Controlador preditivo não linear aplicado ao controle de golfadas em processos de produção de petróleo

Dantas Junior, Gaspar Fontineli

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Título:	Controlador preditivo não linear aplicado ao controle de golfadas em processos de produção de petróleo
Título(s) alternativo(s):	Nonlinear model predictive controller applied to slug control in oil production processes
Autor(es):	Dantas Junior, Gaspar Fontineli
Orientador:	Dórea, Carlos Eduardo Trabuco
Palavras-chave:	Processo de produção de petróleo. Controle de golfadas. Controle preditivo linear. Controle preditivo não linear. Sistemas não lineares;Oil production process. Slugging control. Linear model Predictive control. Nonlinear model predictive control. Nonlinear systems
Data do documento:	23-Jan-2014
Editor:	Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Referência:	DANTAS JUNIOR, Gaspar Fontineli. Nonlinear model predictive controller applied to slug control in oil production processes. 2014. 74 f. Dissertação (Mestrado em Automação e Sistemas; Engenharia de Computação; Telecomunicações) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2014.
Resumo:	A golfada é um regime instável do fluxo multifásico, com oscilações de pressão e vazão abruptas no processo de produção de petróleo, podendo ocasionar problemas tais como vibração na tubulação e alto nível de líquido nos separadores. Pode ser classificada de acordo com seu local de ocorrência. A mais severa destas, conhecida como golfada no riser, ocorre na tubulação vertical que alimenta a plataforma. Conhecida também como golfada severa, ela é capaz de causar bruscas oscilações na pressão, nas vazões do processo, vibração excessiva, inundação dos tanques separadores, produção limitada, parada não programada da plataforma, entre outros aspectos negativos que motivaram a produção deste trabalho. Uma solução viável para lidar com tal problema seria projetar um método efetivo para a remoção ou diminuição deste regime, como um controlador. De acordo com a literatura, o controlador convencional PID não apresenta bons resultados devido ao alto grau de não linearidade do processo, o que impulsionou o desenvolvimento de técnicas avançadas de controle. Dentre estas, o controlador preditivo, cuja ação de controle resulta da solução de um problema de otimização, além de ser uma técnica que apresenta robustez e pode incorporar restrições físicas e/ou de segurança. O objetivo deste trabalho é estudar a aplicação de uma técnica de controle preditivo não linear ao controle de golfada severa, visando controlar a quantidade de massa líquida no riser atuando na válvula de produção e, indiretamente, suprimir as oscilações de vazão e pressão. Com a finalidade de obter benefícios ambientais e econômicos. A técnica de controle preditivo proposta baseia-se no uso de aproximações lineares do modelo e na resolução repetida de um problema de otimização quadrática que proporciona soluções que melhoram a cada iteração. No caso em que a convergência desse algoritmo é satisfeita, os valores preditos das variáveis do processo são iguais àqueles que seriam obtidos pelo modelo não linear original, garantindo que as restrições nessas variáveis sejam satisfeitas ao longo do horizonte de predição. Um modelo matemático publicado recentemente na literatura, capaz de representar características da golfada severa em um poço real, é utilizado tanto para a simulação, quanto para projeto do controlador proposto, cujo desempenho é comparado ao de um controlador preditivo linear
Abstract:	Slugging is a well-known slugging phenomenon in multiphase flow, which may cause problems such as vibration in pipeline and high liquid level in the separator. It can be classified according to the place of its occurrence. The most severe, known as slugging in the riser, occurs in the vertical pipe which feeds the platform. Also known as severe slugging, it is capable of causing severe pressure fluctuations in the flow of the process, excessive vibration, flooding in separator tanks, limited production, nonscheduled stop of production, among other negative aspects that motivated the production of this work . A feasible solution to deal with this problem would be to design an effective method for the removal or reduction of the system, a controller. According to the literature, a conventional PID controller did not produce good results due to the high degree of nonlinearity of the process, fueling the development of advanced control techniques. Among these, the model predictive controller (MPC), where the control action results from the solution of an optimization problem, it is robust, can incorporate physical and /or security constraints. The objective of this work is to apply a non-conventional non-linear model predictive control technique to severe slugging, where the amount of liquid mass in the riser is controlled by the production valve and, indirectly, the oscillation of flow and pressure is suppressed, while looking for environmental and economic benefits. The proposed strategy is based on the use of the model linear approximations and repeatedly solving of a quadratic optimization problem, providing solutions that improve at each iteration. In the event where the convergence of this algorithm is satisfied, the predicted values of the process variables are the same as to those obtained by the original nonlinear model, ensuring that the constraints are satisfied for them along the prediction horizon. A mathematical model recently published in the literature, capable of representing characteristics of severe slugging in a real oil well, is used both for simulation and for the project of the proposed controller, whose performance is compared to a linear MPC
URI:	https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/15494
Aparece nas coleções:	PPGEE - Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação

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