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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4404| Tipo: | Tese |
| Título: | Monitoramento de bombas submersas, do tipo BCSS, através da técnica MCSA, para fins de manutenção preditiva |
| Autor(es): | AREIAS, Isac Antonio dos Santos |
| Primeiro Orientador: | SILVA, Luiz Eduardo Borges da |
| Resumo: | Entre os métodos de elevação artificial empregados em completações submarinas no Brasil, particularmente na produção de óleos pesados e viscosos, o Bombeamento Centrífugo Submerso (BCS) destaca-se por proporcionar um aumento significativo na vazão de produção, podendo alcançar até 100% em comparação com um poço sem esse sistema. No entanto, a falha de uma BCSS (Bomba Centrífuga Submersa Submarina) implica elevados custos operacionais, incluindo intervenções complexas, manutenção dispendiosa e consideráveis perdas financeiras associadas ao lucro cessante. Diante desse cenário, a busca por estratégias que elevem a confiabilidade desses sistemas torna-se fundamental. Visando aprimorar o monitoramento preditivo da skid-BCSS/BCSS, este trabalho emprega técnicas de análise da assinatura elétrica, uma abordagem essencial, dado que o acesso físico à máquina em ambiente submarino é extremamente limitado. O estudo propõe a identificação de padrões de falha na assinatura elétrica dos motores responsáveis pelo acionamento da skid-BCSS, além da avaliação do potencial de algoritmos de separação de sinais em cenários onde dois motores são alimentados em paralelo por um único cabo. Para lidar com sinais não estacionários, foram aplicadas técnicas avançadas de processamento digital de sinais, incluindo métodos estatísticos. Como parte central do monitoramento, foi desenvolvido um algoritmo Bayesiano de prognóstico, onde os testes foram realizados com sinais de aceleração de um motor de indução trifásico que apresentou uma falha no rolamento, ao decorrer do monitoramento. Os resultados demonstraram que o modelo foi capaz de estimar o tempo restante de vida útil (RUL) do sistema de forma progressivamente mais precisa. Inicialmente, a incerteza nas previsões levou a erros de até 72 horas, os quais foram reduzidos a zero à medida que o momento da falha se aproximava, atingindo sua máxima precisão em um ponto crítico. Embora tenham sido observados pequenos desvios nas últimas estimativas, o impacto prático dessas variações revelou-se insignificante, reforçando a confiabilidade do modelo. Adicionalmente, o algoritmo Bayesiano demonstrou eficácia na identificação da evolução de uma componente espectral do sinal de aceleração associada à degradação do motor, permitindo a correlação entre variações de componente espectral e o desenvolvimento progressivo de falhas no sistema. A técnica de concatenação otimizada de sinais contribuiu para o aprimoramento da resolução espectral, minimizando os problemas decorrentes da perda de estacionariedade dos sinais monitorados. Como continuidade deste estudo, serão realizadas novas análises de prognóstico aplicadas aos sinais elétricos da skid- BCSS e da BCSS, com o objetivo de avaliar a antecipação das falhas detectadas pelo modelo em relação a outras técnicas de monitoramento online utilizadas na operação de bombas submersas. |
| Abstract: | Among the artificial lift methods used in subsea completions in Brazil, particularly in the production of heavy and viscous oils, Electrical Submersible Pumping (ESP) stands out by providing a significant increase in production flow, which can reach up to 100% compared to a well without this system. However, the failure of a Subsea Electrical Submersible Pump (ESP) entails high operational costs, including complex interventions, expensive maintenance, and considerable financial losses associated with lost profits. In this context, the pursuit of strategies to enhance the reliability of these systems becomes essential. Aiming to improve the predictive monitoring of the skid-ESP/ESP system, this work employs Electrical Signature Analysis techniques—an essential approach given the extremely limited physical access to the machine in the subsea environment. This study proposes the identification of fault patterns in the electrical signature of the motors responsible for driving the skid-ESP, as well as the evaluation of the potential of signal separation algorithms in scenarios where two motors are powered in parallel by a single cable. To handle non-stationary signals, advanced digital signal processing techniques were applied, including statistical methods. As a central part of the monitoring strategy, a Bayesian prognostic algorithm was developed. Tests were carried out using acceleration signals from a three-phase induction motor that experienced a bearing failure during monitoring. The results showed that the model was able to estimate the system’s remaining useful life (RUL) with increasing accuracy. Initially, uncertainty in the predictions led to errors of up to 72 hours, which were progressively reduced to zero as the moment of failure approached, reaching its highest precision at a critical point. Although small deviations were observed in the final estimates, the practical impact of these variations proved to be negligible, reinforcing the reliability of the model. Additionally, the Bayesian algorithm was effective in identifying the evolution of a spectral component in the acceleration signal associated with motor degradation, enabling the correlation between spectral variations and the progressive development of system faults. The optimized signal concatenation technique contributed to improving spectral resolution, minimizing issues arising from the non-stationarity of the monitored signals. As a continuation of this study, further prognostic analyses will be conducted using electrical signals from the skid-ESP and the ESP, with the objective of evaluating the model’s ability to anticipate failures compared to other online monitoring techniques used in the operation of submersible pumps. |
| Palavras-chave: | MCSA ESA RUL Skid-BCSS Manutenção preditiva Inferência Bayesiana |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
| Sigla da Instituição: | UNIFEI |
| metadata.dc.publisher.department: | IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica |
| Citação: | AREIAS, Isac Antonio dos Santos. Monitoramento de bombas submersas, do tipo BCSS, através da técnica MCSA, para fins de manutenção preditiva. 2025. 103 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4404 |
| Data do documento: | 28-Fev-2025 |
| Aparece nas coleções: | Teses |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| Tese_2026016.pdf | 4,85 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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