PRH 2.1 – Formação de Engenheiros em Automação, Controle e Instrumentação para Petróleo, Gás e Biocombustíveis

Objetivo Geral:

Desenvolver um medidor industrial, com eletrônica embarcada, para medir as frações de água-óleo-gás em escoamentos multifásicos desde o poço até a unidade de produção de petróleo, baseado em tecnologia de processo e na integração de diferentes técnicas de medição por Tomometria Elétrica Capacitiva (Electrical Capacitance Tomometry – ECTM).

Desafio: Na produção de petróleo e gás tipicamente ocorrem escoamentos multifásicos de água, óleo e gás. Em poços de alta produtividade, como os esperados para o Pré-Sal, os medidores de fração de água-óleo-gás apresentam-se como instrumentos muito importantes para o aumento da rentabilidade e da segurança operacional. A disponibilidade de informação em tempo real sobre a produção permite a otimização dos processos de gerenciamento e recuperação de reservatórios, assim como uma rápida detecção de golfadas e de paradas de produção. No entanto, os medidores atualmente disponíveis no mercado são importados, de elevado custo e, pela dificuldade de calibração apresentam problemas de rastreabilidade metrológica. Nossa tecnologia, desenvolvida ao longo da ultima década, permitirá reduzir custos de produção, adaptando o medidor à realidade brasileira, com um ciclo de produto em constante evolução. Outra diferença é seu sistema de detecção do tipo de escoamento baseado em técnicas de IA e machine learning com reconhecimento de “assinaturas” de escoamento, para reduzir erros de incerteza na medição. A disponibilidade de um medidor nacional, metrologicamente confiável e baseado em tecnologia atual viabilizará o uso extensivo desta técnica nas unidades de produção do pré-sal, tendo como consequência o aumento da produtividade e da segurança operacional. Solução: A solução proposta consiste em desenvolver um protótipo de industrial para medição de frações de óleo, gás, água para escoamento multifásico com capacidade de operação submarina a grandes profundidades em linhas de produção de unidades offshore na indústria do P&G. O principio de medição deste medidor não intrusivo é baseado em Tomografia Elétrica Capacitiva (ECT), de 12 ou 16 eletrodos. Atualmente opera com eletrônica e módulos de aquisição e processamento baseados no sistema LabVIEW-NI em uma planta de escoamento multifásico (óleo-ar-água) existente no DAS-UFSC. Parceiros: Empresa Logica-e Empresa Alkimat

O protótipo industrial utiliza eletrônica embarcada composta por módulos: (i) de condicionamento e aquisição de sinais; (ii) processamento dos dados; (iii) transmissão digital. O processamento dos dados não tem como objetivo a reconstrução da imagem da seção de escoamento multifásico, priorizando-se o calculo das frações do escamento multifásico. O sensor opera com um único plano ECT e utiliza matrizes de sensibilidade pré-calculadas para medição das frações água/óleo e óleo/gás, com fase de óleo continua, em um ciclo de medição realizado em duas fases com processamento paralelo. O sensor também pode ser calibrado para medição do teor de CO2. O sensor é construído em fibra de vidro epóxi e outros materiais colocados em sucessivas camadas, garantindo as especificações de operação de processo submarino a grandes profundidades (condições de temperatura e pressão de operação existentes na saída do poço de produção).

(1) ECTM sensor prototype; (2) Data acquisition system; (3) Switching and measurement control; (4) Excitation signal source.

O medidor (protótipo industrial) opera remotamente nas linhas de produção em campos off-shore, disponibilizando periodicamente dados digitais das frações locais de óleo, gás, água com um sistema de autodetecção de falhas operado remotamente. Com o projeto pretende-se disponibilizar no mercado Brasileiro um medidor das frações de água-óleo-gás, que opere em tempo real e de forma não intrusiva, de alta confiabilidade metrológica com incerteza de medição suficientemente baixa para aplicações de operação da produção. Requisitos como facilidade para calibração e verificação periódica serão considerados desde o início do projeto. O medidor de frações proposto deve ser submarino e operar na saída do choke de produção de cada poço. Também deverá permitir, em desenvolvimentos futuros, a integração da informação das frações com seções de duto instrumentado dedicadas à medição de velocidade e de densidade para conformar um Medidor de Vazão de Escoamento Multifásico (MVEM).

Os dados obtidos de cada poço de produção de petróleo permitiram (i) determinar a fração volumétrica das diferentes fases de cada linha de produção (instalado na saída da árvore de natal molhada de cada poço), reduzindo a incerteza no cálculo do escoamento multifásico; (ii) otimizar a produção dos poços de produção utilizando métodos de elevação por gas-lift e bombeio mecânico; (iii) redução de custos operacionais com compressão de gás nas plataformas de produção; (iv) redução do risco de falha em equipamentos de bombeio. O protótipo industrial vem sendo desenvolvido e testado na Unidade de escoamento multifásico da UFSC.

Laboratório LEEM

Professores Envolvidos:
Daniel J. Pagano – DAS/UFSC (Coordenador)
Francisco R. Moreira da Mota – IFSC
Marina E. Stasiak – Univali