Petrobras: O premiado projeto com gêmeo digital para garantir eficiência e segurança operacional

Estruturas multicamadas, com flexibilidade e capacidade de suportar as intempéries marinhas, por onde são transportados petróleo, gás e outros fluidos do equipamento instalado no fundo do mar até a plataforma na superfície, cerca de dois mil metros distantes. Os dutos flexíveis são os mais utilizados na extração realizada no Pré-Sal brasileiro, com quilométricas malhas operadas pela Petrobras. Demandam inspeções e manutenções constantes e, em alguns casos, trocas com altos custos de aquisição, para garantir eficiência e segurança operacional. Afinal, um dano pode acarretar impacto financeiro e ambiental.

Também conhecidos como tubos ou linhas, os dutos flexíveis simbolizam o desafiador cenário da indústria petrolífera. Monitorá-los, para garantir o maior aproveitamento da vida útil, é essencial. Com este fim, a Petrobras encontrou no CESAR o parceiro ideal para implementar uma tecnologia disruptiva, capaz de interpretar, criticar, aprender e sugerir ações baseadas no processamento de dados provenientes tanto da operação real quanto de modelos de simulações. Trata-se do Digital Twin, o Gêmeo Digital, réplica virtual de um sistema, objeto ou processo de negócio do mundo físico. O projeto inovador contou ainda com a participação de profissionais e pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e promete revolucionar o setor. Os prêmios recebidos justificam a previsão.

O que são os gêmeos digitais?

Diferentemente de simuladores como os da Nasa para o treinamento dos astronautas, de 50 anos atrás, ou mesmo os da indústria automobilística e aviação nos anos 1990, com softwares para desenvolver e testar os produtos das linhas de produção antes das etapas de prototipação e testes reais, o gêmeo digital é atualizado quase em tempo real. Isto se dá com os dados recebidos do ambiente físico e, da mesma forma, possibilita executar operações no ambiente digital, refletidas em ações na contraparte no mundo físico.

“A concretização de gêmeos digitais foi viabilizada pela consolidação de tecnologias como internet das coisas, inteligência artificial, computação nas nuvens, 5G e realidade aumentada e virtual. Esta tecnologia também pode ser encarada como um sistema de sistemas, que congrega diversas soluções verticais que operam isoladas em um determinado ambiente, integrando os dados gerados por todos os sistemas e possibilitando a otimização e operação, correlacionando todos esses dados”, explica Benedito Macedo, diretor executivo do CESAR. 

Soluções para o desafio da Petrobras

As bacias de Santos, Búzios, Campos e Espírito Santo são as unidades da Petrobras onde foram implementadas o gêmeo digital para monitorar a vida útil dos dutos flexíveis. Para atingir o objetivo do projeto, foi desenvolvida a ferramenta FLEXBOARD que gerencia, orquestra, executa e publica os resultados dos modelos digitais processados em tempo real. O FLEXBOARD integra diversas bases de dados e simuladores de engenharia desenvolvidos pela Petrobras.

Tecnologia para aumentar a segurança e eficiência operacionais

A presença de dióxido de carbono (CO2) nas camadas metálicas dos dutos flexíveis, em conjunto com a água, pode desencadear um processo corrosivo que tem o potencial de reduzir consideravelmente a vida útil desses dutos. Conhecido pela sigla SCC (Stress Corrosion Cracking), este fenômeno pode gerar impactos de natureza econômica e ambiental na produção de petróleo do Pré-Sal brasileiro. 

O projeto Digital Twin permite o monitoramento em tempo real da corrosão pelo CO2, permitindo que os engenheiros de integridade da Petrobras tomem decisões embasadas em dados para otimizar a produção e maximizar a eficiência das operações. A ferramenta utiliza sensores instalados em campo para alimentar um modelo de análise de severidade operacional e vida remanescente, fornecendo uma visão completa dos dutos mais críticos em campo e auxiliando na tomada de decisão para garantir a segurança operacional dessas estruturas.

“Esta tecnologia disruptiva e conectada com a nossa visão de futuro proporciona aumento de eficiência e segurança operacionais, além de contribuir para a redução de emissões de CO2. É um reconhecimento do incrível trabalho de nossa equipe e de nossos parceiros externos, CESAR e LACEO (UFRJ)”, afirma George Campello, coordenador do projeto na Petrobras.

Os dutos flexíveis são estruturas planejadas para uma utilização de médio a longo prazo. No entanto, além do fenômeno SCC, a vida útil deles também pode ser impactada devido à fadiga nos arames das armaduras de tração e camadas metálicas, causada pelos carregamentos cíclicos induzidos pela movimentação da plataforma marítima de produção de óleo. Assim, entre os benefícios do Digital Twin, destacam-se: 

• Predizer de forma automática a vida remanescente dos dutos a partir da condição real de operação;
• Evitar riscos de acidente com pessoal e também ambiental;
• Reduzir perdas de produção por indisponibilidade de dutos vencidos;
• Maximizar o aproveitamento do duto flexível, evitando trocas desnecessárias, uma vez que são estruturas com um custo de fabricação e instalação milionários.

Projeto com reconhecimento internacional

No último semestre, o Digital Twin ganhou o troféu da Society of Petroleum Engineers, o SPE Awards, e foi finalista do Prêmio ANP de Inovação Tecnológica. A honraria da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) destaca projetos de pesquisa, desenvolvimento e inovação (PD&I) que aprimoram a eficiência operacional no setor.

Já o SPE Awards reconhece anualmente indivíduos e empresas globais que alcançaram conquistas notáveis ​​no setor de E&P offshore. O Digital Twin venceu na categoria “Best R&D project in last 3 years”. Um grande reconhecimento ao trabalho de toda a equipe multidisciplinar no desenvolvimento desta tecnologia inovadora e disruptiva.

“Esta inovação demonstra nosso compromisso em desenvolver soluções tecnológicas que impactam positivamente o setor de energia. O monitoramento em tempo real dos dutos flexíveis é essencial para garantir a integridade das operações petrolíferas, promovendo uma indústria mais eficiente e segura”, pontua Eduardo Peixoto, CEO do CESAR. 

Impacto dos gêmeos digitais nos negócios

As projeções de investimento em gêmeos digitais nos próximos anos são positivas. Segundo estimativas da consultoria MarketsandMarkets, o mercado global desta tecnologia crescerá significativamente, passando de US$ 6,9 bilhões para US$ 73,5 bilhões entre 2022 e 2027. Esses substanciais investimentos são justificados pelas diversas aplicações potenciais, abrangendo desde o monitoramento de ativos, otimização da produção, gerenciamento de manutenção e operações até o desenvolvimento de novos produtos e modelos de negócio inovadores.

“No contexto das grandes regiões urbanas, poderíamos ter um gêmeo digital da cidade, congregando os diversos sistemas que já existem nela, desde o tráfego urbano, com os semáforos, veículos e deslocamento de pessoas, passando pelo abastecimento de água, energia elétrica, conectividade, câmeras e sensores meteorológicos e de inundação. Com todos esses dados integrados, seria possível um melhor planejamento dos serviços do município, do tráfego, da logística de última milha, da alocação dos recursos públicos, bem como simulações em tempo real para habilitar uma melhor reação em eventos climáticos extremos”, diz o diretor Benedito Macedo.

O gêmeo digital se destaca pela riqueza de detalhes e a fidelidade proporcionadas por uma quantidade imensa de dados, com simulações visualmente mais ricas, imersivas e acessíveis, a maturidade da infraestrutura de TI empregada, entre outros diversos fatores. 

“A utilização de gêmeos digitais pode gerar valor tangível para as empresas, aumentando a competitividade das organizações, diminuindo os custos, gerando novos modelos de negócios e suportando a tomada de decisão, com menores riscos e os custos dos testes em campo. E com a contínua evolução da tecnologia, podemos esperar uma adoção crescente da tecnologia de gêmeos digitais, além de novas aplicações em diferentes segmentos”, conclui Benedito.

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