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Previous issue date: 2007-11-13 / This work intends to analyze the behavior of the gas flow of plunger lift wells producing to well testing separators in offshore production platforms to aim a technical procedure to estimate the gas flow during the slug production period.
The motivation for this work appeared from the expectation of some wells equipped with plunger lift method by PETROBRAS in Ubarana sea field located at Rio Grande do Norte State coast where the produced fluids measurement is made in well testing separators at the platform. The oil artificial lift method called plunger lift is used when the available energy of the reservoir is not high enough to overcome all the necessary load losses to lift the oil from the bottom of the well to the surface continuously. This method consists, basically, in one free piston acting as a mechanical interface between the formation gas and the produced liquids, greatly increasing the well s lifting efficiency. A pneumatic control valve is mounted at the flow line to control the cycles. When this valve opens, the plunger starts to move from the bottom to the surface of the well lifting all the oil and gas that are above it until to reach the well test separator where the fluids are measured. The well test separator is used to measure all the volumes produced by the well during a certain period of time called production test. In most cases, the separators are designed to measure stabilized flow, in other words, reasonably constant flow by the use of level and pressure electronic controllers (PLC) and by assumption of a steady pressure inside the separator. With plunger lift wells the liquid and gas flow at the surface are cyclical and unstable what causes the appearance of slugs inside the separator, mainly in the gas phase, because introduce significant errors in the measurement system (e.g.: overrange error). The flow gas analysis proposed in this work is based on two mathematical models used together:
i) a plunger lift well model proposed by Baruzzi [1] with later modifications made by Bolonhini [2] to built a plunger lift simulator; ii) a two-phase separator model (gas + liquid) based from a three-phase separator model (gas + oil + water) proposed by Nunes [3]. Based on the models above and with field data collected from the well test separator of PUB-02 platform (Ubarana sea field) it was possible to demonstrate that the output gas flow of the separator can be estimate, with a reasonable precision, from the control signal of the Pressure Control Valve (PCV). Several models of the System Identification Toolbox from MATLAB? were analyzed to evaluate which one better fit to the data collected from the field. For validation of the models, it was used the AIC criterion, as well as a variant of the cross validation criterion. The ARX model performance was the best one to fit to the data and, this way, we decided to evaluate a recursive algorithm (RARX) also with real time data. The results were quite promising that indicating the viability to estimate the output gas flow rate from a plunger lift well producing to a well test separator, with the built-in information of the control signal to the PCV / Este trabalho se prop?e a realizar uma an?lise do comportamento da vaz?o de g?s de po?os produzindo por plunger lift para vasos separadores de teste em plataformas de produ??o de petr?leo com o objetivo de propor uma t?cnica de estima??o da vaz?o durante os instantes de golfadas provocadas por estes tipos de po?os. A motiva??o para este trabalho surgiu diante da perspectiva de instala??o pela PETROBRAS de alguns po?os equipados com plunger lift no campo mar?timo de Ubarana situado na costa do Rio Grande do Norte onde a medi??o dos volumes produzidos ? feita em vaso separador na plataforma. O m?todo de eleva??o artificial de petr?leo denominado plunger lift ? utilizado quando a energia dispon?vel no reservat?rio n?o ? suficiente para vencer todas as perdas de carga necess?rias para elevar o petr?leo do fundo do po?o at? a superf?cie de forma cont?nua. O m?todo consiste, basicamente, de um pist?o livre (plunger) agindo como uma interface mec?nica entre o g?s da forma??o e os l?quidos produzidos, aumentando enormemente a efici?ncia de eleva??o. ? instalada, tamb?m, uma v?lvula de controle acionada pneumaticamente, na linha de produ??o do po?o para efetuar o controle dos ciclos. Ao ser aberta a v?lvula, o pist?o se desloca do fundo do po?o at? a superf?cie, elevando o ?leo e o g?s que se encontram acima do mesmo at? chegar no vaso separador de teste onde os fluidos ser?o medidos. O vaso separador de teste ? utilizado para fazer a aferi??o dos volumes produzidos pelo po?o durante um determinado per?odo de tempo denominado de teste de produ??o. Na maioria dos casos, os vasos separadores s?o projetados para medi??o de vaz?es estabilizadas, ou seja, razoavelmente constantes atrav?s do uso de controladores eletr?nicos de n?vel e de press?o. No caso de po?os produzindo por plunger lift, as vaz?es de l?quido e de g?s na superf?cie s?o c?clicas e de amplitude vari?vel, acarretando o surgimento de golfadas no interior do vaso separador provocando, principalmente para o caso do g?s, erros significativos no sistema de medi??o (ex.: erro de overrange ). A an?lise da vaz?o de g?s proposta neste trabalho se baseia na integra??o de dois modelos matem?ticos: i) modelagem de um po?o de plunger lift proposta por Baruzzi [1] com modifica??es efetuadas posteriormente por Bolonhini [2] na implementa??o de um simulador de plunger lift; ii) modelagem de um vaso separador bif?sico (g?s + l?quido) a partir de um modelo trif?sico (?leo + g?s + ?gua) proposto por Nunes [3]. Com base nos modelos acima e utilizando-se dados coletados no vaso separador de teste da plataforma PUB-02 (campo de Ubarana), foi poss?vel demonstrar que a vaz?o de sa?da de g?s do vaso de teste pode ser estimada, com razo?vel precis?o, a partir do sinal de controle da v?lvula controladora de press?o (PCV). Diversos modelos dispon?veis no toolbox de Identifica??o de Sistemas do MATLAB? foram analisados para se avaliar qual seria o que melhor se adaptava aos dados coletados no campo. Para a valida??o dos modelos foi usado o crit?rio de AIC, bem como uma variante do crit?rio de valida??o cruzada. O modelo ARX foi o que apresentou melhor desempenho com base nos dados coletados e, desta forma, decidiu-se avaliar tamb?m um algoritmo recursivo (RARX) com dados obtidos em tempo real. Os resultados foram bastante promissores, indicando a viabilidade de se poder estimar a vaz?o de sa?da de g?s de um po?o de plunger lift produzindo para um vaso separador de teste a partir da informa??o contida no sinal de controle da PCV
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/15159 |
| Date | 13 November 2007 |
| Creators | Silva, S?rgio Jos? Gon?alves e |
| Contributors | CPF:39276066420, http://lattes.cnpq.br/1640808531484356, Bezerra, Vanja Maria de Fran?a, CPF:41227883404, http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4785344U5, Moreira, Vicente Delgado, CPF:02118457448, http://lattes.cnpq.br/4549279470957332, Barros Filho, Jaime, CPF:92928994815, Mota, Francisco das Chagas |
| Publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia El?trica, UFRN, BR, Automa??o e Sistemas; Engenharia de Computa??o; Telecomunica??es |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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