Confiabilidade de Malhas CI

Nesta seção serão apresenta-se uma revisão bibliográfica sobre a confiabilidade de malhas de completação inteligente em poços de petróleo. Apesar de se tratar de uma nova tecnologia, tendo inclusive alguns de seus sub-sistemas em desenvolvimento.

Alguns estudos foram desenvolvidos nesta área. Um deles é o trabalho de Borg (2000), que durante a comparação da relação custo/benefício de completações convencionais e inteligente, analisou um dos maiores problemas da CI: a confiabilidade do sistema.

O trabalho consiste em estudar as falhas potenciais que podem ocorrer em poços inteligentes. Para análise da confiabilidade foram utilizadas as seguintes técnicas com objetivo de identificar a freqüência e conseqüência das falhas:

identificação das falhas em potencial pelo método HAZID (Rausand,2000);
utilização do procedimento HAZOP (Rausand,2000);

emprego da análise de modos de falha, efeito e análise crítica (FMECA) (Modarres,1999).

O método HAZID foi implementado através de uma seção brainstorming e aplicado a estes resultados utilizadas as técnicas do método. O HAZOP é similar ao HAZID, porém é utilizado para processos contínuos. O FMECA foi usado como uma técnica para análise de falhas sistemáticas, onde o objetivo foi identificar todos os possíveis modos de falha, causas e efeitos de cada falha.

Após esta primeira etapa, foram calculadas as probabilidades de falha com o auxílio do software CARA (Technische,2001), e a análise de confiabilidade foi executada considerando a utilização da distribuição Weibull, para estimar taxas de falhas no tempo, que forneceu uma aproximação mais correta que outras distribuições como a distribuição de exponencial.

Porém a modelagem realizada neste estudo não tratou a complexidade inerente ao sistema de ser dinâmico. Um outro problema encontrado, e considerando o mais relevante por partes dos autores, foi a quase inexistência de dados relevantes. Os dados foram obtidos de conhecimentos de especialista e dados providos do SINTEF Petroleum Reserarch (Jenssen, 1999) e foram fornecidos a um simulador para aquisição das

probabilidades de falha dos componentes e subsistemas da malha. Não foram realizadas demonstrações mais completas só a probabilidade da ocorrência de falhas foi calculada.

Outro estudo desenvolvido por Mathieson (2003) apresenta um processo de modelagem utilizando três modelos para análise da confiabilidade. Uma das primeiras atividades é a definição do perfil da missão. São incluídos aspectos como funcionalidade, expectativa de vida e o ambiente de operação no qual se constituirá a falha. Em seguida são construídos os diagramas de blocos do sistema, para melhor interpretação da arquitetura da malha, onde são utilizadas ferramentas como Modos de Falhas e Efeitos de Análise(FMEA), Testes de Modos de Falha (FMT) e Quantitativos de Vida/Stress Testes Acelerados (QALT, QAST), no planejamento e análise conjunta com o diagrama de blocos.

Concluída esta fase, são apresentados os três modelos para análise da confiabilidade do sistema:

análises não-paramétricas

análises Confiabilidade Exponencial
análises Confiabilidade Weibull

O método não-paramétrico foi descrito por van Gisbergen (1999) ao analisar a confiabilidade de dados de campo. Este método é baseado em técnicas de Kaplan & Meier (1998) e assume a validez de estatística de ordem onde todo o sistema segue dados de instalação. A probabilidade que um sistema sobreviverá t meses S(t), é dado por: ( ) [1 [ ]] ( 2) t x x x x d S t n w = − −

∏

onde Wx representa o número comum de sistemas censurados ou suspensos no mês x e n é o número de sistema completamente operacional por aquele mês.

Os resultados obtidos com este método são apenas baseados em registros de rasto do sistema instalado, isto é, dados reais, não foi projetado para outros tipos de dados.

O modelo exponencial para confiabilidade é mais aplicável ao sistema no período de vida útil onde falhas precoces do protótipo e fim de vida não são pontos de

suma importância. Este modelo descreve taxas de falhas constantes e é associada à parte aproximadamente constante da curva da banheira. Enquanto o modelo Weibull é um método mais abrangente para determinar métricas de confiabilidade, porém ambos trabalham com taxas constantes e são modelos utilizados para análise da confiabilidade de sistemas possuem apenas dois estados possíveis operacional ou falho.

Veneruso (2003), enfatiza o potencial futuro da CI em termos de custo e risco através da confiabilidade aplicada à malha e desenvolveu um processo similar ao Mathieson (2003). A metodologia consiste na utilização de análise de sobrevivência para avaliação de sistemas de monitoração e controle, com o objetivo de mensurar a confiabilidade de registros de equipamentos herdados de campos. A utilização da modelagem Weibull, para modelar e parametrizar estimativas. A utilização de FMEA para identificar, classificar e documentar modos de falhas e estabelecer base para ações corretivas.

Contudo, Droguett (2002) apresenta um modelo para avaliação da confiabilidade de malhas de completação inteligente através de modelos de Markov, o qual tomamos como base para esta pesquisa.

No modelo analisado por Droguett (2002), foram apresentadas quatro diferentes malhas onde realizou-se um estudo comparativo entre as quatro configurações para avaliar a probabilidade de ocorrência da primeira falha crítica do sistema.

As taxas de falhas dos subsistemas/componentes foram baseadas no conhecimento dos técnicos da Petrobras e trabalhadas com a hipótese de taxas constantes, isto é, desconsiderando a degradação do sistema.

Foram comparados os seguintes itens das quatro configurações:

subsistemas que podem fazer parte de uma determinada malha;
se a falha de um subsistema/componente implica na falha da malha;

quando um determinado subsistema/componente está ou não presente na malha;
natureza dos subsistemas de atuação e monitoração das malhas.

Foram expostas à caracterização e modelagem das malhas em seus subsistemas, construídos os diagramas de bloco e representados graficamente através do diagrama de Markov. Após concluída a elaboração da matriz de transição, calculou-se a

probabilidade do sistema ocupar cada um dos estados. De posse destes dados, as seguintes métricas de confiabilidade foram estimadas:

tempo falho total médio (TFT) e o tempo de operação total médio (TOT);
taxas de falha do sistema;

a confiabilidade do sistema e a confiabilidade média;

as probabilidades de falha do sistema ao final da missão (cinco anos) e a probabilidade de falha média.

Com base nestes estudos surgiu a necessidade de quantificar a incerteza inerente aos dados disponíveis, taxas de transição, inseridas no modelo Markoviano, pois apenas estimativas destas taxas, fornecidas por especialistas, foram utilizadas.