Automação, Controle e Otimização em Sistemas de Produção de Petróleo

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1 Automação, Controle e Otimização em Sistemas de Produção de Petróleo Departamento de Automação e Sistemas Universidade Federal de Santa Catarina Apresentação da Rede Temática GeDIg, Março de 2008

2 Sumário 1 PARTE I: Fatos e Estatísticas 2 PARTE II: Nossa Visão 3 PARTE III: Pesquisas Passadas e em Andamento na Área de Petróleo no DAS 4 PART IV: Projetos Futuros

3 Sumário 1 PARTE I: Fatos e Estatísticas 2 PARTE II: Nossa Visão 3 PARTE III: Pesquisas Passadas e em Andamento na Área de Petróleo no DAS 4 PART IV: Projetos Futuros

4 Fatos e Estatísticas Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) Em Florianópolis (pop ) alunos de graduação alunos de pós-graduação professores

5 Fatos e Estatísticas Departamento de Automação e Sistemas (DAS) 21 professores 300 alunos de graduação (1 o Curso de Eng. C&A) 40 estudantes de mestrado 30 alunos de doutorado

6 Áreas de Pesquisa do DAS Teoria do controle e aplicações Controle linear e não-linear Sistemas a eventos discretos Controle preditivo Robótica Informática industrial Sistemas embarcados e tempo-real Redes industriais Computação Algoritmos Tolerância a falhas Segurança de redes Otimização de sistemas

7 Academia e Indústria Competência Acadêmica Programa de Pós-graduação em Eng. Elétrica consolidado 1 0 Programa de Pós-graduação em Eng. de Automação e Sistemas Curso de Graduação em Eng. Controle e Automação (entre os melhores do país) Professores com doutorado obtido em excelentes universidades Parceria Industrial Petrobras WEG FIAT Eletrobras

8 Sumário 1 PARTE I: Fatos e Estatísticas 2 PARTE II: Nossa Visão 3 PARTE III: Pesquisas Passadas e em Andamento na Área de Petróleo no DAS 4 PART IV: Projetos Futuros

9 Nossa Visão: Tendências Tendências Tecnológicas Avanços nas tecnologias da informação e comunicação Potencial para coleta e integração de informações Políticas ótimas de tomada de decisão Automação de sistemas complexos encontrados na indústria do petróleo

10 Nossa Visão: Tendências Automação de sistemas complexos encontrados na indústria do petróleo

11 Nossa Visão: Desafios Desafios Embora as medições demandem instrumentos especializados, grandes desafios estão: no gerenciamento de grandes volumes de dados na transformação dos sinais de sensores em decisões (algorítmica) na resposta dinâmica aos parâmetros de reservatório e indicadores econômicos que agregem valor aos ativos.

12 Nossa Visão: Dificuldades Obstáculos à Operação Otimizada alto custo de sensores medidores multifásicos lenta transferência de tecnologia no setor de recuperação conservadorismo e resistência no emprego de métodos formais para automação, controle e otimização de processos

13 Nossa Visão: Objetivos em GeDIg Objetivos em GeDIg 1 Desenvolver um sistema integrado de coleta de informações e tomada de decisão com uma visão sistêmica do campo de petróleo que considere a dinâmica de curto e longo prazo 2 Permitirá a otimização de todos os processos, buscando atingir os objetivos econômicos e ambientais

14 Conceitos: Poços Inteligentes Os objetivos acima estão alinhados com o conceitos de: Poços Inteligentes (Smart Wells) Campos Inteligentes (Smart Fields) Poço Inteligente Projeto e completação que incorporam equipamentos de fundo de poço para controlar fluxo, combinados com sensores de pressão, temperatura e composição de fluxo Para controlar e otimizar, há que se medir variáveis e desenvolver modelos de predição

15 Conceitos: Campos Inteligentes Além do poço, para controlar equipamentos de superfície e todo o reservatório Otimizar a produção do campo de petróleo Smarter beyond the wellbore

16 Como Tornar Campos Inteligentes (GeDIg) em uma Tecnologia? Agenda de Pesquisa 1 Sensores e atuadores para emprego em fundo de poço, linhas e equipamentos de superfície 2 Redes de comunicação para grandes volumes de dados 3 Modelos hierárquicos e integrados dos diferentes processos 4 Algoritmos para manipulação dos modelos que viabilizem o gerenciamento, controle e otimização integrados da produção do campo 5 Recursos humanos (novo paradigma)

17 Sumário 1 PARTE I: Fatos e Estatísticas 2 PARTE II: Nossa Visão 3 PARTE III: Pesquisas Passadas e em Andamento na Área de Petróleo no DAS 4 PART IV: Projetos Futuros

18 O Programa PRH-34 Programa financiado pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) através de seu Programa de Formação de Recursos Humanos (PRH) Temática em Automação e Controle para a Indústria do Petróleo e Gás

19 PRH-34 Objetivos do Programa Complementar a formação de engenheiros (graduação e pós-graduação) na área de automação, controle e instrumentação para atuarem na indústria do petróleo e gás. O PRH-34 tem como membros: Departamento de Automação e Sistemas Departamento de Engenharia Química Curso de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial

20 PRH-34: Pesquisa Algumas linhas de pesquisa no setor E&P: Automação e controle de poços com elevação por GLC (Gas-lift contínuo) Otimização de operações de gas-lift Predição de desgaste de brocas de perfuração utilizando redes neuronais Controle de oscilações usando sistemas chaveados aplicado no controle de golfadas severas Controle de estrutura variável para a supressão de oscilações em sistemas de perfuração de poços

21 PRH-34: Pesquisa Algumas linhas de pesquisa no setor E&P (continuação): Modelagem, controle e detecção de falhas em processos de bombeio-mecânico Modelos ARMAX e NARMAX de poços operando por GLC Controle preditivo não linear aplicado no controle de poços operando por GLC Estudo de técnicas com infra-vermelho para a medição de vazão de gás Desenvolvimento de medidores de fração de água baseados em micro-ondas

22 PRH-34: Pesquisa Futura Algumas linhas pesquisas futuras no setor E&P: Medidor de vazão em escoamento multifásico baseado em separação parcial em linha Novas técnicas de controle para perfuração baseado na teoria de sistemas dinâmicos não suaves Controle preditivo baseado em modelo aplicado a um processo de recuperação por injeção de água Otimização de elevação por gas-lift com restrições nas facilidades de transporte e tratamento dos fluidos produzidos

23 PRH-34: Pesquisa Futura Algumas linhas pesquisas futuras no setor E&P: Medidor de vazão em escoamento multifásico baseado em separação parcial em linha Novas técnicas de controle para perfuração baseado na teoria de sistemas dinâmicos não suaves Controle preditivo baseado em modelo aplicado a um processo de recuperação por injeção de água Otimização de elevação por gas-lift com restrições nas facilidades de transporte e tratamento dos fluidos produzidos

24 PRH-34: Pesquisa Futura Algumas linhas pesquisas futuras no setor E&P (continuação): Modelagem e controle da elevação de fluidos multifásicos em risers submarinos Projeto de instrumentos para controle preditivo multivariável em uma rede Fieldbus Foundation Concepção de instrumentos para medição de saturação de água utilizando tecnologia de micro-ondas Modelagem, controle e otimização da elevação por gas-lift intermitente

25 Outros Projetos de Pesquisa Desenvolvimento de Algoritmos de Controle para Métodos de Elevação Artificial (CENPES-Petrobras) Agentes Inteligentes para Controle Distribuído de Sistemas Complexos (CENPES-Petrobras) Desenvolvimento de Medidores de Vazão em Escoamento Multifásico Fase 1 (CTPetro-CNPq) Modelos e Algoritmos para Escalonamento de Compressores Gas-Lift (Edital-Universal-CNPq)

26 Algoritmos de Controle para Métodos de Elevação Artificial (CENPES-Petrobras) Objetivo: Desenvolver soluções para a automação de poços de petróleo que otimizem a produção utilizando medições de superfície e de fundo de poço. Utilização de Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) conectados a simuladores de poço e executando os algoritmos de controle. Elevação artificial por BM e GLC

27 Agentes Inteligentes para Controle Distribuído de Sistemas Complexos (CENPES-Petrobras) Objetivo Investigar o potencial teórico-prático de técnicas de controle multiagente em sistemas dinâmicos complexos, encontrados em plantas petroquímicas e de refino de petróleo: buscando a operação integrada dos processos visando a otimização global do sistema provendo maior autonomia, adaptação a novos cenários e tolerância a falhas.

28 Medidores de Vazão de Baixo Custo para Escoamento Multifásico de Óleo Pesado Fase 1 (CTPetro-CNPq) Objetivo Iniciar pesquisas sobre técnicas de baixo custo para a medição de vazão em escoamento multifásico. Outros objetivos: instalar um lab. de escoamento multifásico para ensino estudar técnicas de medição de fração de água em óleo e vazão mássica de gás desenvolver técnicas para o controle de golfadas severas estudar novas técnicas de separação água-óleo-gás

29 Sumário 1 PARTE I: Fatos e Estatísticas 2 PARTE II: Nossa Visão 3 PARTE III: Pesquisas Passadas e em Andamento na Área de Petróleo no DAS 4 PART IV: Projetos Futuros

30 Implantação do Laboratório de Automação de Campos Inteligentes (LACI) (CENPES-Petrobras) Objetivo do Projeto de Infra-estrutura Adquirir equipamentos e montar infra-estrutura básica do Laboratório de Automação de Campos Inteligentes (LACI) O LACI fará parte do Instituto do Petróleo, Gás e Energia (INPetro) da UFSC Complementar a infra-estrutura física do INPetro com a aquisição e instalação do sistema de climatização

31 Laboratório de Automação de Campos Inteligentes Objetivos Área de 750 m 2 para laboratórios Mobiliário Central telefônica Infra-estrutura física para rede de computadores Cluster computacional Softwares de simulação, otimização e controle Planta para elevação de fluidos incluindo 3 poços e 1 riser

32 Linhas de Pesquisas no LACI: Alinhadas Com os Objetivos da Rede Temática GeDIg Linhas de Pesquisas do LACI 1 Sistemas de automação, controle e otimização para os diversos métodos de elevação artificial: injeção contínua de gás, injeção intermitente de gás, bombeio mecânico, bombeio centrífugo submerso, etc. 2 Unmanned Platforms: estudo, proposta e desenvolvimento de técnicas para operação remota de plataformas de produção de petróleo e gás. 3 Sistemas de controle e automação via rede com diferentes meios físicos (wireless, cabo submarino, fibra ótica, etc.). 4 Integração dos sistemas de automação de plataformas e de gerenciamento da explotação do campo.

33 Atividades a Serem Desenvolvidas no Laboratório de Elevação Algumas atividades previstas no LACI: Teste de estratégias de controle para elevação artificial, tais cmo GLC e BCS. Testes de algoritmos de controle para escoamento multifásico em risers submarinos. Testes de equipamentos. Verificação prática de estratégias de otimização no controle de poços. Formação de recursos humanos: ensino e treinamento.

34 Fim Eduardo Camponogara e Agustinho Plucenio Departamento de Automação e Sistemas Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis, SC Brazil