8/14/2019 Desenvolvimento de um Processo para Avaliao de Medies de Vazo e BS&W

1/5

ENQUALAB-2005 - Encontro para a Qualidade de Laboratrios7 a 9 de junho de 2005, So Paulo, Brasil

DESENVOLVIMENTO DE UM PROCESSO PARA AVALIAO DE MEDIES DE VAZO EBS&W

Danielle S. Silva1, Filipe O. Quintaes1, Andrs O. Salazar3, Andr L. Maitelli4, Priscilla T. A. F. Jesus5,Gustavo D. Torres

6, Lucas M. Castro

7, Eudes G. A. Jnior

8

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Caixa Postal 1524 - Campus Universitrio LagoaNova CEP 59072-970 Natal - RN Brasil, 1 danielle@dca.ufrn.br, 2 filipe@dca.ufrn.br, 3 andres@dca.ufrn.br, 4

maitelli@dca.ufrn.br, 5 priscilla@dca.ufrn.br,6 gusdantas@gmail.com, 7 lucasmc@lcc.ufrn.br, 8

eudesautomacao@yahoo.com.br

1. Introduo

Durante o processo de produo de um poo de petrleo comum a produo simultnea de gua e leo, seja pelasprprias propriedades do reservatrio de petrleo, ou comoconseqncia da injeo de gua utilizada no processo derecuperao secundria desse reservatrio. A quantidade degua produzida, conjuntamente com o petrleo pode variardesde zero at valores prximos a 100%. As medies davazo e do BS&W so de fundamental importncia para aengenharia de produo de petrleo. Essas medies podemser feitas atravs de monitorao contnua, a partir de amostrascoletadas na cabea do poo ou em vasos separadores, ou apartir de amostras coletadas em tanques, dependendo dascaractersticas do campo produtor de petrleo, dos custosenvolvidos e das facilidades de produo desse campo.

O BS&W, do ingls Basic Sediments and Water o

quociente entre a vazo de gua mais os sedimentos e a vazototal de lquidos [3].

SedimentosleodeVazoguadeVazo

)Sedimentosgua(deVazoW&BS

++

+=

(1)

Um mtodo usado atualmente o de monitoraocontnua, para determinao do BS&W, feito com medidoresinstalados em linha, que utilizam diversos princpios fsicos deoperao, dentre os quais podemos destacar: microondas,induo eletromagntica e acelerao de Coriolis.

2. Objetivo

O objetivo do Laboratrio desenvolver um mtodonormalizado para aferir medidores de vazo e BS&Wutilizados em campo. O mtodo permite a simulao dediferentes condies de operao dos medidores em campo, ouseja, usar misturas de gua e leo em propores e vazesvariadas. Usando o mtodo desenvolvido ser possvel medir avazo e BS&W da simulao comparando com a medioapresentada pelo instrumento.

3. Laboratrio de Avaliao de Medies em Petrleo

O laboratrio possui 5 tanques, so eles: leo, gua,misturador, auditor (fundamental para a avaliao dosmedidores de vazo e BS&W), alm de um tanque tratadorpara separao gua/leo, que possibilita a reutilizao dagua e do leo em seguidos testes, sem necessidade dedescartes a cada teste. A figura 1 mostra uma foto dolaboratrio.

Figura 1- Vista do laboratrio

Os materiais de fabricao dos tanques e tubulaes soem ao carbono, este tipo de material o mais utilizado

representando cerca de 90% na fabricao de tubulaesindustriais. Os tanques de gua e leo possuem volumes de12,57 m3, os tanques misturador e auditor possuem volumesde 7,85 m3 e 7,35 m onde esto dispostos os tanques. 3

respectivamente e o tanque tratador volume de 10,37 m3.figura 2 mostra a bacia de conteno

O processo permitir testes de misturas com leos deviscosidade mxima de 1000 cSt e vazo do fluido de 0.5 m3/ha 12 m3/h.

8/14/2019 Desenvolvimento de um Processo para Avaliao de Medies de Vazo e BS&W

2/5

Figura 2 Vista da bacia de conteno

4. Mtodo proposto

O processo consiste inicialmente em tomar proporesdesejadas dos tanques de gua e leo e mistur-los no tanquemisturador por um perodo previamente calculado, em seguidao lquido misturado transferido atravs da tubulao por umalinha que mede aproximadamente 15m onde esto localizadosos instrumentos a serem testados, como, por exemplo,medidores de vazo e BS&W, a mistura levada ao tanqueauditor onde possvel medir com alta preciso os reaisvalores da vazo e do BS&W. No final do processo o lquido transferido ao tanque tratador onde, por decantao, oslquidos so separados e bombeados para os tanques deorigem.

A medio do BS&W feita no tanque auditor baseada naseguinte equao [2].

eal

e

dd

dh/PW&BS

= (2)

P a presso hidrosttica no fundo do tanque auditor.h o nvel do fluido no tanque auditorde a densidade da emulso gua-leo.dal a densidade da gua livre.

De acordo com a equao (2) observa-se que o BS&W da

mistura contida no tanque auditor determinado a partir damedio da presso hidrosttica num ponto prximo ao fundodo tanque, da medio do volume total da mistura no tanque(atravs de um medidor de nvel de alta preciso, combinado auma correo de volume pela temperatura do lquido) e dasdensidades da gua e da emulso gua-leo, determinadas emlaboratrio.

Para uma boa avaliao dos medidores, no Laboratrio,sero utilizados medidores de presso e nvel de grandeexatido e calibraes peridicas, as densidades devero ser

medidas tambm periodicamente por equipamentosdisponveis na UFRN e corrigidas para a temperatura deoperao.

O processo de avaliao dos medidores totalmenteautomatizado. Recebendo basicamente como entradas, osvalores de vazo e BS&W, gerando como sada a vazo e oBS&W reais e os medidos pelos instrumentos avaliados.Assim, podemos comparar estatisticamente os resultadosindicados pelos medidores avaliados com os resultados finaisdo teste.

Para aumentar a exatido desses processos, o laboratrioutiliza-se de um sistema de tecnologia industrial avanado,constitudo por quatro tecnologias de barramento de campoutilizadas na indstria (Foundation Fieldbus, Modbus RTU,Ethernet e ponto-a-ponto) [4].

O controle parcialmente distribudo, ou seja, o controleest nos instrumentos, tecnologia Foundation Fieldbuscontrolando vazo, mistura e anlise do BS&W; e a outrametade, centralizado, chamado de sistema de segurana,responsvel pela indicao de nvel alto/baixo, abertura e

fechamento de vlvulas e acionamento de bombas.A grande maioria dos dispositivos de campo e o

controlador que esto sendo utilizados neste processo utilizamtecnologia Foundation Fieldbus. As bombas, cuja funo derealizar a suco de fluidos, so acionadas por inversores defreqncia, estes por sua vez se comunicam com o co-processador, localizado no controlador, utilizando o protocolode comunicao Modbus RTU. Atravs do protocolo OPC,informaes de controle e superviso so disponibilizadas emum microcomputador. Este protocolo possibilita que dadossejam lidos e escritos no controlador via PC. J o uso dacomunicao ponto-a-ponto utilizado para informar quandoas chaves de nvel, localizadas nos tanques, forem acionadas.

A Figura 3 mostra os tipos de redes implantadas e suasligaes com os instrumentos.

Figura 3. Ligao entre a rede e os instrumentos

8/14/2019 Desenvolvimento de um Processo para Avaliao de Medies de Vazo e BS&W

3/5

5. Barramentos de Comunicao

Os Barramentos de Campo, tambm chamados defieldbus, so utilizados em automao e controle de processosindustriais. Os dados coletados neste nvel so fornecidos arede de controle, possibilitando assim o controle em temporeal, bem como planejamento de aes de segurana. Pode-sedistinguir entre fieldbus proprietrio e aberto.

Fieldbus proprietrio aquele cuja tecnologia propriedade de uma companhia especfica, onde no se podefazer muita coisa a no ser com autorizao desta companhia.J com fieldbus aberto, o acesso especificao completo edisponvel a um preo acessvel, bem definido e disponvel aqualquer um que a deseje. Em outras palavras: pode-se us-laou desenvolver produtos que a usam com baixo custo.

O sistema fieldbus permite interconectividade entreprodutos de diferentes fabricantes, interoperabilidade entreestes dispositivos e permite que os mesmos possam sertrocados por dispositivos de outros fabricantes. A IEC(International Electrotechnical Commission) aceita os

seguintes padres: Fieldbus Foundation, ControlNet,Profibus, P-NET, HSE, SwiftNet, WorldFIP e Interbus.

A utilizao da tecnologia fieldbus permite a reduo dosistema de controle em termos de hardware, pois muitosdispositivos podem ser conectados com um condutor,conforme a Figura 4, o que resulta em cabos menores, barrasde segurana menores e gabinetes ordenados.

Figura 4. Redes Convencionais X Fieldbus

Muitos dispositivos utilizados em aplicaes industriaisutilizam os padres EIA RS-232, RS-422 ou RS-485 entre oscomputadores.

O padro de comunicao bidirecional mais utilizado emaplicaes industriais o RS-485, este possui transmisso

balanceada e suporta conexes multi-ponto (multidrop), o quepermite a criao de redes com at 32 ns e transmisso distncia de at 1200m. Este padro requer apenas 2 fios paraa transmisso e recepo dos dados e possui alta imunidade arudo.

5.1. Foundation FieldbusO Foundation Fieldbus um sistema de comunicao

totalmente digital, em srie e bidirecional que conecta

equipamentos fieldbus tais como sensores, atuadores econtroladores. Ao contrrio dos protocolos de redeproprietrios, o FoundationFieldbus no pertence a nenhumaempresa ou regulado por um nico organismo ou nao.

A tecnologia controlada pela Fieldbus Foundation umaorganizao no lucrativa que consiste em mais de 100 dosprincipais fornecedores e usurios de controle einstrumentao do mundo.

Com as facilidades da comunicao digital, a quantidadede informaes disponveis muito maior do que a dossistemas de automao tradicionais aonde a quantidade deinformaes disponveis no vai alm das variveis decontrole. Mltiplas variveis de cada dispositivo podem sertrazidas ao sistema de controle da planta para arquivo, anlisede tendncia, estudos de otimizao de processo e gerao derelatrios.

5.2. Modbus RTU

O protocolo Modbus uma estrutura de comunicao

desenvolvida pela empresa Modicon em 1979, com o objetivode estabelecer uma comunicao mestre-escravo/cliente-servidor entre dispositivos inteligentes. Hoje um padro defato, verdadeiramente aberto, sendo um dos protocolos de redemais largamente usado no ambiente industrial.

Na comunicao entre os dispositivos somente umdispositivo (mestre) pode iniciar as transaes (chamadas deprocedimento), j os demais (escravos) respondem fornecendoos dados requisitados pelo mestre, ou analisando sua pergunta.Um escravo todo dispositivo perifrico (transdutor de I/O,vlvula, inversor, etc.) que processa as informaes e respondeao mestre. Os mestres podem dirigir-se a escravosindividuais, ou podem iniciar uma mensagem de transmisso a

todos os escravos.Os dispositivos que suportam este protocolo normalmentepossuem funes de monitoramento, configurao e o mdulode controleI/O.

O modo de transmisso define o ndice dos bits queformam a mensagem, transmitidos ao longo da rede, alm decomo os dados devem ser empacotados e decodificados.Existem dois modos de transmisso padres, o ASCII e oRTU. Eles normalmente so selecionados em conjunto comoutros parmetros de comunicao (tais como taxa detransmisso, paridade, stop bits, etc.) como parte daconfigurao do dispositivo.

No modo RTU ( Remote Terminal Unit) cada byte damensagem contm dois caracteres hexadecimais (cadacaractere representado por quatro bits) e a mensagem transmitida de maneira contnua.

5.3.Ponto-a-PontoA comunicao ponto-a-ponto uma tecnologia

utilizada na alimentao, controle e superviso dosdispositivos de campo. largamente utilizada em aplicaesque necessitam de alarmes para efetuar o controle dos nveis

8/14/2019 Desenvolvimento de um Processo para Avaliao de Medies de Vazo e BS&W

4/5

dos reservatrios, dentre outras aplicaes. O mecanismo quecontrola esses alarmes bastante simples, consistindo numsinal de tenso constante que possui nvel baixo (0 V) e nvelalto (24 V).

6. Equipamentos de Comunicao

Os equipamentos utilizados numa rede fieldbusnecessitam de cuidados parte. Aspectos como reaclassificada, nvel de interferncia, protocolos de comunicaosuportados, entre outros, devem ser considerados para um bomdesempenho da rede.

6.1.Fieldbus Universal BridgeCom funes semelhantes s de um CLP, possui um

componente de hardware capaz de desempenhar funes comogerncia, monitoramento e controle de uma planta industrial.Por poder executar a maioria das funes exigidas pelosistema de controle, o nmero de componentes adicionais

reduzido de forma considervel.O Fieldbus Universal Bridge um elemento chave na

arquitetura distribuda dos Sistemas de Controle de Campo.Este combina poderosas caractersticas de comunicao comacesso direto de E/S e controle avanado para aplicaescontnuas e discretas. Com seu conceito modular, ele pode sercolocado dentro de painis na sala de controle ou em caixasseladas no campo. Ele prev ainda servios de comunicaopara controle, superviso usando OPC, configurao emanuteno usando OLE. Toda a configurao e manutenopodem ser feitas atravs deste, com alta eficincia einteroperabilidade.

6.2. ConversoresOs conversores tm a funo de interfacear transmissores

analgicos com uma rede Foundation Fieldbus e vice-versa. Oprimeiro, recebe sinais de corrente tipicamente de 4-20 mA ou0-20 mA e torna-os disponveis para um sistema FoundationFieldbus, j o segundo faz o contrrio. A tecnologia digitalutilizada permite um fcil interfaceamento entre o campo e asala de controle, alm de fornecer vrios tipos de funes detransferncia e vrias caractersticas interessantes que reduzemconsideravelmente os custos de instalao, operao emanuteno.

6.3. OLE for Process Control (OPC)

O padro OPC estabelece as regras para que sejamdesenvolvidos sistemas com interfaces padres paracomunicao dos dispositivos de campo (controladores,sensores, etc) com sistemas de monitorao, superviso egerenciamento (SCADA, MES, ERP, etc).

A tecnologia OLE (Object Linking and Embedding) foidesenvolvida pela Microsoft em meados de 1990, para suprir anecessidade de se integrar diferentes aplicaes dentro da

plataforma Windows, de forma a solucionar os problemas dedesempenho e confiabilidade do at ento utilizado padroDDE (Dynamic Data Exchange).

6.4. Configuradores do SistemaO configurador do Sistema um software especialmente

desenvolvido para configurar, supervisionar e operar osprodutos da linha Foundation Fieldbus via OPC, atravs deum computador pessoal com uma interface FoundationFieldbus. Com uma interface homem-mquina (IHM)amigvel, o ele possibilita uma interao produtiva e eficientecom o usurio, sem a necessidade de conhecimentos prviosdo software. Devido a sua grande flexibilidade e facilidade deoperao, o mesmo possui a mesma funcionalidade de umterminal porttil. Utilizando um computador, o usurio poderarmazenar dados, ler os dados do disco rgido e visualizar osdados na tela do computador ou em papel impresso. Comrelao manuteno do sistema, o configurador comunica-secom todos os instrumentos de campo e acessa informaes

sobre o fabricante do instrumento, os materiais de construo,as escalas, etc. Permite tambm a calibrao do transdutor eajuste do controlador. Os relatrios de diagnstico on-line, dealarme e dos eventos uma ferramenta poderosa para aconfiabilidade da planta. Relatrios completos de manutenoso emitidos de acordo com a configurao do usurio.

7. Sistema SupervisrioCom a evoluo dos equipamentos industriais e o

crescente uso dos sistemas de automao, as tarefas demonitorar, controlar e gerenciar tornaram-se mais complexas.Diferentes arquiteturas de sistemas computacionais tem sido

desenvolvidas e propostas para esses fins, os que mais tem sedifundido so os PCS (Process Control Systems), os SCADA(Supervisory Control And Data Aquisition) e os DCS(Distributed Control Sistems). A Figura 5 ilustra o sistemaSupervisrio.

Figura 5. Sistema Supervisrio.

8/14/2019 Desenvolvimento de um Processo para Avaliao de Medies de Vazo e BS&W

5/5