Modelagem Dinâmica do Processamento Primário de Petróleo
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Modelagem Dinâmica do Processamento Primário de Petróleo


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por alguns 
momentos a valores altíssimos (ver Figura 14.472) comprometendo o desempenho do 
próximo equipamento na seqüência do sistema de tratamento de água, que normalmente é o 
flotador. 
 
 
0 10 20 30 40 50 60
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
tempo(min)
E
fic
ie
nc
ia
 d
o 
H
id
ro
ci
cl
on
e
 
 
Figura 14.45:10 Eficiência de Sseparação de Óóleo no Hhidrociclone 
 
0 10 20 30 40 50 60
0.028
0.03
0.032
0.034
0.036
0.038
0.04
0.042
0.044
tempo(min)
S
pl
it
 
Figura 14.46:1 Split no Hhidrocliclone 
 
 180
0 10 20 30 40 50 60
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
tempo(min)
C
on
c.
 d
e 
O
le
o 
no
 U
nd
er
flo
w
 (v
ol
/v
ol
)
 
Figura 14.47:2 Concentraçãcao de óleo Óleo na saída Saída de água Água do 
hidrocicloneHidrociclone 
 
As instabilidades aqui representadas devem ser evitadas através do uso de uma malha de 
controle adequada. A seguir veremos como o Controle por Bandas pode ajudar, de uma 
forma simples, a resolver este problema. 
 
\u2022 Controle por Bandas 
 
Os parâmetros adotados para o Controle por Bandas são vistos na tabela abaixo. Note que 
K1, I1, e D1 referem-se aos valores dentro da banda assim como K2, I2, e D2 referem-se aos 
valores fora da banda. 
 
 
Controle por Bandas 
Setpoint 0.7 m 
K1 0.5 
I1 1 
D1 0 
Max Banda 0.8 m 
Min Banda 0.6 m 
K2 5 
I2 1 
D2 0 
 
 
 181
Note que para este caso as oscilações na interface ficaram restritas ao interior da banda 
(entre 0.8m e 0.6m). Ao mesmo tempo em que estas oscilações pouco afetam a qualidade 
do óleo exportado pelo separador, vê-se que para o tratamento d\u2019água os benefícios são 
muito grandes. A comparação com os resultados obtidos no PID mostram um desempenho 
muito melhor do sistema com o Controle por Bandas. 
0 10 20 30 40 50 60
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
tempo(min)
A
ltu
ra
s
hT
hw
hL
 
Figura 143.48 Alturas no separadorSeparador \u2013 Controle por Bandas 
 
Note que apesar de se termos oscilações maiores na interface água-óleo do separador de 
produção todo o sistema a jusante se estabiliza, tanto a vazão quanto a concentração de óleo 
na água descartada pelo separador. 
0 10 20 30 40 50 60
1610
1620
1630
1640
1650
1660
1670
1680
1690
1700
1710
empo(min)
C
on
c.
 n
a 
S
ai
da
 d
o 
S
ep
ar
ad
or
 (p
pm
)
 
Figura 14.49: Concentração de óleo Óleo na água Água descartada Descartada pelo 
separadorSeparador \u2013 
 182
Controle por Bandas 
 
As mudanças de concentração de óleo na água são lentas, da ordem de minutos, e como os 
hidrociclones têm constantes de tempo de aproximadamente de 2 segundos isto em nada 
afeta seu desempenho. 
0 10 20 30 40 50 60
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
tempo(min)
V
az
ao
 d
e 
U
nd
er
flo
w
 (m
3/
h)
 
Figura 14.50:5 Vazao Vazão de uUnderflow do hidrocicloneHidrociclone \u2013 Controle 
por Bandas 
 
Como grande contribuição desta nova estratégia de controle pode-semos destacar a 
estabilidade na vazão de underflow. Na figura Figura 14.505 podemos observar a grande 
diferença de comportamento desta quando comparada ao controle PID, fFigura 914.45. 
Seus resultados sobre a eficiência são muito claros. A figura Figura 14.516 nos mostra que 
nestas condições a eficiência obtida é de aproximadamente 80% oscilando muito pouco. 
0 10 20 30 40 50 60
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
tempo(min)
E
fic
ie
nc
ia
 d
o 
H
id
ro
ci
cl
on
e
 
 183
Figura 14.51:6 Eficiência de separação Separação de óleo Óleo no 
hidrocicloneHidrociclone \u2013 Controle por Bandas 
 
0 10 20 30 40 50 60
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
tempo(min)
S
pl
it
 
Figura 14.52:7 Split no Hhidrocliclone \u2013 Controle por Bandas 
 
Note que o split se mantém praticamente constante o que é desejado para o bom 
funcionamento do hidrociclone. Neste caso, a válvula de overflow está quase parada. Os 
resultados mostram que a concentração de óleo descartada pelo hidrociclone (Figura 
14.5318) tende a se estabilizar em torno de 200 ppms quando anteriormente (Figura 
14.472) oscilava entre 0 e 1600 ppms. 
0 10 20 30 40 50 60
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
tempo(min)
C
on
c.
 d
e 
O
le
o 
no
 U
nd
er
flo
w
 (v
ol
/v
ol
)
 
Figura 184.53: Concentracao Concentração de óleo Óleo na saída Saída de água Água 
do hidrocicloneHidrociclone 
 
 184
14.5.6 Estudo de Caso II. Implantação do Controle por Bandas na Interface Água-
óleo do Separador Trifásico da P-19. 
 
Os resultados desta implantação podem ser vistos na Figura 14.53a abaixoque. A figura ... 
apresenta o comportamento da válvula de controle de vazãao de água descartada pelos 
hidrociclones. Na fFigura ... 14.53b vemos vê-se o comportamento após a implantação do 
Controle por Bandas. 
 
 
 
Figura 14.54: Controle por Bandas na Interface Água-óleo do Separador Trifásico da 
P-19. (a) Comportamento Anterior ao Controle por Bandas; (b) Compotamento após 
o Controle por Bandas. 
 
 
 185
 
1514.6 Modelagem dDo Escoamento 
 
O escoamento multifasico é um fenômeno complexo e objeto de intenso estudo ao longo 
das últimas décadas. Os trabalhos de Taitel, Beggs e Brill são marcos importantes e servem 
até hoje como referência para projetistas e pesquisadores. O mapa de escoamento, figura ..., 
apresenta as condições nas quais os diferentes regimes de escoamento se formam nos 
escoamentos horizontais. No escoamento vertical o mapa resultante é apresentado na figura 
... Vê-se que oO escoamento em golfadas ocorrem quando se temos baixas velocidades 
superficiais de liquido e gás. Entretanto estes mapas tratam de equipamentos realizados em 
regime estacionário e nada é informado sobre a freqüência ou amplitude das golfadas. 
 
15.114.6.1 Golfadas em Risers 
 
A evolução do escoamento do poço a plataforma é responsável pela principal e mais 
preocupante perturbação na entrada do separador, o regime de golfadas severas. Este é 
caracterizado por uma instabilidade de fluxo que pode ocorrer a certas vazões devido a um 
arranjo do conjunto linha-riser desfavorável, geralmente a baixas pressões em linhas 
relativamente longas e com inclinação negativa. Ou seja, o resultado da instabilidade é 
caracterizado por ciclos regulares com períodos de vários minutos. 
 
A formação da golfada severa é mostrada na figuraFigura 14.55. Esporadicamente, ocorre o 
bloqueio na base do riser, provocado pelo acúmulo do líquido que escoa no duto, retendo o 
gás a montante. Passa a se formar então uma bolha de gás que inicia a penetração no riser, 
empurrando o líquido acumulado até que o gás atinja o topo. A partir daí o gás é produzido 
no separador. 
 
Estágio 1: geração da golfada 
 
Estágio 2: produção da golfada 
 
Estágio 3: penetração da bolha 
 
Estágio 4: produção de gás 
 
Figura 14.55: Escoamento em Golfadas 
Separador Separador 
 186
 
Schmidt et al. elaboraram um modelo que consegue prever a formação da golfada assim 
como o volume e tempo necessário para formação da bolha. 
Taitel mostrou um critério para determinação das condições necessárias para a formação de 
golfada severa. A partir do balanço de pressões na linha e no riser Taitel demonstrou que 
 
 
 
Recentemente a Statoil propôs o uso de um controle de golfadas baseado em controle de 
pressão em cascata com um controlador de vazão. Os resultados das simulações 
demonstram a boa performance da proposta. Parte-se do princíipio que uma pressão 
constante (a menos dos ruídos) indica