Optimisation of gas-lifted system using nonlinear model predictive control (2023)
- Authors:
- Autor USP: ADUKWU, OJONUGWA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PTC
- Subjects: CONTROLE AUTOMÁTICO; CONTROLE PREDITIVO; PETRÓLEO; GASES
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: O sistema de elevação a gás (gas lift, do inglês), como qualquer outro sistema de elevação artificial, é usado quando a energia natural para elevar o petróleo bruto do reservatório para as instalações a jusante se torna insuficiente. Esta pesquisa se concentrou na otimização da recuperação de petróleo bruto do poço de petróleo levantado a gás usando o controle preditivo de modelo não linear (NMPC, do inglês). Duas abordagens principais foram usadas: (a) redução/eliminação da instabilidade do cabeçote do revestimento e (b) controle tolerante a falhas no sistema. Inicialmente foi apresentado um NMPC desenvolvido. O controlador foi testado em reator de tanque agitado contínuo (CSTR), usando o solver de otimizações IPOPT no CasADi e o otimizador fmincon no MATLAB. O NMPC de horizonte finito foi selecionado e usado para otimizar o sistema gas-lifted. O controlador estabilizou o sistema não perturbado, melhorando a produção em 5,63% em comparação com a operação em malha aberta quando o sistema está em instabilidade de cabeçote de revestimento. A produção em estado estacionário, auxiliada pela alto alvo de entrada, atingiu 12,25 kg/s, muito mais do que 9,57 kg/s obtidos no caso de uma entrada. Este controlador apresentou uma melhoria de 3,76% em relação ao controlador PI (proporcional-integral) para o mesmo caso. O desempenho de estimativa de três filtros não lineares foram comparados e o filtro de Kalman estendido foi selecionado para estimar estados do sistema, que foram usados para controle tolerante a falhas (FTC, do inglês) do sistema de elevação a gás. FTC passivo, alterando limite de controle e alterando custo de controle foram usados para implementar os problemas de FTC. O FTC passivo forneceu mais robustez, mas pequena alteração na produção. Redução do limite superior de controle garantiu a estabilidade,mas a produção pode diminuir. Aumento do custo do controlador que priorizou o alvo de entrada aumentou a produção, mas estava propenso a instabilidade do cabeçote do revestimento. Enquanto o esquema FTC pudesse reduzir o tempo de inatividade, a remoção da instabilidade do cabeçote do revestimento aumenta a taxa média de produção de óleo, otimizando o sistema de elevação a gás.
- Imprenta:
- Data da defesa: 03.03.2023
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ABNT
ADUKWU, Ojonugwa. Optimisation of gas-lifted system using nonlinear model predictive control. 2023. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2023. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3139/tde-26042023-151430/. Acesso em: 22 fev. 2026. -
APA
Adukwu, O. (2023). Optimisation of gas-lifted system using nonlinear model predictive control (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3139/tde-26042023-151430/ -
NLM
Adukwu O. Optimisation of gas-lifted system using nonlinear model predictive control [Internet]. 2023 ;[citado 2026 fev. 22 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3139/tde-26042023-151430/ -
Vancouver
Adukwu O. Optimisation of gas-lifted system using nonlinear model predictive control [Internet]. 2023 ;[citado 2026 fev. 22 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3139/tde-26042023-151430/
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