Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/13655
Type: Tese
Title: Optimization of subsea arrangement for production system
Other Titles: Otimização de arranjo submarino de sistema de produção
Author(s)/Inventor(s): Hong, Cheng
Advisor: Estefen, Segen Farid
Co-advisor: Souza, Marcelo Igor Lourenço de
Abstract: Este tese apresenta a otimização do arranjo do sistema de produção submarina, com foco em dois conceitos básicos: o sistema de poço satélite com Unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência (FPSO) e o sistema de manifold submarina com FPSO, respectivamente. Dois cenários t´épicos para cada conceito são considerados para estabelecer os modelos de otimização: sistema de poço satélite considerando poços verticais, sistema de poço satélite considerando poços horizontais, sistema de manifold submarino com poços verticais distribuídos por satélite e sistema de manifold submarino com poços horizontais agrupados. Os modelos são desenvolvidos através da programação inteira mista (PIM). Três objetivos principais são considerados: menor custo, menor período de retorno e perda mínima de pressão. Através dos modelos de otimização propostos, a rede e as rotas de dutos, capacidades de processamento do FPSOs, tamanhos e localizações dos manifolds (para o sistema de manifold submarina), localizações das cabeças de poço e poços trajetórias, e taxas de produção poderiam ser descobertas. Os modelos de PIM propostos são com não linearidades. Com base no algoritmo de descida de gradiente, os modelos são decompostos em uma série de modelos lineares, resolvidos pelo otimizador GUROBI. As soluções ótimas finais são obtidas através do processo de iteração. O método da triangulação de Delaunay é aplicado para separar o espaço da solução, a fim de obter boas soluções iniciais em pouco tempo. Os estudos de caso dos modelos propostos são conduzidos no mesmo campo offshore e os resultados de diferentes cenários são comparados. Os estudos de caso indicam bom desempenho dos modelos propostos e estratégia de solução, fornecendo ferramentas convenientes e confiáveis para aplicações do mundo real.
Abstract: This thesis presents the optimization of subsea production system arrangement, focusing on two basic concepts: satellite well system with Floating Production Storage Offloading unit (FPSO), and manifold system with FPSO, respectively. Two typical scenarios for each concept are considered to establish the optimization models: satellite well system considering vertical wells, satellite well system considering horizontal wells, manifold system with satellite distributed vertical wells and manifold system with clustered horizontal wells. The models are developed through mixed-integer programming (MIP). Three major objectives are considered: lowest cost, shortest payback period, and minimum pressure loss. Through the proposed optimization models, the subsea flowline network, flowline route, FPSO processing capacities, manifold sizes and locations (for the manifold system), wellhead locations and well trajectories, and well production rates could be figured out. The proposed MIP models are with nonlinearities. Based on the gradient descent algorithm, the MIP models are decomposed to a series of linear models, which are solved by optimizer GUROBI. The final optimal solutions are obtained through the iteration process. The Delaunay triangulation method is applied to discrete the solution space in order to obtain good initial solutions. The proposed models are applied to the arrangement optimization of the same offshore field, and the results of different scenarios are compared, as well as the results of different objective functions. The case studies indicate good performance of the proposed models and solution method, providing convenient and reliable tools for real-world applications.
Keywords: Subsea production system
Layout optimization
Cost optimization
Operational research
Mixed integer programming (MIP)
Gradient descent
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA NAVAL E OCEANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Nov-2019
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Oceânica

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