Quantificação de incertezas no controle do processo de perfuração de poços de petróleo

• Processo: 22/11381-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2022
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2023
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Marcelo Areias Trindade
• Beneficiário: Pedro Augusto Pereira Magalhães
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Dinâmica não linear Quantificação de incertezas Controle de vibrações
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: controle de vibrações estruturais | Dinâmica não-linear | Perfuração de poços de petróleo | Quantificação de Incertezas | Controle de vibrações

Resumo

No processo de perfuração de poços de petróleo, vibrações torcionais devido ao fenômeno de stick-slip ocasionam oscilações de grande amplitude na velocidade angular de perfuração que, por sua vez, tem o potencial de causar danos na coluna de perfuração e/ou na broca. A estratégia usual para reduzir estas oscilações é diminuir o peso na broca e/ou aumentar a velocidade de perfuração. A primeira reduz taxa de perfuração e, portanto, diminui a eficiência do processo. A segunda tende a gerar vibrações laterais que pode danificar a coluna e a parede do poço. Visto que o custo de perfuração é da ordem de centenas de milhares de dólares por dia, quaisquer ocorrências de redução da taxa de perfuração e/ou interrupções no processo devido à quebra de broca e/ou coluna devem ser evitadas. Sendo assim, há grande interesse no desenvolvimento de estratégias de controle do processo de perfuração que minimize estas vibrações torcionais. O grande desafio se deve ao fato de que a atuação é realizada através da aplicação de um torque de controle na superfície com o objetivo de controlar a velocidade angular da broca, que está sujeita a um torque resistente devido a sua interação com a formação rochosa, sendo que a transmissão do torque é realizada pela chamada coluna de perfuração com diâmetros da ordem de uma dezena de centímetros e comprimentos da ordem de alguns quilômetros. A grande flexibilidade da coluna associada ao desconhecimento em tempo real da condição de interação entre broca e formação rochosa faz com que uma estratégia simples e usual de controle da velocidade angular na superfície pode induzir o fenômeno de stick-slip. O objetivo deste projeto é de estudar o desempenho de algumas estratégias de controle da perfuração e sua dependência em incertezas associadas à interação entre broca e formação rochosa. Espera-se estabelecer critérios de desempenho em termos nominais e de robustez para cada estratégia e metodologias de projeto para melhoria do desempenho.