Otimização da locação e vazão de poços em reservatórios de petróleo utilizando algoritmos genéticos e modelos substitutos adaptativos

Abstract

O desenvolvimento de novos campos para produção de petróleo está cada vez mais complexo e oneroso. Por sua vez, ter uma produção lucrativa em campos maduros, onde as taxas de produção de água geralmente são altas, também representa um desafio para a área de Engenharia de Reservatórios. Para ambas as situações pode ser difícil obter retornos sobre os investimentos usando apenas técnicas tradicionais de gerenciamento de produção. Portanto, há um interesse crescente da Indústria de Petróleo e Gás no desenvolvimento de procedimentos de otimização baseados em simulações numéricas que sejam eficientes de modo a guiar o planejamento de operação dos poços. Levando isso em consideração, o presente trabalho se concentra em maximizar o valor presente líquido (VPL) do reservatório, otimizando operações de gerenciamento de campo tais como o posicionamento dos poços e o gerenciamento de vazões através de ciclos de controle. Neste trabalho foi resolvido o problema de otimização de um reservatório conhecido da literatura através de três diferentes abordagens onde foram empregados o algoritmo genético (AG) do Toolbox Optimization do MATLAB e a técnica de otimização por aproximação sequencial (SAO). A primeira abordagem otimizou, em duas etapas sequenciais, a locação de poços (AG) e suas vazões (SAO). A segunda abordagem utilizou o AG para definir, simultaneamente, a melhor posição para os poços e as melhores taxas de vazões para cada poço nos ciclos de controle definidos. Na terceira, combinou-se a segunda metodologia (AG integrado) com uma etapa adicional que otimizava as vazões por meio do SAO. Durante o processo de otimização foi realizada uma série de avaliações de funções utilizando um simulador de reservatórios. Devido ao alto custo desse processo, e visando reduzi-lo, foi empregada uma metodologia com modelos substitutos adaptativos. Como o problema de otimização estudado é restrito, foram utilizadas técnicas como reparação de cromossomos e um método de penalização adaptativa que permitiu que o AG funcionasse respeitando as restrições impostas ao problema. Para todos os estudos foram executadas 20 otimizações. A solução associada ao melhor VPL, entre todos os casos e abordagens estudados, trouxe um aumento de 50,44% em relação ao caso base. A redução significativa da produção de água foi o parâmetro mais decisivo para esse aumento. As metodologias aqui sugeridas trouxeram resultados consistentes com melhorias significativas no VPL, objetivo principal deste trabalho.