Estabilização da produção de petróleo em sistemas gas-lift através do ajuste simples e eficiente de controladores PIDs

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Barreiros, Brício Ferreira
• Orientador(a): Trierweiler, Jorge Otávio, Farenzena, Marcelo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Controlador PID; Petróleo; Sistemas de produção
• Palavras-chave em Inglês: Tuning rules; PID controllers; Robust performance; Highly underdamped systems; Stabilization of oil production; Increased oil production
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/204426

O petróleo é uma fonte energética que possui grande demanda no Brasil e no mundo. A produção de petróleo, contudo, possui diferentes desafios dependendo da localização em que a mesma ocorre. No Brasil, 94% dessa produção é realizada em ambiente offshore. Nesse ambiente, problemas característicos conhecidos como golfadas são recorrentes, afetando a estabilidade da produção do petróleo e diminuindo a mesma. A utilização do controle automático, como o uso de controladores PIDs, é uma solução bastante estudada para eliminação das golfadas, porém, para estes sistemas os métodos de sintonia de controladores PIDs disponíveis na literatura fornecem controladores com baixo desempenho. Desta forma, o objetivo principal deste trabalho é estabilizar a produção de petróleo em sistemas gas-lift através da proposição de regras de ajuste simples e eficientes de controladores PIDs. Para isso, foi desenvolvido um novo método de sintonia para plantas altamente subamortecidas (ζ ∈ [0, 0,1]), e, posteriormente, o mesmo foi validado para um conjunto de 15000 plantas lineares diferentes, representadas por Funções de Transferência de segunda ordem com tempo morto. O novo método proposto fornece um bom compromisso entre desempenho e robustez, no qual é sugerida, para uma mesma planta, uma faixa de valores de ganho do controlador, em que o valor da Máxima Sensibilidade da malha fechada é restringido entre 1,2 e 2,2 na média. Além disso, o novo método pode ser aplicado para controladores PIDs na forma paralela e série, pois a sintonia proposta introduz os zeros do controlador no eixo real, baseado numa análise do lugar das raízes. Na análise da estabilização da produção de petróleo, foi utilizado o modelo Fast Offshore Well Model e foi possível estabilizar a produção de petróleo, assim como aumentar a produção em até 52% em relação a máxima produção obtida em malha aberta. O método de sintonia também foi avaliado em relação a sensibilidade a presença de ruído de medição e, a partir disso, foi definida uma faixa de valores recomendados para o fator proporcional ao tempo derivativo do filtro de primeira ordem (N) que deve ser entre 3 a 5, faixa na qual obtém-se um bom desempenho e esforço de controle em relação ao melhor desempenho e esforço de controle que poderia ser obtido para o mesmo processo sem ruído.