Stratégies de contrôle optimal avec optimisation non linéaire pour un champ pétrolier soutenu par une pompe submersible électrique

Dans un champ pétrolier soutenu par une pompe submersible électrique (ESP), l'ESP de chaque puits de pétrole doit être opérée à l'intérieur de sa fenêtre de fonctionnement. La puissance totale consommée par les ESP dans le champ pétrolier doit être minimisée. La vitesse des ESP et l'ouverture de la vanne de production doivent être choisies de manière optimale pour maximiser la production totale de pétrole du champ pétrolier. En même temps, la capacité du séparateur ne doit pas être dépassée. Dans cet article, une optimisation non linéaire stationnaire basée sur la Programmation Quadratique Séquentielle (SQP) est développée. Deux structures de contrôle optimal sont proposées dans cet article. Dans le premier cas, la vitesse de la pompe optimale est contrôlée par un régulateur PI en variant le signal d'excitation électrique aux moteurs. Le débit de fluide optimal à travers chaque puits de pétrole est contrôlé par un autre régulateur PI en variant l'ouverture de la vanne de production. L'article montre que la vanne de production pour chaque puits de pétrole doit être toujours ouverte à 100 % pour maintenir le débit de fluide optimal. Dans le second cas, les vannes de production sont considérées comme toujours ouvertes à 100 % en tant que contraintes strictes. Le débit de fluide optimal à travers chaque puits de pétrole est contrôlé par un régulateur PI en variant la vitesse de la pompe. Il est montré que lorsque le débit de fluide optimal est suivi par le contrôleur, la vitesse de chacune des pompes est égale à la vitesse de pompe optimale calculée par l'optimiseur. Cela signifie en gros que nous pouvons atteindre l'objectif d'optimisation avec les mêmes résultats optimaux que dans le premier cas en utilisant seulement un régulateur PI. Les limitations de ces deux structures de contrôle optimal pour des valeurs très faibles et pour des valeurs très élevées de la capacité du séparateur sont discutées. Pour la plage de capacités de séparateur réalisables, le locus optimal du débit de fluide et de la vitesse de pompe est montré dans cet article.