Dissertação
Controle plantwide do processo de tratamento de óleo de um FPSO do pré-sal brasileiro empregando lógica neuro-fuzzy com otimização por algoritmos genéticos e controle override
Registro en:
CHAVES, José Andersands Flauzino. Controle plantwide do processo de tratamento de óleo de um FPSO do pré-sal brasileiro empregando lógica neuro-fuzzy com otimização por algoritmos genéticos e controle override. 2023. 182 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 20223.
Autor
Chaves, José Andersands Flauzino
Institución
Resumen
With the growing demand for fuels and with the prospect of exhaustion of conventional oil
deposits around the world, it is necessary to make oil production viable in the most hostile and
complex existing environments. One of these environments is the Brazilian pre-salt, which has
several technological challenges for its production, such as the high water depth that covers it
and the composition of the produced fluids that contain high levels of N2 and CO2. In parallel
with this scenario, we observe the emergence of the 4th industrial revolution, also called
Industry 4.0, which is accompanied by the application of artificial intelligence and machine
learning as ways to enable industrial production at its maximum efficiency with safety and
control. This work proposes the use of advanced automation and process control techniques
through: Plantwide Control, Fuzzy Logic, Expert Systems, Neural Networks, Genetic
Algorithms, Gain Scheduling Control and Override Control. First, a non-linear and
concentrated parameter modeling of the oil treatment process of an FPSO (Floating, Production,
Storage and Offloading) that currently operates in the Brazilian pre-salt by Petrobras was
elaborated, using the Simulink® of Matlab®, validated from the comparison with the real data
of the process plant and its design. Then, the project was made and the control loops of the
modeled and simulated equipment were implemented using the Plantwide control technique to
evaluate the most productive way for the process to be controlled based on the ways of
controlling the plant's power supply, its recycles and restrictions. imposed by the process output
from neuro-fuzzy logic, expert system and override control. In addition, it was proposed the
automation and control of the opening of the chokes of the wells via fuzzy logic and neural
networks, and the automation of the setpoint of the separators parameterized by a study carried
out in genetic algorithms with an expert system. With this work, it was possible to find a way
in which the plant operates with greater stability and profitability, with a gain in production and
a significant increase in revenue for the oil production process of the FPSO under analysis, thus
obtaining a much better result. than originally planned. As a future perspective is the application
of this technology also for the treatment of the gas and water of the platform and the application
of computational fluid dynamics for the evolution of the created systems. Com a demanda crescente por combustíveis e com a perspectiva de exaustão das jazidas de
petróleo convencionais em todo o mundo é necessário viabilizar a produção de petróleo nos
ambientes mais hostis e complexos existentes. Um desses ambientes é o Pré-sal brasileiro,
dotado de diversos desafios tecnológicos para a sua produção, como a elevada lâmina d’água
que o recobre e pela composição dos fluídos produzidos que contêm altos teores de N2 e CO2.
Paralelamente a este cenário, observamos o surgimento da 4ª revolução industrial, também
chamada de Indústria 4.0, e que surge acompanhada da aplicação de inteligência artificial e
machine learning como formas de viabilizar a produção industrial na sua máxima eficiência
com segurança e controle. Nesse trabalho é proposto a utilização de técnicas avançadas de
automação e controle de processos por meio de: Controle Plantwide, Lógica Fuzzy, Sistemas
Especialistas, Redes Neurais, Algoritmos Genéticos, Gain Scheduling Control e Controle
Override. Primeiro foi elaborada uma modelagem do tipo não linear e de parâmetros
concentrados do processo de tratamento de óleo de um FPSO (Floating, Production, Storage
and Offloading) que hoje opera no pré-sal brasileiro pela Petrobras, no Simulink® do Matlab®,
validada a partir da comparação com os dados reais da planta de processo e de seu projeto. Em
seguida, feito o projeto e implementado as malhas de controle dos equipamentos modelados e
simulados utilizando a técnica de controle Plantwide para avaliar a forma mais produtiva do
processo ser controlado com base nas formas de controle da alimentação da planta, dos seus
reciclos e das restrições impostas pela saída do processo a partir de lógica neuro-fuzzy, sistema
especialista e controle override. Além disso, foi proposto a automação e controle da abertura
dos chokes dos poços via lógica fuzzy e redes neurais, e a automação do setpoint dos
separadores parametrizados por um estudo feito em algoritmos genéticos com sistema
especialista. Com esse trabalho, foi possível encontrar um modelo de produção em que a planta
opera com maior estabilidade e rentabilidade, com um aumento da receita financeira de forma
significativa para o processo de produção de petróleo do FPSO em análise e, com isso, obtendo
um resultado bem melhor que o previsto inicialmente. Como perspectiva futura fica a aplicação
dessa tecnologia também para o tratamento do gás e água da plataforma e de aplicação de
fluidodinâmica computacional para evolução dos sistemas criados. São Cristóvão