Control IMC de la presión de los pozos de petróleo durante la perforación modelado como un proceso integrativo con tiempo de retraso
Barra lateral del artículo
Publicado:
jul 26, 2021
Palabras clave:
Control de la presión en pozos de petróleo, Control IMC, Manage pressure drilling, Perforación de pozos
Contenido principal del artículo
Resumen
Controlar la presión de los pozos de petróleo durante la perforación puede ser una de las etapas operativas de los procesos más complejos y peligrosos. Este estudio propone el diseño de un controlador de modelo interno (IMC) para controlar la presión en el fondo de los pozos durante las operaciones de perforación basadas en Manage Pressure Drilling (MPD). MPD agrega una válvula de control en el sistema de perforación para tener otra variable de manipulación en la presión del pozo. En la primera parte de este trabajo se obtuvo un modelo matemático del proceso, que se fundamenta en la mecánica de fluidos (ecuación de estado, ecuación de transporte de Reynolds: continuidad y momento). El proceso dinámico presenta un elemento integrador, lo que dificulta el manejo de la dinámica del proceso porque cualquier perturbación puede alterar su estabilidad. Aún así, se vuelve más complejo en presencia de un tiempo de retraso en el modelo del sistema. En la segunda parte, se diseñó un controlador IMC para controlar el proceso integrativo con el agregado de retardo de tiempo buscando la mejor estabilidad y robustez del proceso. Finalmente, el controlador propuesto se desarrolla mediante simulaciones que muestran su factibilidad ante la presencia de problemas comunes durante la perforación, los cuales fueron probados como perturbaciones en sistema de circuito cerrado (pérdida de circulación de fluido, afluencias, adición de tubería y pérdida de potencia de la bomba). El rendimiento del proceso en lazo cerrado se compara con un PI clásico.
Detalles del artículo
Cómo citar
Alvarado Silva, C. A., & Gamarra Rosado, V. O. (2021). Control IMC de la presión de los pozos de petróleo durante la perforación modelado como un proceso integrativo con tiempo de retraso . Ingenio Magno, 12(1), 37-51. Recuperado a partir de http://revistas.ustatunja.edu.co/index.php/ingeniomagno/article/view/2308
Sección
Articulos
DECLARACIÓN DE ORIGINALIDAD DE ARTÍCULO PRESENTADO
Por medio del presente documento, certifico(amos) que el artículo que se presenta para posible publicación en la revista institucional INGENIO MAGNO del Centro de Investigaciones de Ingeniería Alberto Magno CIIAM de la Universidad Santo Tomás, seccional Tunja, es de mi (nuestra) entera autoría, siendo su contenido producto de mi (nuestra) directa contribución intelectual y aporte al conocimiento.
Todos los datos y referencias a publicaciones hechas están debidamente identificados con su respectiva nota bibliográfica y en las citas que se destacan como tal. De requerir alguna clase de ajuste o corrección, comunicaré(emos) de tal procedimiento con antelación a los responsables de la revista.
Por lo anteriormente expresado, declaro(amos) que el material presentado en su totalidad se encuentra conforme a la legislación aplicable en materia de propiedad intelectual e industrial de ser el caso, y por lo tanto, me(nos) hago (hacemos) absolutamente responsable(s) de cualquier reclamación relacionada a esta.
En caso que el artículo presentado sea publicado, manifiesto(amos) que cedo(emos) plenamente a la Universidad Santo Tomás, seccional Tunja, los derechos de reproducción del mismo. Como contraprestación de la presente cesión de derechos, declaro(amos) mi (nuestra) conformidad de recibir dos (2) ejemplares del número de la revista en que aparezca mi (nuestro) artículo.
Por medio del presente documento, certifico(amos) que el artículo que se presenta para posible publicación en la revista institucional INGENIO MAGNO del Centro de Investigaciones de Ingeniería Alberto Magno CIIAM de la Universidad Santo Tomás, seccional Tunja, es de mi (nuestra) entera autoría, siendo su contenido producto de mi (nuestra) directa contribución intelectual y aporte al conocimiento.
Todos los datos y referencias a publicaciones hechas están debidamente identificados con su respectiva nota bibliográfica y en las citas que se destacan como tal. De requerir alguna clase de ajuste o corrección, comunicaré(emos) de tal procedimiento con antelación a los responsables de la revista.
Por lo anteriormente expresado, declaro(amos) que el material presentado en su totalidad se encuentra conforme a la legislación aplicable en materia de propiedad intelectual e industrial de ser el caso, y por lo tanto, me(nos) hago (hacemos) absolutamente responsable(s) de cualquier reclamación relacionada a esta.
En caso que el artículo presentado sea publicado, manifiesto(amos) que cedo(emos) plenamente a la Universidad Santo Tomás, seccional Tunja, los derechos de reproducción del mismo. Como contraprestación de la presente cesión de derechos, declaro(amos) mi (nuestra) conformidad de recibir dos (2) ejemplares del número de la revista en que aparezca mi (nuestro) artículo.
Citas
Rehm, B et al., 2008, “Manage Pressure Drilling”, Ed. Gulf Publishing Company, Houston, Texas, 369 p.
Pedersen, T., 2009, “L1 Adaptive Control in Managed Pressure Drilling”, M-Sc. thesis, Norwegian University of Science and Technology, Norway.
Landet, I. S., 2011, “Modeling and Control for Managed Pressure Drilling from Floaters”, M.Sc. thesis, Norwegian University of Science and Technology, Norway.
Siahaan, H. B., Jin, H., Safonov, F. G., 2012, “An Adaptive PID switching Controller for Pressure Regulation in Drilling”, IFAC Workshop on Automatic Control in Offshore Oil and Gas. Norway,
Vol. 1, pp. 90-94.
Magzoub, M. A., Saad, N. B., Ibrahim, R. B., 2013, “Managed Pressure Drilling System Using Adaptive Control”, First International Conference on Artificial Intelligence, Modelling & Simulation, Vol. 1. Malasya.
Karimi, A. V., Buranaj, B. H., Van oort, E., 2014, “Automated Well control Decision- Making during Manage Pressure Drilling Operations”, Society of Petroleum Engineers, Galveston, Texas.
Åström, K. J., Hägglund, T., 1995, “PID Controllers: Theory, Design and Tuning”, Ed. Instrument Society of America, North Carolina, 343 p.
Jin, Q. B., Liu, Q., 2014, “Analytical IMCPID design in terms of performance/robustness tradeoff for integrating processes: From 2-Dof to 1-Dof”, Journal of Process Control, Vol. 24, pp. 22-32.
Wang, Q., Lu, C., Pan, W., 2015, “IMC PID controller tuning for stable and unstable process with time delay”, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 105, pp. 120-129.
Corrêa, O. L. S., 2003, “Petróleo: Noções sobre exploração, perfuração, produção e microbiologia”, Ed. Interciência, Rio de Janeiro, 86 p.
Kaasa, G. O., 2007, “A Simple Dynamic Model of Drilling for Control”, StatoilHydro Resarch Center Porsgrunn. Norway.
Ogata, K., 2010, “Modern Control Engineering”, Ed. Pearson Education, New Jersey, 894 p.
Rivera, D. E., Morari, M., Skogestad, S., 1986, “Internal Model Control. 4. PID Controller Design”, Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, Vol. 25, pp. 252-265.
Breyholtz, Ø., 2008, “Nonlinear Model Predictive Pressure Control during Drilling Operations”, M.Sc. thesis, Norwegian University of Science and Technology, Norway.
Yilmaz, M., Dhansri, N. R., Mujeeb, S., 2011, “An Intelligent Control Approach for Oil Drilling Processes”, Procedia Computer Science, Vol. 6, pp. 106-111.
Godhavn, J-M., Pedersen, T., Schubert, J., 2015, “Supervisory control for underbalanced drilling operations”, IFAC -PapersOnLine, Vol. 48, No. 6, pp. 120-127.
Azar, J. J., Samuel L, G. R. , 2007, “Drilling Engineering”, Ed. PennWell Corporation, Tulsa, Oklahoma, 486 p.
Gabaldon, O., Culen, M., Brand, P., 2014, “Enhancing Well Control Through Managed Pressure Drilling”, Offshore Technology Conference, Vol. 10, Houston, Texas.
Pedersen, T., 2009, “L1 Adaptive Control in Managed Pressure Drilling”, M-Sc. thesis, Norwegian University of Science and Technology, Norway.
Landet, I. S., 2011, “Modeling and Control for Managed Pressure Drilling from Floaters”, M.Sc. thesis, Norwegian University of Science and Technology, Norway.
Siahaan, H. B., Jin, H., Safonov, F. G., 2012, “An Adaptive PID switching Controller for Pressure Regulation in Drilling”, IFAC Workshop on Automatic Control in Offshore Oil and Gas. Norway,
Vol. 1, pp. 90-94.
Magzoub, M. A., Saad, N. B., Ibrahim, R. B., 2013, “Managed Pressure Drilling System Using Adaptive Control”, First International Conference on Artificial Intelligence, Modelling & Simulation, Vol. 1. Malasya.
Karimi, A. V., Buranaj, B. H., Van oort, E., 2014, “Automated Well control Decision- Making during Manage Pressure Drilling Operations”, Society of Petroleum Engineers, Galveston, Texas.
Åström, K. J., Hägglund, T., 1995, “PID Controllers: Theory, Design and Tuning”, Ed. Instrument Society of America, North Carolina, 343 p.
Jin, Q. B., Liu, Q., 2014, “Analytical IMCPID design in terms of performance/robustness tradeoff for integrating processes: From 2-Dof to 1-Dof”, Journal of Process Control, Vol. 24, pp. 22-32.
Wang, Q., Lu, C., Pan, W., 2015, “IMC PID controller tuning for stable and unstable process with time delay”, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 105, pp. 120-129.
Corrêa, O. L. S., 2003, “Petróleo: Noções sobre exploração, perfuração, produção e microbiologia”, Ed. Interciência, Rio de Janeiro, 86 p.
Kaasa, G. O., 2007, “A Simple Dynamic Model of Drilling for Control”, StatoilHydro Resarch Center Porsgrunn. Norway.
Ogata, K., 2010, “Modern Control Engineering”, Ed. Pearson Education, New Jersey, 894 p.
Rivera, D. E., Morari, M., Skogestad, S., 1986, “Internal Model Control. 4. PID Controller Design”, Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, Vol. 25, pp. 252-265.
Breyholtz, Ø., 2008, “Nonlinear Model Predictive Pressure Control during Drilling Operations”, M.Sc. thesis, Norwegian University of Science and Technology, Norway.
Yilmaz, M., Dhansri, N. R., Mujeeb, S., 2011, “An Intelligent Control Approach for Oil Drilling Processes”, Procedia Computer Science, Vol. 6, pp. 106-111.
Godhavn, J-M., Pedersen, T., Schubert, J., 2015, “Supervisory control for underbalanced drilling operations”, IFAC -PapersOnLine, Vol. 48, No. 6, pp. 120-127.
Azar, J. J., Samuel L, G. R. , 2007, “Drilling Engineering”, Ed. PennWell Corporation, Tulsa, Oklahoma, 486 p.
Gabaldon, O., Culen, M., Brand, P., 2014, “Enhancing Well Control Through Managed Pressure Drilling”, Offshore Technology Conference, Vol. 10, Houston, Texas.