Modelagem do comportamento dinâmico em Bombeio Centrífugo Submerso (BCS) em escoamento líquido-líquido

• Processo: 19/14597-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2023
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Acordo de Cooperação: Equinor (antiga Statoil)
• Pesquisador responsável: Alberto Luiz Serpa
• Beneficiário: Felipe de Castro Teixeira Carvalho
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Empresa: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM)
• Vinculado ao auxílio: 17/15736-3 - Centro de Pesquisa em Engenharia em Reservatórios e Gerenciamento de Produção de Petróleo, AP.PCPE
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/00934-2 - Modelagem inversa da bomba centrífuga submersa sob escoamento bifásico líquido-líquido utilizando redes neurais informadas fisicamente, BE.EP.DR
• Assunto(s): Sistemas dinâmicos Identificação de sistemas Bombeio centrífugo submerso Escoamento Escoamento multifásico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Bombeio Centrífugo Submerso | emulsão | escoamento bifásico | Identificação de sistemas | Modelagem de Sistemas Dinâmicos | Modelagem de sistemas dinâmicos; Identificação de Sistemas

Resumo

Na explotação de petróleo, a indústria frequentemente se depara com a necessidade de incrementar energia ao fluido para que este transponha o percurso desejado. Tal necessidade provém desde do aumento da produção de petróleo, em poços surgentes, a característica intrínseca do reservatório o qual é inviável sem o fornecimento de energia. A despeito do aumento da produção em poços surgentes, o incremento de energia nestes também está relacionado a depleção do poço, pois, à medida que o petróleo é extraído, a pressão nestes diminui e por consequência a produção é reduzida. O incremento de energia ao fluido é denominado elevação artificial e possui diversos métodos os quais são recomendados cada qual em condições específicas. Neste contexto, o Bombeio Centrífugo Submerso (BCS) é amplamente utilizado na explotação de petróleo, sendo o segundo método de elevação mais utilizado no mundo, correspondendo por 10% da produção de petróleo mundial. Este método é composto por uma bomba centrífuga de múltiplos estágios, comumente instaladas no interior e, no fundo da tubulação. Contudo, em condições de produção, tem-se a presença de escoamentos multifásicos e petróleo com alta viscosidade que afetam negativamente o desempenho do BCS. Esses fatores podem reduzir e em alguns cenários, parar a produção. Nesse sentido, há trabalhos na literatura que visam entender o escoamento bifásico e também de fluidos viscosos através de simulações computacionais de estágios do BCS. Contudo, a maior parte dos trabalhos têm como objetivo final estabelecer a curva de eficiência e uma curva característica ou um ajuste dessa para o BCS operando em condições de escoamentos multifásicos e viscoso. Ademais, há trabalhos que estudam o efeito da formação de emulsão e efeito da inversão de fase desta no interior do BCS na curva característica e de eficiência deste. Contudo, as curvas características e de eficiência do BCS apenas consideram o comportamento permanente desse. Assim, há poucos estudos que visam entender e modelar o comportamento dinâmico do BCS operando nas condições de escoamento multifásico, viscoso e com formação de emulsão. Tal modelagem é fundamental para se desenvolver controladores automáticos do BCS e da produção. Tais controladores podem otimizar a produção conforme um critério pré-estabelecido e também reduzir a necessidade de operadores para controlar o BCS. Além disso, com a modelagem é possível evitar a operação em pontos instáveis que podem danificar o BCS. Dessa forma, o principal interesse desse trabalho é modelar o comportamento dinâmico do BCS em condições de escoamento líquido-líquido, bem como o efeito da formação de emulsão. A modelagem de um sistema dinâmico pode ser baseada em dados experimentais ou utilizando modelos analíticos. Contudo, as técnicas baseadas em dados experimentais podem ser limitadas ao sistema utilizado. Já que apesar de descreverem um determinado sistema adequadamente não há garantia que descreverá um sistema semelhante corretamente. Porém, uma abordagem analítica que visa descrever os diversos fenômenos físicos envolvidos proporciona uma maior confiança no resultado obtido para diferentes sistemas. Como o BCS é um sistema complexo com diversos domínios físicos envolvidos, como elétrico, mecânico, hidráulico, etc, a técnica de modelagem bond-graphs se apresenta como uma das abordagens para a modelagem e identificação do BCS. Por fim, o objetivo desse trabalho está no desenvolvimento de um simulador do comportamento dinâmico (levando em conta efeitos transientes) do BCS operando sobre diversas condições de escoamento multifásico, viscoso e com a formação de emulsão. Tais fenômenos são complexos e pouco conhecidos no interior do BCS, caracterizando um dos principais desafios desse projeto. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

NOGUEIRA JR, ALBERTO C.; CARVALHO, FELIPE C. T.; ALMEIDA, JOAO LUCAS S.; CODAS, ANDRES; BENTIVEGNA, ELOISA; WATSON, CAMPBELL D.; JAGODE, H; ANZT, H; LTAIEF, H; LUSZCZEK, P. Reservoir Computing in Reduced Order Modeling for Chaotic Dynamical Systems. HIGH PERFORMANCE COMPUTING - ISC HIGH PERFORMANCE DIGITAL 2021 INTERNATIONAL WORKSHOPS, v. 12761, p. 17-pg., 2021-01-01. (19/14597-5)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

CARVALHO, Felipe de Castro Teixeira. Modeling electrical submersible pump system under multiphase flows using bond graphs. 2024. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica Campinas, SP.