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Tipo: Dissertação
Título: Otimização da produção diária orientada a dados de poços de petróleo assistidos por gas-lift
Título(s) alternativo(s): Data-driven daily production optimization of gas-lift assisted oil wells
Autor(es): Matos, Ezequias Santos
Primeiro Orientador: Martins, Márcio André Fernandes
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Souza, Leonardo Silva de
metadata.dc.contributor.referee1: Martins, Márcio André Fernandes
metadata.dc.contributor.referee2: Sotomayor, Oscar Alberto Zanabria
metadata.dc.contributor.referee3: Gonçalves, Guilherme Augusto de Almeida
Resumo: No presente estudo, aborda-se um problema de otimização dinâmica para produção diária de petróleo e gás por meio de uma abordagem orientada a dados. Para isso, propõe-se a utilização de uma arquitetura de rede neural artificial (RNA) como substituto do modelo fenomenológico que representa um sistema de poços produtores assistidos por injeção contínua de gás (Gas Lift). Para realizar o treinamento da RNA, é imprescindível possuir dados relevantes, principalmente no que se refere à otimização econômica. Portanto, é crucial incluir as informações sobre as vazões de óleo e gás de cada poço e também do topo do riser. No entanto, as medições das vazões não estão disponíveis em tempo real e o que se tem à disposição é apenas a vazão total do campo, medido nas instalações de topside (após a separador trifásico), o que não permite entender o comportamento de cada poço individualmente. Devido à indisponibilidade de medição individualizada da vazão de poços, a utilização de um estimador de horizonte móvel (MHE), suportado por um modelo fenomenológico, mostrou-se como uma solução apropriada para estimar essas variáveis, permitindo disponibilizar dados para treinamento e obter de um modelo substituto a ser utilizado na etapa de otimização dinâmica. Desta maneira, foi possível viabilizar o treinamento de uma RNA com arquitetura \textit{ Nonlinear Autoregressive with Exogenous Input} empregada neste trabalho. Esta escolha foi feita com base na constatação de que a rede foi capaz de fazer predição de um passo à frente (um dia) de forma conveniente. Os resultados de aplicação em um poço e em campo composto por três poços e um riser apontaram um bom desempenho da rede neural artificial em termos de previsão temporal, além de apresentar um tempo computacional mais eficiente na solução do problema de otimização, quando comparado ao modelo fenomenológico padrão. A solução proposta por esta abordagem abre possibilidades para implementação em problemas de grande escala, como por exemplo, na otimização da produção diária de um campo de petróleo composto por vários poços integrados por diferentes reservatórios e manifolds.
Abstract: The present study addresses a dynamic optimization problem formulation for daily oil and gas production through a data-driven approach. To this end, it is proposed to use an artificial neural network (ANN) architecture as a surrogate model for the phenomenological one, which represents a system of producing wells assisted by continuous gas injection (Gas Lift). To carry out ANN training, it is essential to have relevant data, especially concerning economic optimization. Therefore, including information about each well's oil and gas flow rates and the top of the \textit{riser} is crucial. However, flow measurements are not available in real-time, and what is available is only the total flow rate of the field, measured in the topside installations (after the three-phase separator), which does not allow understanding the behavior of each well individually. Due to the unavailability of individual well's flow rate measurement, the use of a moving horizon estimator (MHE), supported by a phenomenological model, proved to be an appropriate solution to estimate these variables, allowing data to be made available for training and obtained from a substitute model to be used in the dynamic optimization stage. In this way, it was possible to train an ANN with the \textit{ Nonlinear Autoregressive with Exogenous Input} architecture used in this work. This choice was made based on the observation that the network could predict one ahead step (one day) conveniently. The application results in a well, and a field composed of three wells and a \textit{riser} showed a good performance of the artificial neural network in terms of temporal prediction, in addition to presenting a more efficient computational time in solving the optimization problem when compared to the standard phenomenological model. The solution proposed by this approach opens up possibilities for implementation in large-scale problems, such as optimizing the daily production of an oil field composed of several wells integrated by different reservoirs and manifolds.
Palavras-chave: Gas Lift
Otimização em Tempo Real
Inteligência Artificial
Estimação não Linear.
CNPq: CNPQ::OUTROS::ENGENHARIA MECATRONICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Computação - IC
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Mecatrônica da UFBA (PPGM) 
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39340
Data do documento: 10-Out-2023
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