Simulador computacional para poços de petróleo com método de elevação artificial por bombeio mecânico

This work proposes a computer simulator for sucker rod pumped vertical wells. The simulator is able to represent the dynamic behavior of the systems and the computation of several important parameters, allowing the easy visualization of several pertinent phenomena. The use of the simulator allows the execution of several tests at lower costs and shorter times, than real wells experiments. The simulation uses a model based on the dynamic behavior of the rod string. This dynamic model is represented by a second order partial differencial equation. Through this model, several common field situations can be verified. Moreover, the simulation includes 3D animations, facilitating the physical understanding of the process, due to a better visual interpretation of the phenomena. Another important characteristic is the emulation of the main sensors used in sucker rod pumping automation. The emulation of the sensors is implemented through a microcontrolled interface between the simulator and the industrial controllers. By means of this interface, the controllers interpret the simulator as a real well. A "fault module" was included in the simulator. This module incorporates the six more important faults found in sucker rod pumping. Therefore, the analysis and verification of these problems through the simulator, allows the user to identify such situations that otherwise could be observed only in the field. The simulation of these faults receives a different treatment due to the different boundary conditions imposed to the numeric solution of the problem. Possible applications of the simulator are: the design and analysis of wells, training of technicians and engineers, execution of tests in controllers and supervisory systems, and validation of control algorithms

Este trabalho propõe um simulador computacional para poços de petróleo com trajetória vertical, equipados com elevação artificial por bombeio mecânico (BM). O simulador é capaz de representar o comportamento dinâmico de sistemas de BM e avaliar numericamente diversos parâmetros relevantes ao mesmo, permitindo a fácil visualização de diversos fenômenos pertinentes ao processo, tudo isso, de forma conveniente e a custos e tempos menores, do que experimentos com poços reais. A simulação utiliza um modelo baseado no comportamento dinâmico da coluna de hastes, o qual pode ser representado por uma equação diferencial parcial de segunda ordem. A partir deste modelo, pode-se verificar a ocorrência de diversas situações comumente vivenciadas em campo. A simulação conta ainda com animações em 3D, facilitando o entendimento físico do processo, devido a uma melhor interpretação visual dos fenômenos. Outra característica importante é a emulação dos principais sensores utilizados na automação de BM. A emulação dos sensores é feita através de uma interface microcontrolada entre o simulador e controladores industriais, de maneira que os controladores interpretem o simulador como um poço real. No simulador foi desenvolvido um módulo de falhas onde são implementadas seis diferentes condições de falhas. Estas pertencem ao grupo dos principais problemas encontrados em sistemas de BM. Assim, a análise e verificação destes problemas, através do simulador, dá ao usuário a oportunidade de identificar tais situações que só poderiam ser observadas em campo. A implementação destas condições recebe um tratamento diferenciado em virtude das diferentes condições de contorno impostas à solução numérica do problema. Diversas aplicações são encontradas para o simulador, dentre elas: a parametrização e análise de poços, a aplicação em cursos de capacitação técnica para técnicos e engenheiros, a realização de testes em controladores, sistemas supervisórios e a validação de algoritmos de controle