LACI Laboratório para Automação de Campos Inteligentes Concepção Inicial do Laboratório de Elevação de Fluídos do LACI

Temas Objetivo do Laboratório de Elevação de Fluídos Apresentação do Laboratório Concepção dos Poços Geometria dos poços Objetivos Estudo da dinâmica dos poços Estudo da estabilidade dos poços x variação ΦTP, L, IP, FD, fatrito Recomendação preliminar. Compressor Construção e manipulação dos poços Necessidades dos diferentes grupos de pesquisa

Objetivos: Permitir o teste de estratégias de automação, controle e otimização de poços operando com elevação por GLC, BCS, etc. dentro da filosofia GEDIG Adicionalmente: Permitir o teste de instrumentação GEDIG Permitir o teste de atuadores de fundo de poço como válvulas, bombas, etc. dentro da filosofia GEDIG.

Estrutura do laboratório de elevação de fluidos 3 poços com completação reconfigurável 1 riser 1 separador 1 manifold de gas lift 1 compressor 1 sistema de controle avançado

Localização no INPETRO Fosso de poços Sala de Controle

Setup Fosso com 4.7m

Vista no Inpetro 6.4m 4.7m Separador Ponte Rolante Sala de controle Fosso com os poços 4.7m

Concepção dos poços Nível de fluído controlado para simular Pest. c/ diferentes níveis de depleção “Packer” com fácil desconexão Sistema para simular formação (Projeto c/ CFX)

Geometria dos poços

Geometria dos poços Objetivos : Para GLC: garantir uma curva Pwf x Qinj. semelhante à dos poços Petrobras (Ponto de bifurcação à esquerda do ponto ótimo de operação Permitir a instalação de instrumentação e atuadores comerciais. Apresentar dinâmica controlável por sistema de controle semelhante aos utilizados nas plataformas. Bifurcação Ponto ótimo de operação

Estudo da geometria dos poços Introdução à dinâmica dos poços com elevação por GLC Estudo de Estabilidade de poços GLC x profundidade, Diam. Do Tubo de Produção, Fator de Atrito, Fator de Depleção, Índice de Produtividade. Considerações sobre Compressores Recomendação sob o ponto de vista GLC

Comportamento dinâmico em Gas Lift Contínuo Heading instability Formation Heading Tubing Heading Casing Heading Density Wave instability

Casing Heading Fenômeno cíclico: Para uma vazão de injeção de gás constante na superfície a pressão no anular aumenta. Depois de um tempo a pressão no lado do anular da Válvula de GL supera a pressão do lado do Tubo de Produção e inicia-se a entrada de gás no Tubo de Produção. A vazão de injeção de gás diminui a pressão de fundo.A pressão e a vazão na cabeça aumentam. A vazão de gás do anular continua aumentando mas devido a capacidade limitada a pressão no anular cai. A pressão na cabeça atinge o máximo e as vazões são altas na cabeça do poço. Com a queda da pressão do anular a vazão de gás entrando no Tubo de Produção cai o que faz a pressão de fundo aumentar. A vazão e a pressão na cabeça caem. A pressão na válvula de gas lift no lado do Tubo de Produção iguala a pressão da válvula no lado do anular e a vazão de gas é zerada. O processo reinicia em 1.

Modelo dinâmico matemático G. O. Eikrem, L. Imsland, and B. Foss, “Stabilization of gas-lifted wells based on state estimation,” in International Symposium on Advanced Control of Chemical Processes, 2004.

Casing Head Comportamento das pressões e vazões

Soluções p/ Casing Heading Injeção de gás com escoamento crítico na válvula de gas-lift -> $$$$ (Pm>2xPj) Válvulas de gas-lift tipo Venturi -> Atingem escoamento crítico com Pressões 10% acima da Pressão à jusante. Controle Ativo no Choke de Produção regulando a pressão de fundo (estimada ou medida).

As oscilações acabaram?

Density Wave Instability Oscilação confinada no Tubo de Produção mesmo com vazão de entrada de gás constante. A pressão no topo do revestimento é praticamente constante. Exemplo de Density-wave instability em um poço da empresa TOTAL

Dinâmica do fenômeno density-wave Pwf<Pformação - Líquido entra da formação para o interior do poço mas não há produção na superfície. Pressão de fundo aumenta. (gas fraction pequeno devido grande entrada de líquido) Pwf=~Pformação - A pressão no fundo inibe a entrada de líquido mas a entrada de gas continua. (gas fraction máximo) Ocorre produção de líquido e a coluna de produção é ocupada por gás. A pressão de fundo cai e o sistema retorna ao estado 1

Modelagem matemática da dinâmica Density Wave Tese de Laure Sinegre Docteur de l’Ecole des Mines de Paris Spécialité “Mathématiques et Automatique”, Etude des instabilités dans les puits activés par gas-lift (2006) Dissertação de Bin Hu, c/ orientação de Michael Golan, NTNU, “Characterizing gas-lift instabilities” (2004)

Modelo de Laure Sinègre (Fração de gás volumétrica semelhante a fração de gás mássica) Modelo de velocidade de escorregamento Expressão para fração mássica de gás

SIMULAÇÃO OLGA X MODELO LAURE SINEGRE Simulação de density wave com o modelo de Laure Sinègre. Simulação de density wave com o simulador OLGA.

MODELO DE BIN HU Usa equações para a conservação de massa e movimento... Tubo de produção Anular

Dissertação de Bin Hu Acha os valores de regime permanente Analisa a estabilidade para perturbações ao redor dos valores de regime permanente. Para escoamento crítico na válvula de gas-lift considera vazão constante na entrada do Tubo de Produção caso contrário simula anular. Faz um estudo da estabilidade frente a variações em L, diâmetro TP, PI, FD, atrito, etc. Apresenta os programas em MatLab que implementam o modelo.

Estudo feito com Modelo (Programas MatLab) de Bin Hu Sensibilidade a: L = 100, 150, 200m Diam. TP= 2”, 3”, 4”, Fator de atrito=0.0075, 0.015, 0.030 IP= 2.10^-6, 4.10^-6, 8.10^-6 Kg/s/Pa FD = 0.5, 0.7, 0.9 Diâmetro da Válvula de GL (VO)=9mm

ΦTP x Profundidade

ΦTP= 2” x Prof. (Normalizado)

Resumo Diam. TP x Profundidade

Resumo Fator atrito x Profundidade

Resumo IP x Profundidade

Fator de Depleção x Profundidade

Válvula gas-lift ¼” (6.35 mm)

Válvula gas-lift 1” (25.4 mm)

Escolha L, ΦTP Poço com L=100m ΦTP=3” ΦRev.=7” Pressão mínima compressor: Oléo API=30 -> P> 8.6 bar Água -> P> 9.81 bar

Opção L=100m, ΦTP=3”

Compressor Requisitos: Pnominal >10 bar Vazão nominal = 3*6 stm^3/min =18 stm^3/min Controle de Potência conforme a necessidade Baixo nível de ruído Acionamento elétrico (preferência Baixa Tensão)

Compressor Compressor ATLAS-COPCO Tipo Parafuso – Acionamento Elétrico 3Φ Baixa Tensão MODELO GA180 VSD 13 BAR – 21,1 M3/MIN FAD Motor 180 Kw (250hp) – nivel ruído 73 db Dimensão: Altura=2.01m, Largura=3.386m, Prof.=1.886m

Geometria dos poços Restrições: Peso da coluna (Capacidade da Ponte Rolante) Altura de manobra ( Fundo do Fosso até Ponte Rolante (4.7m + 6.4m)) Capacidade de efetuar manobras (equipar e desequipar o poço)

Decisões: Prever a manipulação sem sonda (utilizando ponte rolante) do tubo de produção e revestimento intermediário? Ou Prever a manipulação sem sonda somente do Tubo de Produção e prever a utilização de uma sonda para manobra do revestimento se necessário.

Sistema para efetuar manobra sem sonda: Construir uma mesa que permita suspender a coluna com bucha e cunhas apropriadas (colar de segurança). Adaptar um Gancho na Ponte Rolante para operações de retirada e descida de coluna Montar um sistema de chaves para aperto dos elementos da coluna. Prever a utilização de tubos de 6m. (Espaço entre cabeça do poço e Ponte Rolante é limitado)

Elementos especiais: Utilizar Packer de produção? Ou utilizar uma conexão tipo “Junta de expansão” Existem tubos de fibra de vidro que são mais leves (fácil manipulação)

Quais as características dos poços que atendem: Grupo de Instrumentação? Grupo de Testes de equipamentos? Grupo de Automação e Controle? Grupo de Elevação por GLC? Grupo de Elevação por BCS?