fechada apenas

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36/51 durante uma parada de produção planejada ou um desligamento de emergência.

O sinal de emissão de cada sensor de pressão 5, 6 é fornecido como alimento para os meios de processamento 8 que calculam a pressão diferencial real entre as pressões a montante e a jusante. Os meios de processamento podem ser um computador ou outro sistema de controle.

A pressão diferencial calculada pelos meios de processamento 8 é passada para um controlador PID 9 que opera de acordo com a equação (1) acima. O coeficiente integral é ajustado para zero de modo que o controlador 9 opere apenas como um controlador derivado proporcional. Os coeficientes proporcionais e derivados são sintonizados por um engenheiro de instalação de acordo com técnicas de sintonização conhecidas, envolvendo o modelo e uso de pacotes de sintonização de software comercialmente disponíveis.

O operador local pré programa o controlador PD 9 com um ponto de ajuste (isto é, uma pressão alvo diferencial). A seleção do ponto de ajuste é feita com base em observações do atual comportamento de injeção de lama no sistema de tubulação/riser. O operador revisa as variações na pressão diferencial sobre o passado recente e avalia a pressão diferencial média durante aquele período e seleciona aquele valor médio conforme o ponto de ajuste do controlador PD.

O controlador PD 9 determina o erro entre a pressão diferencial real e o ponto de ajuste e, então, calcula uma emissão de acordo com a equação (1) acima, usando os valores para o ponto de ajuste, coeficiente proporcional e

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37/51 coeficiente derivado programados no controlador PD.

O resultado do cálculo do controlador PD é, então, emitido para os meios de limitação 10. Alguns controladores PID incluem limitadores embutidos; outros não incluem, nesses 5 casos, um bloco funcional de limitação separado 10 pode ser incluído no sistema de controle, conforme visto na Figura 4. O bloco funcional de limitação pode ser parte de um computador, por exemplo.

Os meios de limitação 10 são pré-programados pelo 10 engenheiro com um limite inferior e um limite superior. O engenheiro realiza observações no ciclo de injeção de lama sobre o passado recente de modo a avaliar a posição de operação média normal da válvula do afogador. O engenheiro então, avalia o nível de injeção de lama e a quantidade de 15 injeção de lama que pode ser tolerada e, então ajusta a distância dos limites superior e inferior acima e abaixo da posição de operação média normal. Por exemplo, os limites superior e inferior podem ser ajustados em 20 % acima e abaixo da posição de operação média normal respectivamente.

Se o resultado do cálculo do controlador PD for menor que o limite inferior, o sinal de emissão dos meios de limitação será igual ao limite inferior.

Se o resultado do cálculo for entre o limite inferior e o limite superior, o sinal de emissão dos meios de 25 limitação será igual ao resultado do cálculo. Se o resultado do cálculo exceder o limite superior, o sinal de emissão dos meios de limitação será igual ao limite superior.

Visto que a posição real da válvula do afogador 7 é controlada pelo controlador PD 9, o objetivo é ajustar os

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38/51 limites de modo que a posição da válvula do afogador oscile ao longo do tempo igualmente dentro dos limites, usando aproximadamente o mesmo espaço de tempo no limite inferior como no limite superior. Um exemplo disso pode ser visto 5 Figura 5a, em que a posição da válvula do afogador é mostrada sobre o mesmo eixo geométrico x como uma poecentagem de aberta e o tempo é mostrado sobre o eixo geométrico y. Observa-se que os limites são igualmente espaçados acima e abaixo da posição da válvula do afogador 10 media. Naturalmente, a posição da válvula do afogador pode oscilar igualmente dentro dos limites sem jamais atingir os limites. Se os limites forem considerados inapropriados, a variação na posição da válvula do afogador será deslocada do ponto médio dos dois limites e, se um ou ambos dentre os 15 limites for alcançado, mais tempo será gasto em um limite do que no outro, conforme visto na Figura 5b. Na Figura 5b, a posição da válvula do afogador média normal é avaliada como sendo maior que a apropriada. Consequentemente, os limites são ajustados de maneira muito elevada e a válvula 20 do afogador consome tempo no limite inferior, mas não alcança o limite superior. Isso pode ser retificado de maneira fácil e simples através do ajuste dos limites apropriadamente.

Alternativamente, o sistema de controle de injeção de 25 lama pode ser operado para um, dois ou mais ciclos de injeção de lama sem impor limites no resultado do cálculo do controlador PD, de modo a determinar com segurança elevada a posição da válvula do afogador média normal. Os limites inferior e superior podem, então, ser ajustados 30 igualmente abaixo e acima daquela posição média

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39/51 respectivamente.

A Figura 3 mostra a pressão a montante (b) , a pressão a jusante (a), a pressão diferencial (c) (isto é, a pressão a jusante subtraída da pressão a montante) e a posição da válvula do afogador (d) de um sistema de injeção de lama típico antes e depois da implantação do método da presente invenção (indicado pelo controle ativo inicial da posição da válvula do afogador). Os eixos geométricos verticais de topo no lado esquerdo mostram a pressão para as pressões a montante e a jusante. O eixo geométrico vertical de fundo no lado esquerdo mostra a posição da válvula do afogador e o eixo geométrico vertical no lado direito de topo mostra o valor da pressão diferencial (as escalas são as mesmas). Em conformidade, as curvas da pressão a montante e da pressão diferencial foram sobrepostas a fim de facilitar a comparação.

Pode ser observado que a curva da pressão diferencial tem uma amplitude maior do que a curva da pressão a montante, tanto antes como depois da implantação da invenção, dessa forma, fornecendo uma indicação aperfeiçoada de movimento e formação de lama comparada com sistemas que controlam a posição da válvula em resposta à variação da pressão a montante.

Na Figura 3, o método da invenção é implantado à medida que a pressão diferencial se aproxima de sua mínima, isto é, à medida que a lama é descarregada. A ação de controle faz com que a válvula do afogador seja movida para uma posição fechada (linha d), reduzindo a descarga do líquido. A pressão diferencial começa a aumentar novamente, correspondendo ao acúmulo de lama no fundo da porção

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40/51 inclinada do conduto. À medida que a pressão diferencial aumenta, o erro entre a pressão diferencial real e a pressão alvo diferencial aumenta. Também neste momento, a taxa de alteração do erro aumenta. Consequentemente, tanto 5 o componente proporcional quanto o componente derivado do cálculo do controlador PD aumentam, fazendo com que a válvula seja movida para uma posição mais aberta, conforme pode ser visto na linha (d) da Figura 3. Isso resulta em uma queda de pressão reduzida através da válvula do 10 afogador auxiliando, assim, na suspensão da lama do riser.

Conforme a pressão diferencial atinge o pico e, então, começa a cair, isto é, conforme a lama atinge o topo da inclinação e começa a descarregar, o componente derivado muda de positivo para negativo e, assim, começa a reduzir o 15 sinal de emissão do controlador PD. Assim, conforme a diferença de pressão diminui, também diminui o componente proporcional, que também provoca uma redução no sinal de emissão do controlador PD. Em conformidade, a válvula do afogador é movida para uma posição mais fechada, conforme 20 visto na linha (d) da Figura 3.

Se o sinal de emissão do controlador PD atingir os limites superior e/ou inferior, a válvula do afogador será simplesmente aberta/fechada até a extensão permissível, atenuando o comportamento de injeção de lama a um nível 25 satisfatório, embora talvez não completamente.

A posição da válvula do afogador é controlada de acordo com a presente invenção em tempo real, em resposta às variações na pressão diferencial. Assim como em qualquer sistema computacional, existe um atraso computacional.

Entretanto, o atraso é tão pequeno, particularmente em

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41/51 relação à frequência do ciclo de injeção de lama, que pode ser ignorado.

As características de um poço de injeção de lama conhecido (poço (A) ) são mostradas na Figura 6. O poço é 5 submetido à injeção de lama severa e tão frequentemente deve ser fechado para permitir a recuperação da pressão a montante. A linha (b) da Figura 6 mostra um aumento gradual na pressão a montante ao longo do tempo, enquanto que o poço é fechado e a válvula do afogador é completamente 10 fechada. Uma vez que a pressão do furo no fundo (equivalente à pressão a montante para a injeção de lama baseada no poço, como é descrito neste exemplo) é acumulada, a válvula do afogador (Linha (b)) é aberta para recomeçar a produção. Neste instante, a pressão do furo no 15 fundo aumenta rapidamente. Neste instante, a pressão a jusante, linha (a), também cai. As pressões, então, começam a oscilar conforme a injeção de lama se desenvolve, devido à redução da pressão de furo no fundo. Após um período de tempo, a injeção de lama se torna muito severa e o poço é 20 fechado novamente, conforme mostrado pela linha (c), posição de válvula do afogador.

A Figura 7 mostra o efeito de execução do método da presente invenção no poço (A) em um primeiro experimento. A pressão a montante da zona de injeção de lama é mostrada na 25 linha (a); a pressão a jusante da zona de injeção de lama é mostrada na linha (b); a pressão diferencial é mostrada na linha (c); e a posição da válvula do afogador é mostrada na linha (d).

O sistema foi operado durante um primeiro período de tempo de acordo com a prática convencional descrita acima

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42/51 em conexão com a Figura 6. Entretanto, ao invés de permitir que a injeção de lama piore até o ponto em que o poço tenha que ser fechado, o controle da válvula do afogador foi passado para o método e aparelho da invenção por um segundo período de tempo, durando dois dias.

Durante o segundo período de tempo, a posição da válvula do afogador é controlada dinamicamente pela emissão do aparelho da presente invenção. Os meios de limitação garantem que a posição da válvula do afogador não diminua 10 abaixo de 45 % aberta e não exceda 70 % aberta. Pode ser observado que a extensão de injeção de lama diminui durante o segundo período de tempo, como evidenciado pelas reduções nos gráficos da amplitude da pressão a montante e da pressão diferencial.

A Figura 8 mostra os resultados de um segundo experimento similar, conduzido no mesmo poço, por um período de 23 dias. A única diferença foi que os meios de limitação foram ajustados para garantir que a posição da válvula do afogador não diminuísse abaixo de 50 % e não excedesse 70 %. Como na Figura 7, a linha (a) é a pressão a montante, (c) é a pressão a jusante, (b) é a pressão diferencial e (d) é a posição da válvula do afogador. Mais uma vez, o comportamento de injeção de lama foi mitigado após o aparelho da presente invenção ter sido ligado.

Entretanto, pode ser observado que a pressão a montante oscila sobre uma faixa mais ampla durante o segundo período de tempo do que mostrado na Figura 7. Isso é devido ao fato de o maior movimento restrito da válvula do afogador não mitigar a injeção de lama para a mesma extensão conforme 30 alcançada no primeiro experimento mostrado na Figura 7.

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Pode ser observado na Figura 8 que, para esse poço em particular, a pressão a montante média diminui ao longo do curso do experimento.

A Figura 9 mostra uma segunda modalidade da presente invenção. A segunda modalidade é similar à primeira modalidade mostrada na Figura 4, com a adição de um controlador mestre 17 que é fornecido para ajustar automaticamente o ponto de ajuste do controlador PD 9. Numerais de referência iguais se referem a componentes iguais. O controlador PD 9 pode ser considerado como um controlador escravo nessa modalidade. O controlador mestre também é um controlador PID. Entretanto, o coeficiente derivado é ajustado para zero, de modo que o controlador 17 atue como apenas como um controlador integral-proporcional (PI). A entrada para o controlador PI mestre 17 é a medição de pressão do primeiro sensor de pressão 5 localizado montante da porção de injeção de lama da tubulação.

controlador

PI 17 tem coeficietes integrais proporcionais, que são pré-programados por um engenheiro de instalação da mesma forma conforme descrito acima com relação à sintonização do controlador PD 9 da primeira modalidade.

O coeficiente proporcional (ganho se controlador) é selecionado para ser relativamente baixo coeficiente integral (tempo) é selecionado para ser relativamente longo, como inúmeras horas por repetição.

Dessa forma, o sinal de emissão do controlador PI mestre 17 varia apenas lentamente, assim, variando lentamente o ponto de ajuste do controlador PD escravo 9. O controlador PI 17 tem um ponto de ajuste que é pré-programado por um engenheiro com base em suas observações da pressão a

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44/51 montante ao longo do tempo.

A variação lenta no ponto de ajuste do controlador PD escravo 9, causada pelo controlador mestre 17, pode manter uma pressão a montante constante ao longo do tempo, assim, evitando variações na pressão a montante como a diminuição gradual vista no segundo experimento acima.

A Figura 10 mostra um exemplo adicional da invenção, em que o método da invenção é usado para mitigar a injeção de lama e um conduto apoiado no solo 11 para transportar 10 fluido de um ponto sobre a superfície para outro, através do qual o conduto deve ser elevado até ou sobre um impedimento, como uma formação geológica, por exemplo uma crista. A primeira porção 12 de conduto percorre ao longo do solo. A segunda porção 13 de conduto, acoplada à 15 primeira porção, é inclinada em relação à primeira porção de modo a elevar-se até ou sobre uma crista 14. A segunda porção 13 é, por sua vez, acoplada a porções adicionais 15 de conduto que dirigem o conduto ao seu destino 16.

A injeção de lama aparece nessa situação pelas mesmas 20 razões que as situações que envolvem tubulações submarinas conectadas a risers. Em conformidade, as características da invenção discutidas em conexão com esse exemplo são aplicáveis à segunda modalidade descrita acima, e vice versa. De fato, exceto se especificado em contrário, a 25 invenção de acordo com esse exemplo tem a mesma construção e opera da mesma forma que a segunda modalidade mostrada na Figura 9 e, também, numerais de referência iguais se referem a componentes iguais.

A Figura 12 mostra um exemplo adicional da invenção. A invenção de acordo com esse exemplo tem muitas

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45/51 características em comum com a modalidade mostrada na Figura 4 e, também, números de referência iguais se referem a componentes iguais. Em adição à disposição mostrada na Figura 4, o exemplo da Figura 12 compreende adicionalmente 5 meios para calcular uma média de balanço transversal 19 e um primeiro 20 e segundo 21 blocos de cálculo algébrico para fornecer um controle de restrição dinâmico dos meios de limitação 10.

Nessa modalidade, os meios para calcular uma média de balanço transversal 19 calculam uma média de balanço transversal, com o uso de uma quantidade suficiente de termos históricos conforme determinada pelo engenheiro, do sinal de emissão do controlador 9. A média de balanço transversal é, então, processada pelo primeiro 20 e segundo

21 blocos de cálculo algébrico. O primeiro bloco de cálculo algébrico 20 define uma faixa negativa desejada, isto é, uma faixa aceitável abaixo da posição de válvula do afogador de média normal 7, dessa forma, determinando o limite de restrição mais inferior. O segundo bloco de cálculo algébrico 21 define uma faixa positiva desejada, isto é, uma faixa aceitável acima da posição de válvula do afogador de média normal 7, dessa forma, determinando o limite de restrição mais elevado. Assim, será observado que os valores absolutos dos limites são determinados automaticamente.

A Figura 13 mostra um exemplo adicional da invenção. A invenção de acordo com esse exemplo tem muitas características em comum com as modalidades mostradas na Figura 4 e, também, numerais de referência iguais se 30 referem a componentes iguais. O exemplo da Figura 13

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46/51 aumenta a disposição mostrada na Figura 4 através da inclusão de um filtro passa baixo 18 localizado entre os meios de processamento 8 e o controlador 9.

Deve ser notado que os exemplos das Figuras 12 e 13 podem ser combinados, isto é, um sistema de acordo com a invenção pode compreender um controle de restrição dinâmico e um filtro passa baixo. Ainda, um ou mais controles de restrição dinâmicos e/ou um filtro passa baixo pode ser aplicado nas modalidades da invenção mostradas nas Figuras 9 e 10.

A Figura 17 mostra um exemplo adicional da invenção. A invenção de acordo com esse exemplo tem muitas características comuns com a modalidade mostrada na Figura 4 e também, numerais de referência iguais se referem a componentes iguais. Na Figura 17, a invenção foi adaptada para permitir que a pressão diferencial medida fosse compensada por uma perda de pressão de fricção com a finalidade de permitir a determinação da cabeça hidrostática verdadeira. Qualquer modalidade da invenção pode ser adaptada dessa maneira, a qual representa meramente um exemplo de um modo em que a cabeça hidrostática verdadeira pode ser determinada.

Na disposição mostrada na Figura 17, há um sensor de pressão 50 adicional localizado a montante do primeiro sensor de pressão 5, uma distância x ao longo de uma seção horizontal da tubulação 2. Os dados do sensor de pressão 50 adicional são fornecidos como alimento nos meios de processamento 8. Esses dados adicionais permitem que os meios de processamento 8 calculem a cabeça hidrostática verdadeira. A cabeça hidrostática verdadeira calculada pelos meios de

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47/51 processamento 8 é passada para o controlador PID 9.

Com	a	finalidade
verdadeira,	os meios	de
pressão	de	fricção	da
pressões	a	montante	e

segundo

5, sensores a jusante, medida de calcular a cabeça hidrostática processamento 8 subtraem a perda pressão diferencial real entre pelo primeiro de as pressões gravadas distância x entre valor para a queda unidade ao longo da pela distância y respectivamente.

diferença nas pelos sensores 50 e os dois sensores 50, de pressão de fricção tubulação.

ao longo dividida pela resulta em um por distância de

A multiplicação da tubulação desse número (que será tipicamente conhecida) entre primeiro e segundo sensores 5, 6 resulta na quantidade a ser subtraída da pressão diferencial real através da zona de injeção de lama (isto é, conforme calculada a partir da diferença entre as pressões gravadas pelo primeiro e segundo sensores 5, 6) para compensar pela perda de pressão de fricção.

Uma comparação entre a diferença de pressão medida (pressão diferencial) através da zona de injeção de lama e a cabeça hidrostática verdadeira (isto é, a diferença de pressão medida corrigida por perdas de fricção) é mostrada na Figura 15. Na Figura 15, a diferença de pressão medida (linha (a)), a cabeça hidrostática verdadeira (linha (b)) e a abertura da válvula do afogador (linha (c)) são plotadas como uma função de tempo. A diferença de pressão medida (linha (a)) e a cabeça hidrostática verdadeira (linha (b)), ambas medidas em psig (onde 1 psig = 6,89 kPag), podem ser lidas do eixo geométrico y de lado esquerdo, com a mais elevada de cada par de números referindo-se à cabeça hidrostática verdadeira (linha (b)) e a mais inferior

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48/51 referindo-se à pressão diferencial medida (linha (a)), as duas linhas sendo plotadas juntas para facilitar a comparação. A abertura da válvula do afogador, medida em termos de uma porcentagem da mais ampla abertura possível, pode ser lida a partir do eixo geométrico y de lado direito.

Os dados mostrados na Figura 15 são retirados de um período quando a diferença de pressão medida foi usada para controlar o fluxo de injeção de lama dentro de um riser, sendo que a válvula do afogador é regulada de modo a minimizar qualquer variação na diferença de pressão medida.

Enquanto o uso da diferença de pressão medida como o controle variável na presente pode realizar as vantagens da invenção, algumas vezes, pode ser especialmente benéfico usar a cabeça hidrostática verdadeira como o controle variável. Isso é demonstrado na Figura 15, em que dois períodos (A, B) são circulados. No período A, uma leve explosão foi seguida por um retorno a um perfil de retenção de líquido normal. Assim como a taxa de fluxo sofreu uma queda, também ocorreu uma queda de pressão através do riser. Enquanto que a ação do controlador foi inicialmente apropriada, a válvula foi excessivamente fechada, diminuindo a taxa de fluxo e reduzindo a queda de pressão medida total através do riser.

Em contraste, em um esforço para evitar o retorno de afogamento excessivo (e o corte do fluxo total) a resposta foi silenciada em excesso no período B. Conforme pode ser visto a partir da alteração na cabeça hidrostática verdadeira, a dimensão da lama foi significante e o riser poderia ser estrangulado na mesma maneira que no período A.

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Com a finalidade de evitar que o controlador retorne o afogamento ou abra em excesso com base no sinal de diferença de pressão medida, os limites inferior e superior podem precisar ser ajustados relativamente de modo 5 cauteloso, restringindo os movimentos da válvula, dessa forma, limitando potencialmente a resposta do controlador contra uma injeção de lama significante (conforme é mostrado na Figura B).

Em contraste, será observado a partir da Figura 15 que a cabeça hidrostática verdadeira (linha (b)) pode fornecer uma entrada mais estável do que a diferença de pressão medida (linha (a)). Portanto, usando a cabeça hidrostática verdadeira como a variável de controle, permite-se que o controlador seja sintonizado mais agressivamente sem levar 15 em consideração que mudanças na queda de pressão de fricção podem impactar no nível total de estabilidade do sistema.

A Figura 14 mostra as medições de um riser (B) submetido à injeção de lama hidrodinâmica. No perfil de injeção de lama hidrodinâmica mostrado na Figura 14, a 20 linha (a) é a queda de pressão através do riser, linha (b) é a taxa de fluxo de óleo de descarga e a linha (c) é a pressão a montante. Os valores da queda de pressão através do riser (linha (a)) e a pressão a montante (linha (c)) podem ser lidos no eixo geométrico y de lado esquerdo, com 25 o mais elevado dentre o par de números na escala referindose à queda de pressão através do riser (linha (a)) e o mais inferior referindo-se à pressão a montante (linha (c)). Tanto a queda de pressão quanto a pressão a montante são medidas em unidades de psig. Os valores da taxa de fluxo de 30 óleo de descarga (linha (b) ) , em sbd, podem ser lidos no

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50/51 eixo geométrico y de lado direito. Todas as três linhas são plotadas como uma função de tempo, que percorre ao longo do eixo geométrico x; o período de tempo de em torno de três horas de duração. É observado a partir da Figura 14 que um 5 relacionamento evidente existe entre a queda de pressão através do riser (linha (a) ) e a taxa de fluxo de óleo de descarga do riser (linha (b)); à medida que as bolhas de gás penetram na seção inclinada do conduto (o riser), a diminuição de peso da cabeça hidrostática resulta no rápido 10 deslocamento de óleo. Em contraste, nenhum relacionamento é observado entre a pressão a montante (linha (c)) e o fluxo de óleo fora do riser (linha (b)). Portanto, será observado que a queda de pressão através do riser fornece um manuseio mais confiável no comportamento de injeção de lama 15 hidrodinâmica do que da pressão a montante.

O sistema de controle e método da invenção podem ser usados para controlar outros sistemas que são submetidos a uma severa e/ou hidrodinâmica injeção de lama. Mais particularmente, qualquer sistema que envolve o fluxo de 20 fluido a partir de um primeiro conduto para o segundo conduto que é inclinado a jusante em relação ao primeiro conduto, o qual é submetido à injeção de lama, poderia ser controlado pela presente invenção. Por exemplo, se a injeção de lama surgisse em um sistema em que um fluido 25 fosse produzido em um processo em um local e, então, fosse transportado para um segundo local, como uma instalação de armazenamento ou tratamento, em que o segundo local fosse maior do que o primeiro loca, a invenção poderia ser usada para mitigada tal injeção de lama. Outras situações em que 30 a invenção poderia ser usada para mitigar a injeção de lama

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51/51 se tornarão evidentes ao elemento versado na técnica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para mitigar a formação de lama em uma corrente de fluido multifásico que flui através de um conduto CARACTERIZADO pelo fato de que o conduto compreende uma

5 primeira porção (2) e uma segunda porção que é inclinada a montante em relação à primeira porção e em que a corrente de fluido multifásico compreende uma fase gasosa e uma fase líquida, em que o método compreende as etapas de:

(a) determinar a pressão no conduto a montante de uma 10 zona de injeção de lama;

(b) determinar a pressão no conduto a jusante da zona de injeção de lama;

(c) determinar a diferença de pressão real ao longo da zona de injeção de lama ao subtrair a pressão a jusante da

15 etapa (b) da pressão a montante da etapa (a);

(d) determinar o erro entre uma diferença de pressão alvo e a diferença de pressão real;

(e) produzir um sinal que compreende um primeiro componente que é proporcional ao erro e um segundo componente

20 que é proporcional à taxa de mudança do erro ao longo do tempo; e (f) usar o sinal produzido na etapa (e) para controlar a posição de uma válvula do afogador ajustável (7) localizada a jusante da zona de injeção de lama de modo a estabilizar

25 o aparecimento de variações na diferença de pressão real ao longo do tempo.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a diferença de pressão real é determinada pela subtração da queda de pressão de fricção

30 através da zona de injeção de lama da diferença de pressão

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2/5 real determinada na etapa (c).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,

CARACTERIZADO por compreender adicionalmente determinar a retenção de líquido dentro da zona de injeção de lama com 5 base na diferença de pressão real e/ou em que o erro determinado na etapa (d) indica o erro entre uma retenção de líquido alvo e a retenção de líquido real para que o controle na etapa (f) estabilize variações na retenção de líquido ao longo do tempo.

10 4. Método, de acordo com a reivindicação 3,

CARACTERIZADO pelo fato de que a retenção de líquido indica a densidade da mistura.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que um controlador

15 derivado-integral-proporcional (PID) (9) é fornecido para produzir o sinal, em que o coeficiente integral do controlador PID é ajustado para 0.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 5, CARACTERIZADO por compreender a etapa adicional de 20 inserir a pressão a montante da etapa (a) em um controlador mestre (17) que produz um sinal de emissão para ajustar automaticamente a diferença de pressão alvo, a cabeça hidrostática verdadeira alvo, a retenção de líquido alvo ou a densidade de mistura alvo.

25 7. Método, de acordo com a reivindicação 6,

CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador mestre (17) é um controlador PID tendo seu coeficiente derivado ajustado para zero.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações

30 1 a 7, CARACTERIZADO por incluir adicionalmente a etapa de

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3/5 impor limites superiores e inferiores no sinal produzido antes de usar o sinal para controlar a posição da válvula do afogador ajustável (7).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8,

5 CARACTERIZADO pelo fato de que o limite superior é até 40%, de preferência, até 20% acima do limite inferior.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, CARACTERIZADO por compreender a implantação de limites de restrição dinâmica.

10 11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que as pressões a jusante e a montante são determinadas de forma contínua e o sinal é produzido de forma contínua.

12. Sistema para mitigar a formação de lama em uma

15 corrente de fluido multifásico que flui através de um conduto, CARACTERIZADO pelo fato de que o conduto compreende uma primeira porção (2) e uma segunda porção (3) que é inclinada a montante em relação à primeira porção e em que a corrente de fluido multifásico compreende uma fase gasosa

20 e uma fase líquida, sendo que o sistema compreende:

(i) um primeiro sensor (5) para medir a pressão no conduto a montante de uma zona de injeção de lama;

(ii) um segundo sensor (6) para medir a pressão no conduto a jusante da zona de injeção de lama;

25 (iii) meios (8) para determinar a diferença de pressão real entre as medidas de pressão a jusante e a montante;

(iv) meios (9) para determinar o erro entre uma diferença de pressão alvo e a diferença de pressão real; e (v) meios (9) para produzir um sinal que compreende um

30 primeiro componente que é proporcional ao erro e um segundo

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4/5 componente que é proporcional à taxa de mudança do erro ao longo do tempo, em que o sinal é utilizável para controlar uma posição de uma válvula do afogador ajustável (7) localizada a jusante da zona de injeção de lama de modo a
5 estabilizar o aparecimento de variações na diferença de pressão real ao longo do tempo.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO por compreender meios para subtrair a queda de pressão de fricção através da zona de injeção de lama e em
10 que a diferença de pressão real é determinada pela subtração da queda de pressão de fricção a partir da diferença de pressão medida.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, CARACTERIZADO por compreender meios para determinar a
15 retenção de líquido dentro da zona de injeção de lama com base na diferença de pressão real e/ou em que o erro determinado indica o erro entre uma retenção de líquido alvo e a retenção de líquido real.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 12,

20 CARACTERIZADO pelo fato de que os meios (9) para produzir o sinal compreendem um controlador PID no qual o coeficiente integral é ajustado para zero.
16. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicação 12 a 15, CARACTERIZADO por compreender

25 adicionalmente um controlador mestre (17) para ajustar automaticamente a diferença de pressão alvo ou a cabeça hidrostática verdadeira alvo ou a retenção de líquido alvo ou a densidade de mistura alvo, em que o controlador mestre (17) tem a medida de pressão a montante do primeiro sensor 30 (5) como sua entrada.

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5/5
17. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, CARACTERIZADO por compreender adicionalmente meios de limitação (10) para limitar a posição da válvula do afogador ajustável (7) para ser igual ou acima

5 de um limite inferior e igual ou abaixo de um limite superior.
18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o limite superior é selecionado para ser até 40%, de preferência, até 20% acima

10 do limite inferior.
19. Sistema, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, CARACTERIZADO por compreender adicionalmente meios para implantar limites de restrição dinâmica.
20. Sistema, de acordo com qualquer uma das

15 reivindicações 12 a 19, CARACTERIZADO por compreender adicionalmente um filtro (18) adaptado para filtrar ruído que emana da determinação das pressões a montante e a jusante da zona de injeção de lama.