Compensador hidropneumático semiativo para sistemas de perfuração offshore

Abstract

Durante a perfuração de um poço offshore, o bloco de coroamento e a coluna de perfuração são suportados por um compensador, este impedindo que o movimento da plataforma gerado pelas ondas seja transmitido ao bloco de coroamento. Se o compensador não for eficiente, o movimento do bloco de coroamento é transferido à coluna de perfuração, gerando variações de carga sobre a broca, pistoneio e flambagem da coluna de perfuração. Estes problemas podem danificar a broca, a coluna de perfuração, as paredes do poço e causar um influxo dos fluidos do reservatório para o poço. Assim, a perfuração deve ser interrompida para evitar o risco de acidentes graves, perdendose tempo de operação e dinheiro. Por isso, um sistema compensador para atenuar as vibrações transmitidas pela plataforma ao bloco de coroamento é de extrema importância. Este documento mostra como foi projetado o sistema compensador de heave (movimento de afundamento) para um processo de perfuração offshore de 6 km de profundidade e apresenta o controle semiativo. O compensador é projetado com duas configurações de suspensão hidropneum ática, a primeira é uma suspensão hidropneumática simples e a segunda é uma suspensão hidropneumática simples em série com uma mola mecânica. A modelagem foi feita para cada sistema de suspensão e encontrou-se a respectiva função de transferência. Os polos dessas funções de transferência foram projetados para terem os mesmos polos sugeridos para um filtro Butterworth passa-baixas de segunda e terceira ordem. O objetivo deste controle semiativo é manter um desempenho aceitável do compensador quando a massa da coluna de perfuração é modificada, pois essa mudança afeta o comportamento do sistema de suspensão hidropneumático. A ação de controle é executada apenas por uma válvula servo comandada e esta ação modifica o valor do amortecimento do sistema e, assim, o comportamento do compensador é mantido um nível aceitável. Esta válvula é a única parte móvel do sistema de controle e, portanto, este sistema é mais robusto em relação às falhas mecânicas ou elétricas e possui um baixo consumo de energia. Os resultados são obtidos com uma simulação feita em MATLAB. As respostas em frequência mostram melhores resultados quando é usado o controle semiativo para o compensador de heave que foi projetado com a suspensão hidropneumática simples, quando a massa da coluna de perfuração for alterada, este compensador pode funcionar sem sistemas ativos obtendo um comportamento aceitável. Com base na simulação, verifcou-se que o compensador projetado com a suspensão hidropneumática simples em série com uma mola mecânica não é realizável ao aplicar a metodologia proposta nesta dissertação.