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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
