Modelagem e simulação de uma unidade de bombeio mecânico convencional utilizando o ambiente Simscape Multibody™
dc.contributor.advisor | Maitelli, André Laurindo | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0001-6083-7425 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/0477027244297797 | pt_BR |
dc.contributor.author | Oliva, Gabriel Bessa de Freitas Fuezi | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/0351805232207651 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Salazar, Andres Ortiz | |
dc.contributor.referees1ID | https://orcid.org/0000-0001-5650-3668 | pt_BR |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7865065553087432 | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Maitelli, Carla Wilza Souza de Paula | |
dc.contributor.referees3 | Lima, Fábio Soares de | |
dc.contributor.referees4 | Santos, João Paulo Lobo dos | |
dc.date.accessioned | 2022-06-21T20:00:57Z | |
dc.date.available | 2022-06-21T20:00:57Z | |
dc.date.issued | 2021-10-18 | |
dc.description.abstract | The Sucker-Rod Pumping (SRP) system is the most used artificial lift method in oil wells in Brazil and in the world. The widespread use of this method can be justified by its relatively simple, reliable and durable structure, convenient maintenance, etc. Due to the popularity of the SRP systems in the oil industry, over the years, many studies have been developed to contribute to the evolution of the method. Recent computational advances have allowed the development of SRP simulators, as well as software for modelling and simulation the SRP system. Thus, there is an opportunity to develop a more accurate model, capable of accurately reflecting the operation of the Sucker-Rod Pumping Units. In this context, this work proposes to model a conventional SRP Unit using the tools of the Simscape Multibody™ (a MATLAB’s library of the Simscape™ environment for modelling and simulation of physical systems), and to carry out specific studies with the developed model that are not commonly seen in the current literature. Among these studies, using the developed model, a sensitivity analysis was first performed with the objective of evaluating how the inclusion of dissipative friction forces in the components of the SRP unit can impact the resulting gearbox torque curve. Furthermore, simulations were carried out with the objective of demonstrating how the application of a variable speed drive profile throughout the pumping cycle (intra-stroke speed profile) can contribute to the improvement of the equipment's operation. As a result of this study, it was possible to demonstrate the feasibility of manipulating and redistributing the intrastroke speed profile to achieve objectives such as: counterbalancing the SRP unit and keeping the gearbox maximum torque of the equipment within the recommended limits, as well as reducing the region where the net torque values were negative. Additionally, it was also possible to increase the pumping speed in the section where the net torque of the system was negative, and the increase of the pumping speed did not cause an increase in the maximum peak torque experienced by the equipment. This result is relevant because it shows that is possible to improve the operation of the pumping units, considering that the increase in speed can provide a greater oil flow rate due to a higher average pumping speed. In order to validate the developed model, simulations were performed and the obtained results were compared to other traditional calculation methodologies existing in the literature. Moreover, it was analysed whether the behaviour of the modelled system was consistent if compared to what can be seen in practice when certain procedures are performed in real SRP units. | pt_BR |
dc.description.resumo | O método de elevação artificial por Bombeio Mecânico (BM) é o mais utilizado nos poços de petróleo no Brasil e no mundo. A ampla utilização do BM como método de elevação pode ser justificada em virtude da sua estrutura relativamente simples, confiável e durável, manutenção conveniente e assim por diante. Dado o tempo de existência do BM e a sua popularidade na indústria petrolífera, ao longo dos anos, muitos trabalhos foram desenvolvidos para contribuir com a evolução do método. Os recentes avanços computacionais permitiram o desenvolvimento de simuladores de bombeio mecânico, e também de programas computacionais que permitem a modelagem e simulação dos componentes do sistema. Surge então a oportunidade de se desenvolver um modelo mais exato, capaz de refletir com acurácia a operação das unidades de bombeio mecânico instaladas em campo. Nesse contexto, o escopo principal deste trabalho foi modelar uma unidade de bombeio mecânico do tipo convencional utilizando o ambiente de simulação Simscape Multibody™ (SSMB) do MATLAB® e realizar estudos específicos com o modelo desenvolvido que não são vistos com frequência na literatura atual. Dentre estes estudos, primeiramente, por meio de simulações com o modelo desenvolvido, foi feita uma análise de sensibilidade com o objetivo de avaliar como a inclusão de forças dissipativas de atrito nos mancais da UB pode impactar na curva de torque resultante do sistema. Em um segundo momento, foram realizadas simulações que tiveram por objetivo demonstrar como a aplicação de um perfil de velocidade variável ao longo de um mesmo ciclo de bombeio pode contribuir para a melhoria do funcionamento do equipamento. Como contribuições do trabalho, foi possível demonstrar a viabilidade de se manipular e redistribuir a velocidade dentro de um mesmo ciclo para se alcançar objetivos como: balancear a unidade de bombeio e manter o torque máximo do equipamento dentro da faixa recomendada, bem como diminuir as regiões em que a curva de torque líquido é negativa. Adicionalmente, também foi possível aumentar a velocidade de bombeio no trecho em que o torque líquido do sistema era negativo, sem que isso ocasionasse um aumento no pico de torque máximo experimentado pelo equipamento. Este resultado é relevante porque mostra que há margem para ganhos na operação das unidades de bombeio, tendo em vista que este aumento de velocidade pode proporcionar uma maior vazão de produção em virtude de uma maior velocidade média de bombeio. Em relação à validação do modelo apresentado, foram realizadas simulações que tiveram por objetivo comparar os resultados obtidos com outras metodologias de cálculo existentes na literatura, bem como analisar se o comportamento da UB modelada era coerente com o que pode ser observado em campo quando certos procedimentos, como o ajuste da posição dos contrapesos, são realizados em unidades de bombeio reais. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.identifier.citation | OLIVA, Gabriel Bessa de Freitas Fuezi. Modelagem e simulação de uma unidade de bombeio mecânico convencional utilizando o ambiente Simscape Multibody™. 2021. 167f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/48254 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Bombeio mecânico | pt_BR |
dc.subject | Perfis de velocidade variável | pt_BR |
dc.subject | Torque no redutor | pt_BR |
dc.subject | Elevação artificial | pt_BR |
dc.subject | Simscape multibody™ | pt_BR |
dc.subject | Modelagem e simulação de sistemas físicos | pt_BR |
dc.title | Modelagem e simulação de uma unidade de bombeio mecânico convencional utilizando o ambiente Simscape Multibody™ | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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