Estudo de um novo sistema de separação primária de gás-óleo-água para plataformas de petróleo

Abstract

Cerca de 90% do petróleo produzido no Brasil é proveniente de reservas no fundo do mar, sendo extraído e processado em plataformas offshore. A profundidade de lâmina d’água vem aumentando ao longo dos anos e a tendência é que continue a aumentar. Com isso, a evolução das tecnologias de processamento de petróleo é crucial para a manutenção dessa área. O óleo extraído do fundo do mar chega à superfície numa mistura trifásica, junto com água e gás. Esse fluído trifásico passa pelo processamento primário, que onde as três fases são separadas. A água é descartada ou reinjetada no poço (num processo para aumentar a produtividade), o gás e o óleo, que são os produtos com interesse econômico, são preparados para transporte até a refinaria. Entre os desafios tecnológicos para plataformas offshore, destacam-se a necessidade de se reduzir o tamanho e peso das plataformas. Neste trabalho, é proposto um sistema alternativo para o processo de separação gás-óleo-água, sendo a principal alteração a utilização de hidrociclones para a separação óleo-água ao invés de separadores trifásicos. O sistema foi simulado em ambiente MATLAB/Simulink a fim de se validar a funcionalidade do processo. Foram simuladas duas condições: para a vazão de entrada de projeto com um degrau de 20% na vazão de líquido e para a vazão de entrada no regime de golfadas. A estratégia de controle para o sistema proposto conta com dois controladores de nível, um controlador de pressão e um de razão de queda de pressão. A sintonia foi feita utilizando-se primeiramente a heurística de Ziegler Nichols e posteriormente refinada com base nos resultados da simulação. O controle manteve todas as variáveis de interesse próximas do ponto de operação para todas as situações. Apesar da estratégia de controle ter funcionado e mantido a operação do hidrociclone no ponto de maior eficiência, a separação de água e óleo no hidrociclone não foi satisfatória, de modo que a quantidade de água que chega ao tratador eletrostático é maior do que a máxima admitida. Para se tornar esse sistema possível, seria necessária a utilização de um hidrociclone com maior eficiência ou hidrociclones em série refinando a separação até se atingir a separação desejada.