Uma aplicação da apredizagem por reforço na otimização da produção em um campo de petróleo

The objective of reservoir engineering is to manage fields of oil production in order to maximize the production of hydrocarbons according to economic and physical restrictions. The deciding of a production strategy is a complex activity involving several variables in the process. Thus, a smart system, which assists in the optimization of the options for developing of the field, is very useful in day-to-day of reservoir engineers. This paper proposes the development of an intelligent system to aid decision making, regarding the optimization of strategies of production in oil fields. The intelligence of this system will be implemented through the use of the technique of reinforcement learning, which is presented as a powerful tool in problems of multi-stage decision. The proposed system will allow the specialist to obtain, in time, a great alternative (or near-optimal) for the development of an oil field known

Uma aplicação da apredizagem por reforço na otimização da produção em um campo de petróleo

The objective of reservoir engineering is to manage fields of oil production in order to maximize the production of hydrocarbons according to economic and physical restrictions. The deciding of a production strategy is a complex activity involving several variables in the process. Thus, a smart system, which assists in the optimization of the options for developing of the field, is very useful in day-to-day of reservoir engineers. This paper proposes the development of an intelligent system to aid decision making, regarding the optimization of strategies of production in oil fields. The intelligence of this system will be implemented through the use of the technique of reinforcement learning, which is presented as a powerful tool in problems of multi-stage decision. The proposed system will allow the specialist to obtain, in time, a great alternative (or near-optimal) for the development of an oil field known

Valorização da Borra de Café: Otimização da Produção de Biodiesel por Catálise Enzimática

O decréscimo das reservas de petróleo e as consequências ambientais resultantes do recurso a combustíveis fósseis nos motores a diesel têm levado à procura de combustíveis alternativos. Esta pesquisa alicerçada nas fontes de energia renovável tornou-se essencial, face à crescente procura de energia e ao limitado fornecimento de combustíveis fósseis . Resíduos de óleo de cozinha, gordura animal, entre outros resíduos de origem biológica, tais como a borra de café, são exemplos de matérias-primas para a produção de biodiesel. A sua valorização tem interesse quer pela perspetiva ambiental, quer pela económica, pois aumenta não só a flexibilidade e diversificação das matérias-primas, mas também contribui para uma estabilidade de custos e alteração nas políticas agrícolas e de uso do solo. É neste contexto que se enquadra o biodiesel e a borra de café, pretendendo-se aqui efetuar o estudo da produção, à escala laboratorial, de biodiesel a partir da borra de café, por transesterificação enzimática, visando a procura das melhores condições reacionais. Iniciando-se com a caracterização da borra de café, foram avaliados antes e após a extração do óleo da borra de café, diversos parâmetros, de entre os quais se destacam: o teor de humidade (16,97% e 6,79%), teor de cinzas (1,91 e 1,57%), teor de azoto (1,71 e 2,30%), teor de proteínas (10,7 e 14,4%), teor de carbono (70,2 e 71,7%), teor de celulose bruta (14,77 e 18,48%), teor de lenhina (31,03% e 30,97%) e poder calorifico superior (19,5 MJ/kg e 19,9 MJ/kg). Sumariamente, constatou-se que os valores da maioria dos parâmetros não difere substancialmente dos valores encontrados na literatura, tendo sido evidenciado o potencial da utilização desta biomassa, como fonte calorifica para queima e geração de energia. Sendo a caracterização do óleo extraído da borra de café um dos objetivos antecedentes à produção do biodiesel, pretendeu-se avaliar os diferentes parâmetros mais significativos. No que diz respeito à caracterização do óleo extraído, distingue-se a sua viscosidade cinemática (38,04 mm2/s), densidade 0,9032 g/cm3, poder calorífico de 37,9 kcal/kg, índice de iodo igual a 63,0 gI2/ 100 g óleo, o teor de água do óleo foi de 0,15 %, o índice de acidez igual a 44,8 mg KOH/g óleo, ponto de inflamação superior a 120 ºC e teor em ácidos gordos de 82,8%. Inicialmente foram efetuados ensaios preliminares, a fim de selecionar a lipase (Lipase RMIM, TL 100L e CALB L) e álcool (metanol ou etanol puros) mais adequados à produção de biodiesel, pelo que o rendimento de 83,5% foi obtido através da transesterificação mediada pela lipase RMIM, utilizando como álcool o etanol. Sendo outro dos objetivos a otimização do processo de transesterificação enzimática, através de um desenho composto central a três variáveis (razão molar etanol: óleo, concentração de enzima e temperatura), recorrendo ao software JMP 8.0, determinou-se como melhores condições, uma razão molar etanol: óleo 5:1, adição de 4,5% (m/m) de enzima e uma temperatura de 45 ºC, que conduziram a um rendimento experimental equivalente a 96,7 % e teor de ésteres 87,6%. Nestas condições, o rendimento teórico foi de 99,98%. Procurou-se ainda estudar o efeito da adição de água ao etanol, isto é, o efeito da variação da concentração do etanol pela adição de água, para teores de etanol de 92%, 85% e 75%. Verificou-se que até 92% decorreu um aumento da transesterificação (97,2%) para um teor de ésteres de (92,2%), pelo que para teores superiores de água adicionada (75% e 85%) ocorreu um decréscimo no teor final em ésteres (77,2% e 89,9%) e no rendimento da reação (84,3% e 91,9%). Isto indica a ocorrência da reação de hidrólise em maior extensão, que leva ao desvio do equilíbrio no sentido contrário à reação de formação dos produtos, isto é, dos ésteres. Finalmente, relativamente aos custos associados ao processo de produção de biodiesel, foram estimados para o conjunto de 27 ensaios realizados neste trabalho, e que corresponderam a 767,4 g de biodiesel produzido, sendo o custo dos reagentes superior ao custo energético, de 156,16 € e 126,02 €, respetivamente. Naturalmente que não esperamos que, a nível industrial os custos sejam desta ordem de grandeza, tanto mais que há economia de escala e que as enzimas utilizadas no processo deveriam ser reutilizadas diversas vezes.

Estudo de estratégias de otimização para poços de petróleo com elevação por bombeio de cavidades progressivas

The progressing cavity pump artificial lift system, PCP, is a main lift system used in oil production industry. As this artificial lift application grows the knowledge of it s dynamics behavior, the application of automatic control and the developing of equipment selection design specialist systems are more useful. This work presents tools for dynamic analysis, control technics and a specialist system for selecting lift equipments for this artificial lift technology. The PCP artificial lift system consists of a progressing cavity pump installed downhole in the production tubing edge. The pump consists of two parts, a stator and a rotor, and is set in motion by the rotation of the rotor transmitted through a rod string installed in the tubing. The surface equipment generates and transmits the rotation to the rod string. First, is presented the developing of a complete mathematical dynamic model of PCP system. This model is simplified for use in several conditions, including steady state for sizing PCP equipments, like pump, rod string and drive head. This model is used to implement a computer simulator able to help in system analysis and to operates as a well with a controller and allows testing and developing of control algorithms. The next developing applies control technics to PCP system to optimize pumping velocity to achieve productivity and durability of downhole components. The mathematical model is linearized to apply conventional control technics including observability and controllability of the system and develop design rules for PI controller. Stability conditions are stated for operation point of the system. A fuzzy rule-based control system are developed from a PI controller using a inference machine based on Mandami operators. The fuzzy logic is applied to develop a specialist system that selects PCP equipments too. The developed technics to simulate and the linearized model was used in an actual well where a control system is installed. This control system consists of a pump intake pressure sensor, an industrial controller and a variable speed drive. The PI control was applied and fuzzy controller was applied to optimize simulated and actual well operation and the results was compared. The simulated and actual open loop response was compared to validate simulation. A case study was accomplished to validate equipment selection specialist system

Controlador preditivo não linear aplicado ao controle de golfadas em processos de produção de petróleo

Slugging is a well-known slugging phenomenon in multiphase flow, which may cause problems such as vibration in pipeline and high liquid level in the separator. It can be classified according to the place of its occurrence. The most severe, known as slugging in the riser, occurs in the vertical pipe which feeds the platform. Also known as severe slugging, it is capable of causing severe pressure fluctuations in the flow of the process, excessive vibration, flooding in separator tanks, limited production, nonscheduled stop of production, among other negative aspects that motivated the production of this work . A feasible solution to deal with this problem would be to design an effective method for the removal or reduction of the system, a controller. According to the literature, a conventional PID controller did not produce good results due to the high degree of nonlinearity of the process, fueling the development of advanced control techniques. Among these, the model predictive controller (MPC), where the control action results from the solution of an optimization problem, it is robust, can incorporate physical and /or security constraints. The objective of this work is to apply a non-conventional non-linear model predictive control technique to severe slugging, where the amount of liquid mass in the riser is controlled by the production valve and, indirectly, the oscillation of flow and pressure is suppressed, while looking for environmental and economic benefits. The proposed strategy is based on the use of the model linear approximations and repeatedly solving of a quadratic optimization problem, providing solutions that improve at each iteration. In the event where the convergence of this algorithm is satisfied, the predicted values of the process variables are the same as to those obtained by the original nonlinear model, ensuring that the constraints are satisfied for them along the prediction horizon. A mathematical model recently published in the literature, capable of representing characteristics of severe slugging in a real oil well, is used both for simulation and for the project of the proposed controller, whose performance is compared to a linear MPC

Desenvolvimento de um destilador solar para tratamento de águas de produção de petróleo com vistas a sua utilização na agricultura e geração de vapor

The production of petroleum is frequently accomplished with great volumes of water, that it is carried of the underground with the oil. It is a challenge of the present century the development of technologies that allow the use of waste water for purposes that consume great amounts of water and don't demand as rigid as the one of the drinking water requirements. The solar distillation has been configuring as an alternative of clean technology for desalination of brine and saline. Besides causing the minimum possible damage to the environment, it takes advantage of an abundant and free energy source: the solar energy. That study aims to develop a Solar Distillator for treatment of the produced water of the oil wells, to obtain an efluent to use in agriculture and vapor generation. The methodology for collection, conservation and analysis of the physical-chemical parameters obeyed the norms in APHA (1995). The sampling was of the composed type. Experiments were accomplished in the solar distillation pilot and simulation in thermostatic bathing. The operation was in batch system and for periods of 4, 6 and 12 h. The developed Distillator is of the type simple effect of two waters. It was still tested two inclination angles for covering; 20º and 45º. The Distillator presented minimum of 2,85 L/m2d revenues and maximum of 7,14 L/m2d. The removals of salts were great than 98%. The removal of TOC in the simulation was great than 90%. In agreement with the data of energy and mass balance, it was verified that the developed solar Distillator presented compatible revenues with those found in literature for similar types. It can be inferred that the obtained distilled water assists to the requirements CONAMA in almost all the points and could be used for irrigation of cultures such as cotton and mamona. As the distilled water has characteristics of fresh water it can be used in the generation of vapor

Projetos estratégicos no setor de exploração e produção de petróleo

Este artigo explora os elementos e o papel das técnicas envolvidos no gerenciamento bem-sucedido de projetos estratégicos aplicados ao setor de exploração e produção (E&P) de óleo e gás do Reino Unido. Primeiramente, é apresentada uma revisão de literatura das técnicas de gerenciamento de projetos estratégicos. Em seguida, são descritos e validados 50 elementos multidisciplinares envolvidos nesse tipo de gerenciamento, explorando-se até que ponto as técnicas consideram, em termos teóricos, tais elementos. Complementarmente, é apresentada uma pesquisa que identifica os elementos do sucesso envolvidos no gerenciamento de projetos estratégicos e verifica até que ponto as técnicas consideram tais elementos na prática. Finalmente, são propostos conjuntos de técnicas para o gerenciamento bem-sucedido de projetos estratégicos de E&P no Reino Unido. O artigo traz ainda algumas conclusões e futuras direções de pesquisa, com ênfase na extensão da metodologia proposta à realidade brasileira, já que os resultados são exclusivos do ambiente britânico.

Otimização da produção de biogás com recurso a redes neuronais artificiais

Numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), são elevados os custos não só de tratamento das águas residuais como também de manutenção dos equipamentos lá existentes, nesse sentido procura-se utilizar processos capazes de transformar os resíduos em produtos úteis. A Digestão Anaeróbia (DA) é um processo atualmente disponível capaz de contribuir para a redução da poluição ambiental e ao mesmo tempo de valorizar os subprodutos gerados. Durante o processo de DA é produzido um gás, o biogás, que pode ser utilizado como fonte de energia, reduzindo assim a dependência energética da ETAR e a emissão de gases com efeito de estufa para a atmosfera. A otimização do processo de DA das lamas é essencial para o aumento da produção de biogás, mas a complexidade do processo constitui um obstáculo à sua otimização. Neste trabalho, aplicaram-se Redes Neuronais Artificiais (RNA) ao processo de DA de lamas de ETAR. RNA são modelos simplificados inspirados no funcionamento das células neuronais humanas e que adquirem conhecimento através da experiência. Quando a RNA é criada e treinada, produz valores de output aproximadamente corretos para os inputs fornecidos. Foi esse o motivo para recorrer a RNA na otimização da produção de biogás no digestor I da ETAR Norte da SIMRIA, usando o programa NeuralToolsTM da PalisadeTM para desenvolvimento das RNA. Para tal, efetuou-se uma análise e tratamento de dados referentes aos últimos quatro anos de funcionamento do digestor. Os resultados obtidos permitiram concluir que as RNA modeladas apresentam boa capacidade de generalização do processo de DA. Considera-se que este caso de estudo é promissor, fornecendo uma boa base para o desenvolvimento de modelos eventualmente mais gerais de RNA que, aplicado conjuntamente com as características de funcionamento de um digestor e o processo de DA, permitirá otimizar a produção de biogás em ETAR.

PCA: uma ferramenta para identificação de traçadores químicos para água de formação e água de injeção associadas à produção de petróleo

This study describes the use of Principal Component Analysis to evaluate the chemical composition of water produced from eight oil wells in three different production areas. A total of 609 samples of produced water, and a reference sample of seawater, were characterized according to their levels of salinity, calcium, magnesium, strontium, barium and sulphate (mg L-1) contents, and analyzed by using PCA with autoscaled data. The method allowed the identification of variables salinity, calcium and strontium as tracers for formation water, and variables magnesium and sulphate as tracers for seawater.

Otimização da produção de biodiesel a partir de óleo de coco babaçu com aquecimento por microondas

As reações sob aquecimento por microondas geralmente apresentam significativa redução no tempo de reação e elevados rendimentos. Portanto, o objetivo desse trabalho foi adaptar um forno de microondas doméstico de forma adequada e segura para realização de reações de transesterificação, e otimizar o processo de produção de biodiesel por microondas usando óleo de coco babaçu como matéria prima. Para este fim, foi usado um planejamento composto central no qual se variou o tempo de irradiação, concentração de KOH e razão óleo:metanol. Análises estatísticas foram feitas para avaliarem a significância do modelo usado. As condições experimentais ótimas foram: razão óleo:metanol, 8,59, concentração de KOH, 2,19%, tempo de irradiação, 70 segundos, dando rendimento de aproximadamente 100%.

Otimização da produção do carvão vegetal por meio do controle de temperaturas de carbonização

Embora nos últimos anos diversas pesquisas tenham sido desenvolvidas com o intuito de melhorar os índices de qualidade da madeira (densidade básica, composição química), grande parte da produção brasileira de carvão ainda ocorre em fornos com baixo rendimento gravimétrico e com emissões de gases poluentes. Na tentativa de alterar esse cenário, este trabalho objetivou avaliar o funcionamento de um sistema forno-fornalha e também o ajuste de faixas de controle da carbonização em função do tempo e da temperatura, levando-se em consideração a degradação térmica da madeira, com vistas a maximizar o rendimento em carvão vegetal. Foram construídos três fornos circulares de alvenaria acoplados a uma fornalha, para queima dos gases gerados durante a carbonização. O controle da carbonização foi realizado através da mensuração da temperatura interna com sensor infravermelho. De acordo com os resultados, o controle da carbonização realizado com base nas faixas de carbonização proporcionou rendimento médio de 33% de carvão, 8% de atiço e 3% de finos. A fornalha mostrou-se eficiente na redução de emissão de fumaça para o ambiente, funcionando durante um terço do tempo de carbonização. Conclui-se que o sistema forno-fornalha apresenta produção satisfatória de carvão vegetal, com baixa emissão de fumaça durante a carbonização da madeira.

Otimização da produção de nata (celulose bacteriana) por fermentação em superfície

A nata de coco, alimento glicídico obtido por fermentação em superfície promovida por Acetobacter xylinum, é bastante difundida em alguns países asiáticos, principalmente nas Filipinas. Como meio de cultivo são utilizadas a água ou o leite de coco, produtos de baixo valor econômico e resíduos de processamento da fruta; há indicativos na literatura, entretanto, de que outros resíduos agro-industriais como soro de leite ou mesmo suco de frutas podem ser utilizados. A fim de avaliar a produção de nata para posteriores estudos visando o uso de meios alternativos, foi utilizado um meio de composição definida com o qual foi possível definir as condições de pH, de inóculo e de incubação, assim como observar a influência de açúcares e de ácidos no processo. Foram delineados experimentos usando-se ácido acético e glucose como variáveis de entrada visando a otimização do processo. As condições de fermentação incluíram correção do pH para 4, adição de 10% (v/v) de inóculo ao meio e incubação a 28°C por 10 dias. As condições encontradas como ótimas em relação às concentrações iniciais dos nutrientes considerados foram 0,65 moles/l de ácido acético e 67,4 g/l de glucose, com o que se produz 7,107 g de nata por 250 ml de meio .

Otimização da produção de álcool de mandioca

Este trabalho objetivou otimizar o processo de hidrólise do amido de mandioca com α-amilase de A. niger e obter o álcool deste xarope. Os ensaios foram realizados a pH 4,8; em que variaram-se a concentração do amido (entre 7-22 g.L-1) e a temperatura (entre 30-59,1 ºC). Durante a fermentação, usaram-se nos mostos 2,2 e 5% de amido de mandioca. Os resultados da hidrólise mostraram que o tempo ficou entre 20-200 minutos; a análise RSM mostrou que o rendimento diminuiu nas concentrações médias; e as condições ótimas foram encontradas entre 55-59,1 ºC e com a concentração entre 7,9-10 ou 20-22 g.L-1, em que se hidrolisou 80% do amido. A melhor condição de fermentação foi obtida para o mosto contendo 5% de amido. Sua composição final foi de 0,668 g.L-1 de ART, 0,572 g.L-1 e de AR, 3,71 ºGL. O rendimento alcoólico foi de 45%, demonstrando que este processo é uma alternativa eficiente à indústria sucroalcooleira.

Gestão de custos na produção de petróleo na Petrobras: uma análise empírica

A partir da teoria econômica de incentivos aplicáveis às organizações, esse trabalho analisou o efeito da implantação de mecanismos de incentivos através de mudanças na estrutura organizacional e processo de gestão e políticas de governança no controle de custos de produção de petróleo da Petrobras. Através dos resultados encontrados na análise empírica, conclui-se que a organização por Unidades de Negócios, atrelada a criação de esquemas de incentivos implementada, impactou positivamente na redução e controle de custos do processo produtivo.

Gestão integrada das atividades de exploração, perfuração e produção de petróleo em uma unidade operacional

Este trabalho tem como objetivo central o crescimento da competividade de uma Companhia de Petróleo. Propõe melhoramentos operacionais continuos através de uma metodologia de gestão integrada das atividades de exploração, perfuração e produção fundamenta-se na teoria das restrições de Eliyahu M. Goldratt, este ilustre físico israelense