Orientador: Martin Tygel

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: Para uma operação ótima de um Sistema de Bombeio Mecânico, faz-se necessário o controle permanente sobre o comportamento da carga atuante na profundidade em que se encontra assentada a bomba de fundo. Para tanto, dispõe-se atualmente apenas de um dinamômetro de superfície, que registra, com...

Resumo: Para uma operação ótima de um Sistema de Bombeio Mecânico, faz-se necessário o controle permanente sobre o comportamento da carga atuante na profundidade em que se encontra assentada a bomba de fundo. Para tanto, dispõe-se atualmente apenas de um dinamômetro de superfície, que registra, com a coluna de hastes em movimento, o valor numérico das forças que atuam na extremidade superior da haste polida. O resultado é o traçado de uma carta dinamométrica de superfície, a qual nada mais representa do que os efeitos gerados pela carga atuante na bomba de fundo, após terem se propagado através da coluna de hastes. Como sabemos, estes efeitos detectados na superfície, trazem consigo degenerações que foram incorporadas durante a referida propagação, o que vem mascarar o . real comportamento da bomba de fundo. Logo, as informações provenientes desta ferramenta, mostram-se, na maioria .das situações operacionais, ineficientes, com o problema tomando-se crítico no caso dos poços profundos (profundidades acima de 1000 metros). O problema consiste, então, em inferir, a partir dos dados de superfície, sob que
condições operacionais de fundo está se processando o bombeio mecânico. Embora algumas soluções, usando hipóteses simplificadoras, têm sido descritas e utilizadas correntemente, a completa formulação do problema e a construção dos correspondentes algorítmos de solução constituem-se ainda em ativa área de investigação acadêmica e industrial. Neste trabalho, propõe-se um método de cálculo que possibilita determinar o deslocamento em relação a posição de equilíbrio de qualquer ponto da coluna de hastes e os esforços ali atuantes, ambos em relação ao tempo, a partir das medições realizadas na profundidade desejada.
O presente método incorpora algumas novas contribuições, por exemplo uma formulação mais realista do atrito envolvido no sistema, com base nas interações fluido dinâmicas nas hastes e tubulação, bem como incluindo a possibilidade de uso de hastes de fibra de vidro, o que pode ser uma opção industrial para o futuro. o procedimento é válido, mesmo em se tratando de grandes profundidades de assentamento da bomba de fundo, altas velocidades de bombeio e elevados cursos da haste polida. Finalmente, o algorítmo apresenta boa performance computacional

Abstract: Optimal operation of Sucker Rod Pumping System requires standing monitoring of the acting load at the depth where the pump is located. For that purpose, only a surface dynamometer is available, which registers the acting forces at the moving upper end of the polished rod at several time...

Abstract: Optimal operation of Sucker Rod Pumping System requires standing monitoring of the acting load at the depth where the pump is located. For that purpose, only a surface dynamometer is available, which registers the acting forces at the moving upper end of the polished rod at several time instants. The resulting information is the so-called dynamometric surface chart, which represents, during the measuring period, the load effects at the bottom of the well after these have been propagated to the top. As well known, these measurements do not reflect the true behavior of the system at the depth location of the pump, but are contaminated by the propagation along the entire rod string. Therefore, it is not adequate to directly rely upon obtained surface data to correctly monitor the well pumping operation, the situation becoming more critical in deep wells (with depths larger than 1000 meters). The problem is, then, to infer, from the surface data, the operation behavior of the pumping system at the downhole. Although some solutions using simplifying assumptions, have been given and are of current use, the full formulation of the problem and the construction of complete and accurate algorithms to solve it, still constitute an active area of academic and industrial investgation. In this work, a method is proposed to determine the dislocations, as well as the acting forces, at any desired depth location of the rod string, and at time instant of the measuring period, based only on the surface data. In the way, one can obtain dynamometric charts at any desired depth location. The method incorparates some new contributions to the ones available in the literature, such as a more realistic fluid-dynamic formulation of the friction involved in the become an option for the industry in the future. The procedure described in this work yields good results, even in the case of large depth locations of the pump, large pumping speeds and polished rod strokes. Finally, the algorithm shows also good computational efficiency