Modelagem inversa da bomba centrífuga submersa sob escoamento bifásico líquido-líquido utilizando redes neurais informadas fisicamente

Resumo

Em muitas circunstâncias, os poços de petróleo não conseguem fornecer energia suficiente para produzir fluidos na superfície a vazões economicamente viáveis. Nesses casos, o equipamento de elevação artificial aumentam a vazão volumétrica injetando mais energia no sistema. A ESP (bomba centrífuga submersa) é a segunda tecnologia de elevação artificial mais amplamente empregada. Os fluidos bombeados geralmente contêm hidrocarbonetos nas fases líquida e gasosa, água e sedimentos. Os escoamentos bifásicos líquido-líquido devido à característica química podem formar dispersões coloidais como emulsões. Nesse sentido, a viscosidade efetiva da emulsão pode exceder consideravelmente as viscosidades de cada fase e ainda está sujeita à inversão de fases, que pode ocorrer dentro do ESP devido à taxa de cisalhamento e temperatura causando instabilidades, o que é indesejável. Nessas situações, são necessárias ações como mudar o ponto operacional ou utilizar técnicas de controle que visem "estabilizar" o sistema. Assim, prever o comportamento dinâmico do sistema pode subsidiar a decisão de alterar o ponto de operação. Assim, o principal interesse deste trabalho é modelar o comportamento dinâmico da ESP em condições de escoamento líquido-líquido, bem como o efeito da formação de emulsão. A modelagem pode ser obtida por modelos analíticos ou com base em dados experimentais, com técnicas de identificação de sistemas. No entanto, técnicas baseadas em dados experimentais podem ser limitadas ao sistema utilizado. Assim, nesses casos, as características adaptativas devem ser consideradas para aplicações mais próximas da realidade da exploração de petróleo. Algumas técnicas de modelagem e identificação de sistemas que podem ser utilizadas são mínimos quadrados, redes neurais, modelos autorregressivos, algoritmo ERA e bond graphs. Diferentemente das outras técnicas que utilizam dados experimentais, os bond graphs são um método que considera as leis da física e utiliza uma descrição gráfica do comportamento dinâmico dos sistemas independentemente do domínio físico. Portanto, domínios como elétrico, mecânico, hidráulico, acústico, termodinâmico e material são descritos da mesma forma. Por fim, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um simulador de ESP avaliando técnicas de identificação e modelagem de sistemas para prever o comportamento transitório e o desempenho do conjunto motor e bomba em escoamentos líquido-líquido. (AU)