Controle Inteligente de Sistemas de
Bombeamento em Redes de Escoamento
de Petróleo
O SmartPumping
Projeto MDTP – 2002-2003
SmartPumping – 2005-2007
Cooperação UFCG e PETROBRAS (UNRNCE e CENPES), com participação de
pesquisadores do CEFET-PB, UFRN e USP.
O SmartPumping
Objetivos:
 Algoritmos para simulação e otimização da
operação e do dimensionamento de malhas de
escoamento de petróleo
 Software flexível e de qualidade
Concepção: Modos de Uso
Análise e planejamento operacional das
bombas




Simulação de cenários operacionais
Simulação de regras de operação
Aperfeiçoamento/Otimização da operação
Análise da robustez da operação à variabilidade do
contexto
Dimensionamento de novas malhas ou novos
elementos
Simulação e Recomendação da operação das
bombas em tempo real
A malha de escoamento
 Elementos representados:
Tanques, dutos, bombas, nós e
estações
 Malhas interdependentes (submalhas)
 Tanques produtores, receptores
e produtores/receptores
sub-rede 2
Tanque
receptor
final
sub-rede 1
B
duto
Estações
B
nó
B
B
bomba
Legenda
:
Tanque
B
Bomba
Nó
Duto
Estação
tanques
produtores
B
B
B
tanques
produtores
tanque produtor
da sub-rede 1 e
tanque receptor
da sub-rede 3
B
sub-rede 3
A malha de escoamento
A malha de escoamento
A malha de escoamento
Simulação do escoamento:
o coração do sistema
Para determinadas
 Malha física de escoamento
 Condições iniciais de níveis de tanques e
propriedades de fluidos
 Cenários de produção de petróleo
 Controle recomendado para as bombas
calcula, ao longo do tempo,
 níveis de tanques, vazão, velocidade e pressão
nos dutos, e propriedades dos fluidos resultantes
de misturas
 Consumo, demanda e custo de energia
Simulação do escoamento
Simulação do escoamento
Simulação do escoamento
Simulação do escoamento
Simulação do escoamento
Simulação do escoamento
Simulação do escoamento
Simulação do escoamento
Simulação do escoamento
Simulação do escoamento
Modos de Simulação
Simulação não Dirigida
 Simula um cenário sem considerar os níveis de segurança
dos tanques
Simulação Dirigida
 Simula um cenário considerando os níveis de segurança
dos tanques
Simulação Comparativa
 Simula um cenário em tempo real a partir de condições
iniciais do supervisório
 Pode ser usada para:
 Comparar numericamente e graficamente os valores
simulados com os valores observados
 Analisar a consistência do modelo hidráulico
Controle das bombas
Manual
 Sugerido pelo usuário
Regras
 Guiadas pelos níveis de segurança dos tanques
 Para evitar alarmes (violações de restrições)
 Baseadas no conhecimento dos operadores, para manutenção da
vazão de entrega na estação receptora
Otimização
 Considerando um ou mais objetivos
Exemplo
Projeto de novas malhas ou
elementos
Elementos que serão
dimensionados
Projeto de novas malhas ou
elementos
Elementos que serão
dimensionados
Tratamento dos Dados
Monitorados
SmartPumping  Usuário
Processo de transferência
 Adaptação/familiarização:
 Uso intensivo do SmartPumping
 Avaliação conceitual
 Avaliação da interface
 Utilização do SP como ferramenta
operacional:
 Cadastramento da malha
 Calibração do modelo hidráulico
 Operacionalização do sistema
Controle Inteligente de Sistemas de
Bombeamento em Redes de Escoamento
de Petróleo
Simulação do escoamento
Produção dos campos:
 Permite a edição de cenários da quantidade e
propriedades do fluido que entra nas estações ao
longo do tempo
 Permite a incorporação de equação de previsão
pelo usuário
Alarmes:
 Permite a especificação de restrições operacionais
para dutos, tanques e nós
Elementos da Malha
 Bombas:
 bombas volumétricas e centrífugas com velocidade
constante
 Aceita bombas em paralelo, mas não em série
 Dutos:
 Simula conjuntos de dutos em paralelo
 Propaga fluidos distintos ao longo do duto
 Tanques:
 único fluido dentro do tanque, para um determinado instante
 Representa dois tanques numa mesma estação,
funcionando independentes ou equalizados
 Fluido:
 Simula mistura de todas as propriedades do fluido ao longo
da malha
Simulação do escoamento
Utiliza equações da hidráulica do fluxo
permanente
Considera escoamento monofásico
Ignora perdas de carga singulares
Pode ser calibrada para ajuste ao escoamento
monitorado, através de ferramenta de apoio
Simulação do escoamento
Consumo de energia:
 Custo total energético (consumo e demanda)
 Ignora o custo devido à energia reativa e ao fator de
potência
 Aceita diferentes tipos de tarifação de alta tensão
 Utiliza tarifas diferenciadas com relação ao período
do dia, ao período do ano e a feriados
 Considera várias unidades consumidoras de
energia
Objetivos
Simular e otimizar a operação de malhas de
escoamento com:




Máxima eficiência no transporte
Menor custo operacional
Controle de pressão e velocidade
Redução dos riscos de falhas operacionais
Supervisório
Concepção
Atualiza
Encontra
o sistema
o com
Ativa
módulo
Qual
o
controle
dados
escalonamento
do
supervisório
para o
de
controle
para
o
horizonte?
próximo horizonte
Linha do tempo
...
...
Intervalo de controle
Escalonamento
sugerido
pelo
módulo
Aplica
escalonamento
de
controle
para o próximo intervalo
Simula e mostra para
todo o horizonte
Horizonte de operação
Concepção
Supervisório
QualAtiva
o escalonamento
módulo
para
o
horizonte?
Atualiza
o
sistema
de controle com
dados do supervisório
... ... ...
...
...
Novo escalonamento
Aplica
escalonamento
sugerido
pelo
módulo
Simula e mostra para
para
o
próximo
de controle intervalo todo o horizonte
Múltiplos tanques
Considerações e Limitações:
 Modela no máximo dois tanques por estação
 As estações possuem uma única entrada e uma
única saída de fluido
 Calcula o custo da operação
Possíveis estados dos tanques :






“Recebendo”
“Transferindo”
“Transferindo/Recebendo”
“Disponível para receber”
“Disponível para transferir”
“Indisponível”
Consideração de diversas
unidades gerenciais
O SmartPumping busca a eficiência global
do sistema
A adoção dessa concepção pode causar
prejuízos individuais em algumas unidades
gerenciais
Implementou-se uma ferramenta para alocar
a economia global obtida com o controle
otimizado entre todas as unidades
gerenciais, de modo que todas obtenham o
mesmo percentual de economia
Simulação Comparativa
Objetivos:
 Simular um cenário em tempo real a partir de condições iniciais
do supervisório
 Comparar numericamente e graficamente os valores simulados
com os valores observados
 Analisar a consistência do modelo hidráulico
Como funciona:
 No início de cada intervalo de cálculo, adquire-se os dados
atualizados do supervisório: nível dos tanques, estados das
bombas, vazão e pressão
 O SP: com os dados de estado e nível, simula e calcula os
valores de Nível, vazão e pressão
 Comparam-se os valores calculados pelo SP (Nível, vazão e
pressão) com os adquiridos do supervisório
 Saída: gráficos de comparação e arquivos com os valores
calculados para cada elemento monitorado
A Ferramenta de Projeto
Objetivo:
 Auxiliar no planejamento, projeto e expansão de
redes
Recursos
 Dimensionamento de novas malhas
 Dimensionamento de novos elementos: conjunto
de bombas, conjunto de tanques e dutos
A Ferramenta de Projeto
Soluções propostas pelo dimensionamento
:




Menor custo de investimento
Menor custo operacional
Vazão de transferência constante
Apoio à decisão quanto a incorporação de novos
elementos na malha
A Ferramenta de Projeto
Considerações e limitações:
 Produção dos poços constante
 Os tanques dimensionados funcionam
euqualizados
 Considera a vazão nominal das bombas no
dimensionamento de novos elementos
 Dimensiona pelo menos dois tanques para cada
estação
 Dimensiona bombas reservas
 Não dimensiona um novo elemento para um
conjunto já existente
A Ferramenta de Projeto
Cadastro do banco de dados:




Tabela com opções de tanques
Tabela com opções de dutos
Tabela com opções de tanques
Pré-seleção de elementos
A Ferramenta de Projeto
Cadastro do banco de dados:
A Ferramenta de Projeto
Cadastro do banco de dados:
A Ferramenta de Projeto
Cadastro do banco de dados:
A Ferramenta de Projeto
Dados de entrada:
 Tempo de
tancagem
 Arquivo de
previsão da
produção
 Arquivo de
controle
(dimensionam
ento de novos
elementos)
A Ferramenta de Projeto
Arranjo dos elementos:
Elementos que serão
dimensionados
Rotina de Dimensionamento
Tanques:
 Volume mínimo de tancagem
 Enumeração exaustiva de todas as opções de
tanques
 Melhor solução: que mais se aproxima do
volume mínimo de tancagem e tem menor custo
Dutos:
 Caminhamento das vazões
 Enumeração exaustiva de todas as opções de
dutos
 Custos de investimento
Rotina de Dimensionamento
Bombas:
 Enumeração exaustiva de todas as opções de
bombas
 Cálculo da Hman a partir da vazão de projeto
(previsão da produção)
 Para cada solução de dutos calcula-se a altura
manométrica ideal
 Para cada solução de dutos, a solução de
bombas cuja Hman seja superior e mais próxima
da calculada
 Bombas reservas
 Custo de investimento
Rotina de Dimensionamento
Cálculo do custo da operação:
 Assume um controle com todas as bombas
dimensionadas ligadas
 Simula a malha para um dia útil e feriado (seco e
úmido)
 Calcula o custo da operação
Cálculo da função objetivo:
 A solução que combine o menor custo de
investimento e operação
Resultado do Dimensionamento
Concepção
Simulação
Simulação