Resumo: Os métodos de elevação artificial são empregados na indústria do petróleo e gás para complementar a energia no campo e aumentar a produção nos poços, já que a falta de energia em um reservatório pode afetar a taxa de fluxo de petróleo e gás. O Bombeio Centrífugo Submerso, normalmente chamado de BCS, é uma alternativa eficiente e confiável para este objetivo. O método BCS utiliza bombas centrífugas que geralmente apresentam falhas prematuras quando a vazão de gás na mistura bobeada é alta. Nesta situação muitas vezes não é possível realizar previsões, devido à falta de informações sobre o tipo de escoamento multifásico na bomba de BCS durante o tempo de operação em um poço de petróleo. Portanto, o objetivo principal da pesquisa foi propor um método que permita identificar e monitorar continuamente a fração volumétrica de gás numa bomba de BCS na mistura bombeada, mediante a geração de modelos de referência que reflitam as características do comportamento da mistura gás/líquido que é bombeada através de uma bomba centrífuga submersa em regime de escoamento bifásico. Foi desenvolvido um algoritmo de extração de características baseado em aprendizado de máquinas, o qual emprega dados experimentais coletados da bomba de BCS. Os dados experimentais foram obtidos com diferentes experimentos modificando as condições operacionais da bomba, obtendo assim a resposta de vibração do sistema. Os dados de vibração coletados da carcaça da bomba foram pré-processados e analisados pelo algoritmo, gerando características as quais permitem obter métricas para identificar a fração volumétrica de gás na bomba de BCS. O método proposto foi validado no problema de identificação de números escritos à mão e aplicado para a identificação da fracção volumétrica de gás em bombas de BCS. Nesta aplicação foram realizados diferentes testes para melhorar o desempenho dos modelos gerados com o método proposto. Os resultados obtidos indicam que não só o método proposto tem a capacidade de detectar características representativas para a identificação da fração volumétrica de gás na bomba de BCS com mistura bifásica gás/líquido, como ele também pode ser empregado em sistemas ou processos em que é necessário identificar algum tipo de comportamento, como no caso dos números escritos à mão. Esta pesquisa gera benefícios na indústria de petróleo e gás pois com este método é possível melhorar o processo de monitoramento contínuo da fração volumétrica de gás na bomba de BCS, o que permitiria gerar ações preventivas evitando assim falhas prematuras do equipamento durante a produção Ver menos

Abstract: Artificial lifting methods are used in the oil and gas industry to supplement energy in the field and increase production in wells, as the lack of energy in a reservoir can affect the flow rate of oil and gas. The Electrical Submersible Pumping, typically called ESP, is an efficient and reliable alternative for this purpose. The ESP method uses centrifugal pumps that may fail when the gas flow in the pumped mixture is high. In this situation, it is often not possible to make predictions, due to the lack of information on the type of multiphase flow in the ESP pump during its operation in a petroleum well. Therefore, the main objective of the research was to propose a method that allows to identify and continuously monitor the gas volumetric fraction in a ESP pump in the pumped mixture, through the generation of reference models that reflect the characteristics of the behavior of the gas / liquid mixture that is pumped through an electrical submersible pump in a two-phase flow regime. A feature extraction algorithm was developed based on machines, which uses experimental data collected from the ESP pump. The data, experimental data were obtained with different experiments modifying the conditions operating the pump, thus obtaining the system's vibration response. The vibration data collected from the pump housing were pre-processed and analyzed by the algorithm, generating characteristics, which allow to obtain metrics to identify the gas volumetric fraction in the ESP pump. The proposed method was validated in the problem of identifying handwritten numbers and applied to the identification of the gas volumetric fraction in ESP pumps. In this application, different tests were developed to improve the performance of the models generated with the proposed method. The results obtained indicate that not only does the proposed method have the ability to detect representative characteristics for the identification of the gas volumetric fraction in the ESP pump with a two-phase gas / liquid mixture, but it can also be used in systems or processes where it is necessary identify some type of behavior, as in the case of handwritten numbers. This research generates benefits in the oil and gas industry because with this method, it is possible to improve the process of continuous monitoring of the gas volumetric fraction in the ESP pump, which would allow to generate preventive actions thus avoiding premature equipment failures during production Ver menos