Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-26T08:51:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303356.pdf: 3566227 bytes, checksum: 8f1f75f1fcdcf746c471b25658f476a3 (MD5) / O método de elevação via gas-lift contínuo trata-se de um método muito utilizado pela indústria de petróleo, inclusive no Brasil onde é responsável por mais de 70% da produção. Essa grande utilização justifica a necessidade de ampliar os estudos e portanto do desenvolvimento de um modelo que consiga descrever os comportamentos dinâmicos e de regime permanente. Além disso, quando o poço opera com baixas vazão de injeção de gás podem ocorrer dois fenômenos oscilatórios característicos desse método de elevação, o Heading e o Density Wave, que também precisam ser descritos pelo modelo. O objetivo deste trabalho é então desenvolver um modelo fenomenológico simplificado que consiga descrever todos esses comportamentos. Para isso são aplicados os princípios de conservação de massa e de quantidade de movimento, como efeito de simplificação não foi considerado o princípio de conservação de energia, adotando-se uma temperatura constante para todo o comprimento do poço. Para validação dos resultados utilizou-se um simulador comercial, cujos dados foram confrontados aos do modelo. Como possíveis aplicações foi apresentada uma nova estratégia de controle e um exemplo de otimização do produção de óleo. / Gas-lift is an artificial lift method widely used by the petroleum industry, especially in Brazil where it is responsible for more than 70% of the total oil production. This widespread use justifies the need to expand the studies and therefore the development of a model that can describe its dynamic and steady-state behavior. Moreover, when the well operates with low gas injection flow rates two oscillatory phenomena, heading and density wave, characteristic of this elevation method, may happen and must be described by the model. The objective of this work is then to develop a simplified phenomenological model that can describe all these behaviors. For this purpose the mass and momentum conservation laws are applied. In order to obtain a simple but representative model the energy conservation law was not considered adopting a constant temperature throughout the length of the well. To validate the model results a commercial simulator was used. Examples of the model application in the area of control and optimization are presented. A new control strategy for heading and density wave phenomena is developed and simulated and the simulation results obtained with the optimization of the oil production of a group of wells is presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:08:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344655.pdf: 1117941 bytes, checksum: a45c92ea3c17a0805934928a27206a2e (MD5) Previous issue date: 2016 / A otimização da produção de poços de petróleo operados por injeção contínua de gás (gas-lift) sob restrições de roteamento e pressão é um problema que tem sido bastante abordado na literatura técnica.Na busca por uma representação da relação em regime permanente entre variáveis do processo, recorre-se, frequentemente, a funções algébricas. Funções essas derivadas a partir de um conjunto de dados obtidos de medições reais ou de simuladores fenomenológicos do processo. Dois métodos são comumente usados para aproximar essas relações: modelos não lineares e lineares por partes. Modelos não lineares são resolvidos por abordagens "caixa-preta" ou fazem uso de substituições obtidas por meio de ajustes nas funções que envolvem o problema, o que permite resolver problemas difíceis.Já os modelos lineares por partes são bastante eficientes no sentido de permitirem que se alcance ótimos globais, entretanto, inserem no problema de otimização um número elevado de variáveis quando são utilizadas muitas curvas para a representação do modelo.Nessa dissertação é proposta uma abordagem genérica para a solução do problema a partir de aproximações lineares ou quadráticas côncavas para curvas de produção de poços e funções lineares ou quadráticas convexas para curvas de queda de pressão. O resultado é uma formulação em Programação Convexa Inteira Mista a qual é mais compacta e permite que se alcance o ótimo global. No entanto, utilizando somente aproximações lineares para curvas de produção de poços e queda de pressão, o modelo se torna de Programação Linear Inteira Mista, o qual é mais eficiente quando aplicado a modelos com um menor fatiamento do domínio.Duas formulações foram desenvolvidas e suas eficiências foram analisadas em termos de análise computacional para um campo de petróleo sintético representativo. Além disso, demonstra-se que essas formulações são equivalentes e podem ser utilizadas para a solução do problema de otimização da produção de petróleo.<br> / Abstract : The optimization of oil wells operated by gas-lift under facility, routing and pressure constraints is a problem that is being addressed in the technical literature. Due to the presence of unknown functions that are not given in explicit form, two methods are commonly used to approximate such relations: nonlinear and piecewise-linear models. The nonlinear methods fall into derivative-free or black-box approaches, or make use of surrogates obtained by curve fitting procedures, which can entail solving challenging problems. Piecewise linear models are efficient in order to reach globally optimal solutions, but their models tend to get very large because of the number of variables inserted in the problem.In this work, it is proposed a generic approach relying on linear or concave quadratic approximations for well production curves and linear or convex quadratic functions for pressure drops combining all possibilities of approximations. The result is a Mixed-Integer Convex Programming (MICP) formulation which is more compact and allows the global optimum to be reached. However, using only linear curves for well production and pressure-drop curves the model becomes a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulation which is more efficient when applied in smaller domain divisions.Two formulations were developed and their performance were assessed by means of computational analysis for a representative synthetic oil field.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T04:39:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 194767.pdf: 1641740 bytes, checksum: d1182baa8fc4d677423d8f3075212661 (MD5)

Orientador: Cesar Costapinto Santana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T03:48:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sueyoshi_KennyHiroyassu_M.pdf: 16765508 bytes, checksum: 40833909580f433eff31bdb155fac71f (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Suspensões de argilas aditivadas com polímeros e eletrólitos têm uso COITentena perfuração de poços de petróleo. A fonnulação e manutenção de suas características é fator essencial para o sucesso de uma operação de perfuração, sobretudo as que se referem à propriedades reológicas e estabilidade fisico-química. Este trabalho propõe um estudo mais detalhado de suas propriedades fisico-químicas levando-se em conta o nível de floculação destas suspensões, que depende de parâmetros como a distribuição das cargas elétricas e tamanho das partículas. Para tanto, foram efetuadas medidas de mobilidade eletroforética (potencial zeta) juntamente com as propriedades reológicas. Estes fluidos apresentam comportamento não-newtoniano, cujo modelo reológico que mais se adequa é o de Herschel-Bulkley. O estudo conjunto das propriedades reológicas e eletrocinéticas visam interpretar o comportamento macroscópico dessas suspensões com base em dados experimentais relacionados com a estrutura e estabilidade das mesmas. São avaliados também o efeito da variação do pH, concentração de poliacrilamida e de NaCI nestas propriedades. São apresentados ainda alguns resultados de medidas de propriedades viscoelásticas destes fluidos / Abstract: Suspensions of clay with polymers and electrolytes have a large use in drilling of petroleum wells. The formulation and maintenance of his characteristics are essencial factor to the sucessful of a drilling operation, mainly that refer to rheological properties and physical-chemistry stabilities. This work proposes more detailer study of his physical-chemistry properties considering the level of floculation of that suspensions, that depends on electrical charge distribution and size of particles. In this way, were accomplish measurements of electrophoretic mobility (zeta potential) and rheological properties. This fluids presents non-newtonian behaviour, and the rheological model that is more appropriate is the Herschel-Bulkley's model. The study in association of rheological and electrokinetic properties have the objective of interpret the macroscopic behaviour of this suspensions supported in experiments relationship between his structure and stability. The effect of pH, amount of polyacrylamide and NaCI, are analyzed in that properties. Some measurements of viscoelastic properties are also introduced. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

In this work, five water produced samples from oil fields onshore (land) of the Sergipe State were characterized. The physico-chemical parameters such as pH, conductivity, turbidity, suspended solids, biochemical oxygen demand (BOD) and content of oil and grease (TOG) were determined. The concentrations of anions (Br-, Cl-, F-, NO3- and SO42-) and cations (Ca2 +, K +, Mg2+, Na +, and NH4+) were determined by ion chromatography (IC). The total arsenic was determined by hydride generation atomic fluorescence spectrometry (HG AFS). For trace metals determination (Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Li, Mn, Ni, Pb, V and Zn) was used inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The limit of quantification (LOQ) ranged between 0.07 ìg L-1 (Cd e V) and 22 ìg L-1 (Fe). The precision was expressed as relative standard deviation (RSD) ranged between 0.03% (Na+) and 7.39% (F-). The values of recoveries obtained were between 85 ± 3% (Zn) and 112 ± 1% (Li). The results were compared to the values established by Resolution 430/2011 of the National Council for the Environment (CONAMA). To evaluate the data, the principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA) were used. The concentrations of BOD, TOG, Ba, Mn and Fe were higher than those allowed by law, for some samples. The pH and concentration of As, Pb, Cr, Cu and Ni, for all samples, were consistent with established values. The conductivity, turbidity, suspended solids, concentration of anions, cations, Li and V are not required by law. The concentrations of Cd and Zn were below the LOQ of the method. In general, all the samples have very similar profiles with relatively close found values for all parameters. It was found that the samples have characteristics and inorganic constituents, which may cause damage to environment or generate drawbacks when used for reinjection. Therefore, the monitoring and characterization the produced water from onshore oil fields are very important for proper treatment of this effluent. / Neste trabalho, foram caracterizadas cinco amostras de agua produzida, provenientes de campos petroliferos onshore (terrestres) do Estado de Sergipe. Foram determinados os parametros fisico-quimicos, como pH, condutividade, turbidez, solidos suspensos, demanda bioquimica de oxigenio (DBO) e teor de oleos e graxas (TOG). Os anions (Br- , Cl-, F-, NO3- e SO42-) e cations (Ca2+, K+, Mg2+, Na+ e NH4+) foram determinados por cromatografia de ions (IC). O arsenio total foi determinado por espectrometria de fluorescencia atomica com geracao de hidreto (HG AFS). Para determinacao dos metais traco (Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Li, Mn, Ni, Pb, V e Zn) foi utilizada a espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Os valores de limite de quantificacao (LQ) variaram entre 0,07 Êg.L-1 (Cd e V) e 22 Êg.L-1 (Fe). A precisao foi expressa como desvio padrao relativo (RSD), variando entre 0,03% (Na+) e 7,39% (F-). Os valores de recuperacoes ficaram entre 85 } 3 % (Zn) e 112 } 1% (Li). Os resultados obtidos foram comparados aos valores estabelecidos pela Resolucao 430/2011 do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA). Para avaliar os dados, utilizou-se a analise de componente principal (PCA) e analise de agrupamento hierarquico (HCA). Os valores das concentracoes de DBO, TOG, Ba, Mn e Fe foram maiores do que os permitidos pela legislacao, para algumas amostras. Os valores de pH e constituintes inorganicos (As, Pb, Cr, Cu e Ni) para todas as amostras foram concordantes com os valores estabelecidos. A condutividade, turbidez, solidos suspensos, concentracao de anions, cations, Li e V ainda nao sao previstos por lei. Os valores de concentracao de Cd e Zn ficaram abaixo do LQ do metodo. No geral, todas as amostras possuem perfis bem semelhantes, com valores encontrados relativamente proximos para todos os parametros. Foi constatado que as amostras possuem caracteristicas e constituintes inorganicos, que podem causar danos ao meio ambiente ou gerar empecilhos quando utilizadas para fins de reinjecao. Portanto, o monitoramento e caracterizacao das aguas produzidas provenientes de campos petroliferos onshore sao de grande importancia para o tratamento adequado deste efluente.

Orientador: Victor Orlando Gamarra Rosado / Banca: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Maurício Guimarães da Silva / Resumo: Controlar a pressão de poços petrolíferos durante a perfuração pode ser um dos processos mais complexos e perigosos da etapa de exploração. O sistema de perfuração varia constantemente e aleatoriamente, isto principalmente, devido à mudança da profundidade de perfuração, a qual faz variar outros parâmetros do processo. Assim, a aplicação de um controle variante no tempo torna-se necessário. Este estudo propõe o projeto de um controlador Gain Scheduling (GS) no controle da pressão no fundo de poços durante a perfuração. Este controlador GS consiste na sintonia dos ganhos relacionados aos diferentes pontos operacionais, para este caso, a profundidade do poço. Primeiro, apresentam-se as teorias a serem utilizadas durante o desenvolvimento do trabalho. Segundo, obtém-se o modelo matemático do processo o qual se fundamenta na mecânica dos fluidos. Da linearização do modelo, a função de transferência resultante apresenta um elemento integrador o que faz que a dinâmica do processo seja difícil de manipular. Também se adiciona um tempo de atraso, o que torna mais complexo o controle do processo. Na terceira parte, utilizaram-se três tipos de metodologias IMC (Internal Model Control) para sintonizar os ganhos do controlador PID (Proporcional, Integral e Derivativo) para diferentes profundidades de perfuração procurando o melhor desempenho, estabilidade e robustez do sistema. Finalmente, escolhe-se a estratégia de melhor desempenho (IMC de dois graus de liberdade) para especificar e mo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Controlling the pressure of oil wells during drilling can be one of the most complex and dangerous processes of exploration stage. The drilling system is constantly end randomly changing due, among other things, the drilling depth, which varies other process parameters, accordingly to apply a time variant control becomes necessary. This study proposes the design of a Gain Scheduling controller to control the pressure at the bottom of wells during drilling. The GS controller is based on the corresponding tuning gains at different operating points in this case, the depth. First, presents the theories that will be used during development work. In the second part, was obtained a mathematical model of the process which is based on fluid mechanics. In the linearization of the, the final transfer function presents an integrating element which makes the process dynamics more difficult to handle. It becomes even more complex in the presence of time delay. In the third part, three IMC controllers' types were used to tuning the PID (Proportional, Integral and Derivative) controller gains for different depths of drilling looking for the best performance, stability and robustness. Finally, was chose the best performing strategy (IMC of two degrees of freedom) to specify and assemble the GS controller table, which is evaluated by simulations of problems that usually occur during drilling, considered as disturbances, which check its viability. Also, the results of the controlled GS system a... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: José Manoel Balthazar / Banca: Angelo Marcelo Tusset / Banca: Bento Rodrigues de Pontes Junior / Resumo: O propósito deste trabalho é o de obter modelos matemáticos que sirvam de referência, para que se possa efetuar os estudos relacionados aos efeitos não-lineares presentes no comportamento dinâmico envolvido na perfuração de petróleo, executada por navios perfuradores. As diversas modelagens matemáticas adotadas e abordadas neste trabalho, para esse tipo de problema, baseiam-se em sistemas pendulares invertidos e que possuem excitação harmônica ou excitação por meio de um EDS-Vibrador Eletrodinâmico (electrodynamics Shaker), na forma de um circuito RLC com uma fonte de tensão harmônica. A investigação do problema em questão, se fez por meio de simulações numérico-computacionais, fazendo-se uso do método Runge-Kutta de 4ª ordem para a integração numérica das equações de movimento dos sistemas, aproximando suas soluções. O controle aplicado nas possíveis irregularidades associadas ao movimento do sistema é do tipo retroalimentação de ajuste de energia de oscilação, proposto anteriormente por TERESHKO (2011) e daí adaptado ao modelo matemático, adotado / Abstract: The purpose of this paper is to obtain mathematical models that serve as a reference for the studies related to the nonlinear effects present in the dynamic behavior involved in oil drilling, performance by drill ships. The various mathematical models adopted and raised in this paper for this problem, were based on inverted pendulum systems and have harmonic excitation or through an EDS-electrodynamics vibrator (Electrodynamics Shaker) simplified ma form of an RLC circuit with a harmonic voltage source. The investigation of the problem in question was made by means of numerical and computational simulations, making use of the Runge-Kutta 4th order for the direct numerical integration of the equations of motion of systems approaching their solutions. The control applied on possible irregularities associated with the motion of the the system is the type of feedback adjustment oscillation energy, previously proposed by TERESHKO (2011) and then adapted to the mathematical model adopted / Mestre

Na perfuração de poços para extração de petróleo são utilizados fluidos de perfuração compostos por diversos produtos químicos com finalidades específicas em função das características de cada poço. Durante vários anos utilizou-se fluido a base de óleo diesel, devido à excelente performance proporcionada à perfuração. O aumento da preocupação ambiental levou a indústria do petróleo a elaborar composições de fluidos que fossem menos agressivas ao ambiente e, ao mesmo tempo, apresentassem performances semelhantes à do fluido base óleo diesel, destacando-se na atividade de perfuração na bacia do Recôncavo, Bahia, o fluido n-Parafina. Entre os compostos de interesse ambiental presente neste tipo de fluido, destacam-se a n-Parafina e cloretos, algumas vezes com traços de BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos). Como durante a perfuração podem ser atravessados aqüíferos portadores de água doce, resta a preocupação de que o contato desses fluidos com estes aqüíferos possa gerar problemas de contaminação ambiental. Este trabalho apresenta uma avaliação de situações de poços, onde o aqüífero São Sebastião, principal da bacia do Recôncavo, foi atravessado utilizando-se fluido n-Parafina. A avaliação foi baseada em simulações matemáticas do transporte dos compostos encontrados no fluido n-Parafina e em amostras coletadas a partir de testes de formação a cabo durante a perfuração dos poços. A partir da simulação destes valores reais, pôde-se concluir que, a menos de 0,5 m da parede dos poços, as concentrações encontram-se perfeitamente dentro dos padrões de potabilidade para todos os compostos analisados. De acordo com a metodologia utilizada, as utilizações do fluido n-Parafina são ambientalmente inofensivas como fluido de perfuração a ser utilizado neste tipo de cenário hidrogeológico. / The use of drilling fluids or muds is standard practice in oil industry. The composition of these fluids is designed according to the formation and the well properties. For many years oil- based muds (OBM) had a worldwide use because they offered advantages over water-based muds (WBM). Increasing environmental concern led the oil industry into the formulation of a variety of syntetic organic based mud (SBM) or low-tox mineral oil- based mud, like the n-parafin based mud, with a large use at the Reconcavo Basin, Bahia, Brazil. Some of the compounds that are common to most fluid formulas are considered potential environmental contaminants, among them n-parafin and chloride, sometimes with trace BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes). The drilling of the well might cross aquifers that are used for drinking purposes before reaching the oil reservoir and the contact of the water with the drilling fluid might pose some concern about the aquifer contamination. This paper presents case studies where a well penetrated São Sebastião Aquifer, in Reconcavo Basin, using n-Parafin based mud and a mathematical model was applied to simulate the fate and transport of the compounds found in fluid and samples collected during the drilling. The results indicated that all concentration values of the detected compounds were well below water drinking standards within 0,5 m from the well. According to this conclusion, the use of the n-parafin fluid is considered harmless to the environment and is recommended for similar geological scenarios.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T07:15:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 244608.pdf: 583469 bytes, checksum: 9242d23d470005cff475d51513a2fb02 (MD5) / O sistema de elevação artificial de petróleo por injeção contínua de gás, conhecido como continuous gas-lift ou simplesmente gas-lift é um dos mais utilizados no Brasil e no mundo, devido ao seu baixo custo relativo e eficiência satisfatória em uma vasta gama de condições de operação. Neste sistema de produção, a alocação da taxa disponível de injeção de gás para um grupo de poços é um problema de grande relevância. A decisão da taxa de injeção de gás para cada poço normalmente não é ótima, pois é baseada em regras ad hoc. Sendo assim, ganhos substanciais podem ser alcançados se estas decisões forem substituídas por soluções ótimas. Neste trabalho, apresentamos algumas abordagens para a solução do problema de maximizar o lucro obtido com a venda de hidrocarbonetos extraídos de um campo com poços operando via gas-lift. As soluções desenvolvidas utilizam Programação Dinâmica, Programação Linear Inteira Mista aliada à Teoria de Desigualdades Válidas e algoritmos Branch-and-Bound e Branch-and-Cut e fornecem a taxa de injeção de gás ótima para cada poço satisfazendo restrições como por exemplo a taxa de injeção disponível e os limites de processamento de fluidos produzidos. As abordagens desenvolvidas se mostram eficientes para a aplicação em questão. As soluções encontradas possuem alta qualidade (próximas das soluções ótimas), e o custo computacional para a obtenção das mesmas é baixo. As técnicas de solução propostas aqui constituem excelentes ferramentas de suporte à decisão, podendo substituir as decisões sub-ótimas normalmente fornecidas por pacotes de otimização comerciais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:31:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 212915.pdf: 1824830 bytes, checksum: 95f3b79ecc93bc43de3fa6e9b0f50885 (MD5) / RESUMO: Neste trabalho são identificados modelos lineares do tipo ARMAX e não-lineares do tipo NARMAX polinomial para a relação existente entre a vazão mássica de gás injetado e a pressão no tubo de produção de um poço de petróleo operando por injeção contínua de gás, simulado pelo software OLGA 2000. O objetivo é fornecer um modelo que seja útil posteriormente para o projeto de um controlador que possibilite ao poço operar na região de maior interesse econômico. A escolha do par de variáveis de entrada e saída permitiu que a análise do sistema fosse feita como sendo monovariável, sendo controladores locais utilizados para as demais variáveis do poço. Além disso, as variáveis de entrada e saída são facilmente mensuráveis, já existindo toda a instrumentação necessária nos poços atuais, ao contrário de outras estratégias de controle para sistemas similares, encontradas na literatura.