Controle de Golfadas em processos de exploração de petróleo

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Artigo publicado em congresso da Petrobrás em que novas técnicas de controle de golfadas é apresentado.

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TÉCNICAS DE CONTROLE REGULATÓRIO NÃO-LINEAR APLICADAS AO CONTROLE DE GOLFADAS EM PROCESSOS DE EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO

Dr. Adhemar de Barros Fontes (UFBA)Dr. Adhemar de Barros Fontes (UFBA)

Dr. Mario Cesar Mello Massa Campos (CENPES/Petrobras)Dr. Mario Cesar Mello Massa Campos (CENPES/Petrobras)

MSc. Márcio Ribeiro da Silva Garcia (UFBA)MSc. Márcio Ribeiro da Silva Garcia (UFBA)

Ramon Almeida Reis de Souza (UFBA)Ramon Almeida Reis de Souza (UFBA)

Acbal Rucas Andrade Achy (UFBA)Acbal Rucas Andrade Achy (UFBA)

Projeto REDICONTProjeto REDICONT

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SumárioSumário

Atividades DesenvolvidasAtividades Desenvolvidas

1. Definição do problema;

2. Modelo não - linear;

3. Resumo dos controladores;

4. Plataforma de testes;

5. Resultados

6. Conclusões

7. Trabalhos Futuros

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1 – 1 – DefiniçãoDefinição do Problema do Problema

Vazão de entrada sujeita a perturbações do tipo golfadas;Vazão de entrada sujeita a perturbações do tipo golfadas;

Objetivo do controlador (LIC): Minimizar o efeito da golfada na Objetivo do controlador (LIC): Minimizar o efeito da golfada na vazão de saída;vazão de saída;

Nível no tanque variando entre 65% e 75%.Nível no tanque variando entre 65% e 75%.

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2 - Modelo não-linear2 - Modelo não-linear

O sistema pode ser aproximado por um modelo de primeira ordem O sistema pode ser aproximado por um modelo de primeira ordem a parâmetros variantes:a parâmetros variantes:

2.1 – Modelo contínuo:2.1 – Modelo contínuo:

2.2 – Modelo discreto (incluindo o zoh):2.2 – Modelo discreto (incluindo o zoh):

( )( )( ) ( )* 1 * ( ) ( )t

hp i oh t K h e q t q tτ

− = − −

( ) ( )( ) ( )( ) * ( )* 1 * ( ) ( )s sT T

h hs s p i s o sh kT e h t kT K h e q t kT q t kTτ τ

− − = − + − − − −

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2 - Modelo não-linear2 - Modelo não-linear

Identificação de ganho Kp(h) e pólo p(h) em malha fechada;Identificação de ganho Kp(h) e pólo p(h) em malha fechada;

Para 65% < h < 75%:Para 65% < h < 75%:

4 2 2( ) 4,912*10 4,57*10 2,1096pK h h h− −= − + − 6 2 4 2( ) 2,921*10 3,981*10 1,436*10p h h h− − −= − + −

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3 - Resumo dos Controladores3 - Resumo dos Controladores

3.1 - Controlador PI Não - linear (Contínuo)3.1 - Controlador PI Não - linear (Contínuo)

3.2 - Controladores PI Não-Linear (Discreto)3.2 - Controladores PI Não-Linear (Discreto)

( , )( ) ( , )* ( ) * ( )c

K h tu t K h t e t e t dt

Ti= + ∫

( , ) ( , )* ( )c cK h k h k K hα=%

max ( )( , ) * h h kh k e βα α − −=

[ ]( , )( ) ( 1) ( , ), ( ), ( 1)

( )

TKc h ku k u k Kc h k e k e k

Ti h

= − + − −

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3.3 - Controlador Preditivo GPC com restrições3.3 - Controlador Preditivo GPC com restrições

3.4 - Controlador PI - Preditivo sem restrições3.4 - Controlador PI - Preditivo sem restrições

( ) || ( ( ) ) 5% ||REFe k h k h= − −

0.1 0.01* ( )e kλ = +

2 21 1

min ( ) ( )Ny Nu

GPC oi i

K J X k i Q k iω λ

= =

= = + + +

∑ ∑

( ) ( )o GPCQ k K X k=

2 21 1

min max

min ( ) ( )

. :

Ny Nu

o oi i

Q J h k i q k i

s a Qo Qo Qo

Qo Qo Qo

H H H

ω λ

= =

= = + + ∆ +

< <

∆ < ∆ < ∆< <

∑ ∑

[ ]( ) ( ), ( )T

X k e k k= Φ

3 - Resumo dos Controladores3 - Resumo dos Controladores

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4 - Plataforma de Testes 4 - Plataforma de Testes (simulação)(simulação)

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4 - Plataforma de Testes 4 - Plataforma de Testes (piloto)(piloto)

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4 - Plataforma de Testes (IHM)4 - Plataforma de Testes (IHM)

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5 - Resultados5 - Resultados

5.1 – Sintonia dos Controladores:5.1 – Sintonia dos Controladores:

Parâmetros de Sintonia

PI (Contínuo)

PI (discreto)

PI - Preditivo

GPC

α 1,4 4,5 0,25 0,1

β 0,01 0,01 0,2 0,05

Ny - - 20 25

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5.2 – Nível no tanque:5.2 – Nível no tanque:

5 - Resultados5 - Resultados

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5.3 – Vazão de Saída:5.3 – Vazão de Saída:

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5.4 – Índices de Desempenho:5.4 – Índices de Desempenho:

Índices PI (Contínuo) PI (discreto) PI-Preditivo GPC

ε 642,26 749,47 694,79 636,67

∆Qo/∆Qi 0,3250 0,6767 0,8420 0,9024

LQo/LQi 1,1676 1,2756 1,8438 1,2869

(∆Qo/LQo)/(∆Qi/LQi) 0,2780 0,5310 0,457 0,7010

1 2 3u u I A Eε α µ α σ α= + +

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Grande concordância entre os resultados obtidos experimentalmente e os Grande concordância entre os resultados obtidos experimentalmente e os resultados obtidos via simulação, inclusive para a mesma sintonia, dando resultados obtidos via simulação, inclusive para a mesma sintonia, dando bastante embasamento às estratégias desenvolvidas;bastante embasamento às estratégias desenvolvidas;

O controlador PI não - linear contínuo apresenta melhor desempenho geral. O controlador PI não - linear contínuo apresenta melhor desempenho geral. Destaque para o controle do nível dentro das restrições do processo com Destaque para o controle do nível dentro das restrições do processo com uma perturbação mínima na vazão de saída; uma perturbação mínima na vazão de saída;

Grande facilidade na sintonia de todos os controladores desenvolvidos. Grande facilidade na sintonia de todos os controladores desenvolvidos. Apenas dois parâmetros são necessários;Apenas dois parâmetros são necessários;

Os controladores discretos em geral apresentaram comportamento bastante Os controladores discretos em geral apresentaram comportamento bastante semelhante, não havendo vantagem clara em um deles;semelhante, não havendo vantagem clara em um deles;

5 – Comentários:5 – Comentários:

6 - Conclusões6 - Conclusões

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Implementação dos controladores não-lineares em CLP / Implementação dos controladores não-lineares em CLP / SCADA. Desenvolvimento do supervisório para os testes SCADA. Desenvolvimento do supervisório para os testes finais;finais;

Possível aplicação em campo a ser definido pela Petrobrás.Possível aplicação em campo a ser definido pela Petrobrás.

7 – Trabalhos Futuros7 – Trabalhos Futuros

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