Controle Inteligente de Sistemas de Bombeamento em Redes de Escoamento de Petróleo

Controle Inteligente de Sistemas de Bombeamento em Redes de

Escoamento de Petróleo

O SmartPumping

Projeto MDTP – 2002-2003SmartPumping – 2005-2007

Cooperação UFCG e PETROBRAS (UN-RNCE e CENPES), com participação de pesquisadores do CEFET-PB, UFRN e USP.

O SmartPumping

Objetivos: Algoritmos para simulação e otimização

da operação e do dimensionamento de malhas de escoamento de petróleo

Software flexível e de qualidade

Análise e planejamento operacional das bombas Simulação de cenários operacionais Simulação de regras de operação Aperfeiçoamento/Otimização da operação Análise da robustez da operação à

variabilidade do contexto

Dimensionamento de novas malhas ou novos elementos

Simulação e Recomendação da operação das bombas em tempo real

Concepção: Modos de Uso

A malha de escoamento

Elementos representados: Tanques, dutos, bombas, nós e estações

Malhas interdependentes (sub-malhas)

Tanques produtores, receptores e produtores/receptores

tanque produtor da sub-rede 1 e tanque receptor

da sub-rede 3

sub-rede 2

sub-rede 1

sub-rede 3

bomba

tanques produtores

tanques produtores

Tanque receptor

final

nó

duto

B

B

B

B

B

B

B

B

B

Estações

Legenda:

Tanque

Bomba

Nó Duto

Estação

A malha de escoamento

A malha de escoamento

A malha de escoamento

Simulação do escoamento:o coração do sistema

Para determinadas Malha física de escoamento Condições iniciais de níveis de tanques e

propriedades de fluidos Cenários de produção de petróleo Controle recomendado para as bombas

calcula, ao longo do tempo, níveis de tanques, vazão, velocidade e

pressão nos dutos, e propriedades dos fluidos resultantes de misturas

Consumo, demanda e custo de energia

Simulação do escoamento

Simulação do escoamento

Simulação do escoamento

Simulação do escoamento

Simulação do escoamento

Simulação do escoamento

Simulação do escoamento

Simulação do escoamento

Simulação do escoamento

Simulação do escoamento

Modos de Simulação

Simulação não Dirigida Simula um cenário sem considerar os níveis de

segurança dos tanques

Simulação Dirigida Simula um cenário considerando os níveis de

segurança dos tanques

Simulação Comparativa Simula um cenário em tempo real a partir de

condições iniciais do supervisório Pode ser usada para:

Comparar numericamente e graficamente os valores simulados com os valores observados

Analisar a consistência do modelo hidráulico

Controle das bombas

Manual Sugerido pelo usuário

Regras Guiadas pelos níveis de segurança dos tanques

Para evitar alarmes (violações de restrições)

Baseadas no conhecimento dos operadores, para manutenção da vazão de entrega na estação receptora

Otimização Considerando um ou mais objetivos

Exemplo

Projeto de novas malhas ou elementos

Elementos que serão dimensionados

Elementos que serão dimensionados

Projeto de novas malhas ou elementos

Tratamento dos Dados Monitorados

SmartPumping Usuário

Processo de transferência Adaptação/familiarização:

Uso intensivo do SmartPumping Avaliação conceitual Avaliação da interface

Utilização do SP como ferramenta operacional: Cadastramento da malha Calibração do modelo hidráulico Operacionalização do sistema

Controle Inteligente de Sistemas de Bombeamento em Redes de

Escoamento de Petróleo

Produção dos campos: Permite a edição de cenários da

quantidade e propriedades do fluido que entra nas estações ao longo do tempo

Permite a incorporação de equação de previsão pelo usuário

Alarmes: Permite a especificação de restrições

operacionais para dutos, tanques e nós

Simulação do escoamento

Elementos da Malha Bombas:

bombas volumétricas e centrífugas com velocidade constante

Aceita bombas em paralelo, mas não em série Dutos:

Simula conjuntos de dutos em paralelo Propaga fluidos distintos ao longo do duto

Tanques: único fluido dentro do tanque, para um

determinado instante Representa dois tanques numa mesma estação,

funcionando independentes ou equalizados Fluido:

Simula mistura de todas as propriedades do fluido ao longo da malha

Simulação do escoamento

Utiliza equações da hidráulica do fluxo permanente

Considera escoamento monofásico

Ignora perdas de carga singulares

Pode ser calibrada para ajuste ao escoamento monitorado, através de ferramenta de apoio

Consumo de energia: Custo total energético (consumo e

demanda) Ignora o custo devido à energia reativa e

ao fator de potência Aceita diferentes tipos de tarifação de alta

tensão Utiliza tarifas diferenciadas com relação ao

período do dia, ao período do ano e a feriados

Considera várias unidades consumidoras de energia

Simulação do escoamento

Objetivos

Simular e otimizar a operação de malhas de escoamento com:

Máxima eficiência no transporte Menor custo operacional Controle de pressão e velocidade Redução dos riscos de falhas operacionais

... ...

Horizonte de operação

Intervalo de controle

Linha do tempo

Escalonamento sugerido pelo módulo

de controle

Qual o controle para o horizonte?

Aplica escalonamento para o próximo intervaloSimula e mostra para

todo o horizonte

Ativa módulo de controleEncontra o

escalonamento para o próximo horizonte

Supervisório

Atualiza o sistema com dados do supervisório

Concepção

... ...

Ativa módulo de controle

Novo escalonamento sugerido pelo módulo de

controle

Concepção

Qual o escalonamento para o horizonte?

Aplica escalonamento para o próximo intervaloSimula e mostra para

todo o horizonte

Supervisório

Atualiza o sistema com dados do supervisório

... ... ...

Múltiplos tanquesConsiderações e Limitações:

Modela no máximo dois tanques por estação

As estações possuem uma única entrada e uma única saída de fluido

Calcula o custo da operaçãoPossíveis estados dos tanques :

“Recebendo” “Transferindo” “Transferindo/Recebendo” “Disponível para receber” “Disponível para transferir” “Indisponível”

Consideração de diversas unidades gerenciais

O SmartPumping busca a eficiência global do sistema

A adoção dessa concepção pode causar prejuízos individuais em algumas unidades gerenciais

Implementou-se uma ferramenta para alocar a economia global obtida com o controle otimizado entre todas as unidades gerenciais, de modo que todas obtenham o mesmo percentual de economia

Simulação Comparativa

Objetivos: Simular um cenário em tempo real a partir de

condições iniciais do supervisório Comparar numericamente e graficamente os valores

simulados com os valores observados Analisar a consistência do modelo hidráulico

Como funciona: No início de cada intervalo de cálculo, adquire-se os

dados atualizados do supervisório: nível dos tanques, estados das bombas, vazão e pressão

O SP: com os dados de estado e nível, simula e calcula os valores de Nível, vazão e pressão

Comparam-se os valores calculados pelo SP (Nível, vazão e pressão) com os adquiridos do supervisório

Saída: gráficos de comparação e arquivos com os valores calculados para cada elemento monitorado

A Ferramenta de Projeto

Objetivo: Auxiliar no planejamento, projeto e

expansão de redes

Recursos Dimensionamento de novas malhas Dimensionamento de novos elementos:

conjunto de bombas, conjunto de tanques e dutos

A Ferramenta de Projeto

Soluções propostas pelo dimensionamento : Menor custo de investimento Menor custo operacional Vazão de transferência constante Apoio à decisão quanto a incorporação

de novos elementos na malha

A Ferramenta de Projeto

Considerações e limitações: Produção dos poços constante Os tanques dimensionados funcionam

euqualizados Considera a vazão nominal das bombas

no dimensionamento de novos elementos

Dimensiona pelo menos dois tanques para cada estação

Dimensiona bombas reservas Não dimensiona um novo elemento para

um conjunto já existente

A Ferramenta de Projeto Cadastro do banco de dados:

Tabela com opções de tanques Tabela com opções de dutos Tabela com opções de tanques Pré-seleção de elementos

A Ferramenta de Projeto Cadastro do banco de dados:

A Ferramenta de Projeto Cadastro do banco de dados:

A Ferramenta de Projeto Cadastro do banco de dados:

A Ferramenta de Projeto Dados de entrada: Tempo de

tancagem Arquivo de

previsão da produção

Arquivo de controle (dimensionamento de novos elementos)

A Ferramenta de Projeto Arranjo dos elementos:

Elementos que serão dimensionados

Rotina de Dimensionamento

Tanques: Volume mínimo de tancagem Enumeração exaustiva de todas as

opções de tanques Melhor solução: que mais se aproxima do

volume mínimo de tancagem e tem menor custo

Dutos: Caminhamento das vazões Enumeração exaustiva de todas as

opções de dutos Custos de investimento

Rotina de Dimensionamento

Bombas: Enumeração exaustiva de todas as

opções de bombas Cálculo da Hman a partir da vazão de

projeto (previsão da produção) Para cada solução de dutos calcula-se a

altura manométrica ideal Para cada solução de dutos, a solução de

bombas cuja Hman seja superior e mais próxima da calculada

Bombas reservas Custo de investimento

Rotina de Dimensionamento

Cálculo do custo da operação: Assume um controle com todas as

bombas dimensionadas ligadas Simula a malha para um dia útil e feriado

(seco e úmido) Calcula o custo da operação

Cálculo da função objetivo: A solução que combine o menor custo de

investimento e operação

Resultado do Dimensionamento

Concepção

Simulação

Simulação