Gençlik meclisi çalışmaları

O Simulador dinâmico de BCP foi desenvolvido em linguagem C++ Builder em trabalho conjunto com o DCA/UFRN (Departamento de Computação e Automação da UFRN) dentro do projeto AUTOPOC. O destaque deste trabalho será a modelagem ma- temática do sistema, cabendo a implementação ao pessoal de apoio do projeto Autopoc.

O banco de dados foi implementado a partir do catálogo dos fabricantes, da litera- tura especializada em elevação de petróleo e a partir dos dados disponíveis no software

PCPump [CFER 2006]. Esta base de dados foi implementada tanto no simulador quanto no software de dimensionamento.

O modelo dinâmico do sistema BCP e respectivo simulador deve incluir os seus di- versos subsistemas:

• motor elétrico de indução;

• sistema de acionamento (polias e correia, cabeçote)

• sistema de hastes;

• escoamento multifásico entre coluna de produção e hastes;

• bomba (estator e rotor)

• anular revestimento-coluna de produção; • reservatório;

As diversas partes do sistema são modelados por equações algébricas e equações dife- renciais, que, juntamente com as condições iniciais e de contorno, constituem um sistema dinâmico não linear. Este sistema de equações diferenciais foi resolvido numericamente através da aproximação por um sistema de equações de diferenças finitas e a solução numérica do sistema algébrico resultante foi obtida.

A base de dados de equipamentos de BCP foi montado a partir dos dados existentes nos catálogos e manuais dos fabricantes. Alguns dados foram estimados a partir dos dados de catálogo, mas não constam do texto por serem segredo industrial de propriedade dos fabricantes. Outras características, como as que implicam nas alterações de desempenho da bomba por efeito de interferência, foram calculados por modelo proposto neste texto.

O simulador dinâmico foi desenvolvido para permitir a seleção dos equipamentos constantes do poço simulado a partir da base de dados e desta forma alterar suas carac- terísticas operacionais. A saída do sistema é visual, em que uma animação 3D mostra o poço equipado com o sistema BCP em movimento e o ângulo de visão do usuário pode ser modificado. Os parâmetros operacionais podem ser visualizados em função do tempo. Estes dados vão sendo atualizados a medida que progride a execução de forma que o poço se comporta simulando o que acontece em tempo real, como por exemplo, o comporta- mento do nível dinâmico.

Foram obtidos modelos simplificados para simulação de reversão com rotor preso ou parada normal, com e sem sistema de controle de reversão, e para análise de controlabili- dade e observabilidade e para projeto de PI.

O desenvolvimento do sistema de controle PI-fuzzy [Shaw 1999] foi testado em con- junto com o simulador dinâmico antes de ser levado para a aplicação real. Neste teste simulado, varreram-se diversas condições de características do poço e do sistema BCP assim como diversas configurações de fuzzificação, chegando-se a conclusão de que é mais rápido e mais fácil de ajustar do que o controle PI. Como a planta BCP é não-linear e variante no tempo, o controle PI-fuzzy, relativamente fácil de implementar e configurar caso haja uma grande experiência acumulada, tem uma aplicação adequada ao sistema proposto e pode ser facilmente adequado a outros sistemas de elevação, como por exem- plo o BCS e o Gas lift.

Após os teste em simulação, foi implementado o algoritmo no controlador EXS-10000 [BAKER-CAC 1997] da Weatherford que possui uma linguagem de programação deno-

10 CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO

minada ACL (Automatic Control Language [CAC 1999]). O código pode ser testado no simulador de execução do controlador.

O sistema de controle foi instalado no poço real (denominado poço A), onde se pode verificar o comportamento do controle PI e do controle PI-fuzzy e compará-los.

A supervisão do controle foi incorporada ao SISAL [Souza et al. 2006](Sistema Su- pervisório para Automação de Poços desenvolvido em conjunto pela PETROBRAS e a UFRN dentro do projeto AUTOPOC) com facilidade, pois o controlador já havia sido implementado no supervisório. Através dele pode-se acompanhar a atuação do controle em todos os seus parâmetros, armazenar as entradas analógicas e alterar a configuração de qualquer um dos parâmetros de controle.

O desenvolvimento de programa especialista de dimensionamento de BCP utilizando lógica fuzzy foi idealizado de forma a permitir que o usuário imponha faixas de utiliza- ção de capacidade dos equipamentos. O dimensionamento deve atender as diretrizes de projeto de Bombeio de cavidades progressivas que impõem estes limites e provém do conhecimento prático do método. Além disso, a aplicação de campo leva a definição de faixas particulares para determinados campos em função do maior ou menor rendimento ou durabilidade do sistema. Como os equipamentos possuem uma ou mais característi- cas a serem analisadas, e os diversos equipamentos trabalham de forma sistêmica, com o comportamento de um influenciando no outro, a escolha dos equipamentos por tentativa e erros é dificultada. Para facilitar esta escolha, foi desenvolvido um sistema especialista que pesquisa a melhor combinação para o as características do poço através da lógica ne- bulosa. Os fatores de utilização são fuzzificados valendo-se das faixas ideais e toleráveis e as regras de avaliação nebulosas, que constituem as denominadas regras de produção da base de conhecimento, são responsáveis pela inferência que se dá em níveis de satisfação aos critérios de projeto. As diversas opções são comparadas e a que tem melhores níveis de satisfação é escolhida. Foram estudadas também regras para aceleração da escolha, porém, como o algoritmo é processado rapidamente, foi possível varrer todas as opções e obter a resposta exata. Para realizar isto, foi desenvolvido um programa fácil de usar e que ainda permite a seleção de equipamentos disponíveis para serem incluídos na análise. Este programa pode ser facilmente incorporado ao simulador dinâmico em uma próxima fase, permitindo uma maior integração entre projeto e simulação.

O programa foi validado, verificando sua escolha entre equipamentos disponíveis no programa PCPump [CFER 2006].