5 Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes

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Mauro Martins Gusmão
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1 Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes 0 5 Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes 5. Introdução A vazão de fluxo de quase todos os oços fluentes é controlada or um choke na cabeça do oço, um disositivo que imõe uma restrição à linha de fluxo, figura 5.. Os chokes normalmente fazem arte do conjunto da árvore de surgência, ou seja, entre a tubulação de rodução e a linha de descarga, figura 5.. No estudo de oços, é necessário conhecer o funcionamento do choke que é utilizado ara controlar a vazão de rodução e assegurar sua estabilidade. q d d Figura 5. Esquema do choke Os chokes consistem em lacas de metal com um equeno orifício ara ermitir o fluxo; são os disositivos de restrição mais comuns, usados ara causar uma queda de ressão ou reduzir a vazão de fluxo. São caazes de causar grandes quedas de ressão: um gás que entre em um choke a 5000 sia ode sair a 000 sia ou menos. Os chokes têm, ortanto, várias alicações como disositivos de controle na indústria de etróleo e gás. A seguir algumas das alicações ara os quais os chokes de suerfícies odem ser utilizados são ara: Manter uma vazão de fluxo ermissível na cabeça oço. Controlar a vazão de rodução. Proteger as equies de suerfície. Controlar e revenir roblemas de arejamento ao roorcionar suficiente contra ressão na formação rodutora. Permitir a obtenção de informações ara calcular o índice de rodutividade em qualquer etaa da vida rodutiva de um oço. Prevenir a coning de gás e água.

2 Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes Figura 5. Localização do choke

3 Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes 5. Chokes suerficiais Existem diferentes tios de chokes suerficiais os quais encontram-se localizados no cabeçal do oço e nas linhas de fluxo. A função rincial do choke suerficial é a de estrangular o fluxo ara roorcionar estabilidade nas instalações suerficiais. Os chokes suerficiais têm sido. rojetados ara ermitir fácil acesso. Os chokes suerficiais odem ser classificados conforme seu desenho: Tio ositivo Tio ajustável 5.. Tio ositivo É comosto de um coro ou caixa em cujo interior se ode instalar ou trocar manualmente diferentes diâmetros de orifícios, esse tio de choke está reresentado nas figuras 5.3 e 5.4. Na maioria dos casos, é utilizado o choke de orifício ositivo em função de sua simlicidade e baixo custo. 5.. Tio ajustável É similar ao choke ositivo, com exceção de que, ara ajustar o diâmetro de abertura do orifício de fluxo, há uma varinha fina com graduações visíveis que indicam o diâmetro efetivo do orifício. A figura 5.5 mostra as artes do choke do tio ajustável. 5.3 Modelos de fluxo O fluxo através de chokes em geral odem ser de dois tios: Subcrítico e Crítico Fluxo subcrítico O fluxo é chamado subcrítico quando a velocidade do gás através das restrições é menor do que a velocidade do som no gás, e a vazão deende tanto da ressão a montante como da ressão a jusante. Os chokes sub-suerficiais são normalmente rojetados ara ermitir o fluxo subcrítico.

4 Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes 3 Item Descrição Coro bridado Junta 3 Orifício 4 Tamão de descarga 5 Junta do tamão 6 Tamão de descarga 7 Porca 8 Braçadeira circular 9 Tamão de descarga Figura 5.3 Porta orifícios tio ositivo Figura 5.4 Chokes ositivos

Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes 4 3

5 Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes Item Descrição Orifício Indicador 3 Trava do Volante 4 Volante Fluxo Fluxo Figura 5.5 Válvula de agulha regulável 5.3. Fluxo crítico O fluxo é chamado crítico quando a velocidade do gás através das restrições é igual à velocidade do som ( erto de 00 ft/sec ara o ar) no gás. A velocidade máxima na qual um efeito de ressão ou uma erturbação ode ser roagada através de um gás não ode exceder a velocidade do som no gás. Assim, uma vez que a velocidade do som seja alcançada, um aumento ainda maior na diferencial de ressão não aumentará a ressão na garganta do Choke. Portanto, a vazão de fluxo não ode exceder a vazão de fluxo crítico conseguido quando a razão de ressão a jusante P e a montante P chega a um valor crítico, ainda que esta ressão seja decrescida. Ao contrário do fluxo subcrítico, a vazão de fluxo em fluxo crítico deende somente da ressão a montante, orque as erturbações de ressão que trafegam na velocidade do som imlicam que uma erturbação de ressão na extremidade a jusante não terá efeito algum sobre a ressão a montante

6 Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes 5 ou sobre a vazão de fluxo. Os chokes de suerfície são normalmente rojetados ara fornecer um fluxo crítico. 5.4 Fluxo de gás através de restrições A equação geral ara fluxo através de restrições ode ser obtida combinando-se a equação de Bernoulli com a equação de estado. As erdas irreversíveis ou erdas de atrito são exlicadas or um coeficiente de descarga, que deende do tio de restrição. A seguinte equação é válida somente no regime subcrítico até o fluxo crítico, quando a máxima velocidade de fluxo (igual à velocidade de som) é atingida. q sc onde = 974,6C d d ch γ g T k k k ( ) k+ k 0,5 eq.(5.) q sc = Vazão de fluxo de gás, Mscfd ( a 4,7 sia e 50ºR). d ch = Diâmetro do Choke, in. = Pressão a montante do Choke, sia. = Pressão a jusante do Choke, sia T = Temeratura de entrada (ustream), ºR. C d = Coeficiente de descarga que deende da relação de diâmetros da tubulação e da restrição, do número de Reynold e a geometria do disositivo, geralmente considera-se 0,865. k = Relação de calores esecíficos ( c c v ), sem dimensão. γ g = Densidade do gás (ara o ar=) ( ) c Se a razão de ressão na qual o fluxo crítico ocorre é reresentada or, então, através do cálculo elementar, ode ser demostrado que:

7 Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes 6 c k = k + ( k ) eq.(5.) > e crítico ara O fluxo é subcrítico ara ( ) ( ) c ( ) ( ) c, se a razão da ressão de oeração é menor que a razão de ressão crítica, a razão de ressão da equação 5. deve ser substituída ela razão de ressão crítica, ois a razão de fluxo máxima através do choke é aquela que corresonde ao fluxo crítico. O valor de k normalmente é assumido como uma constante. k.93 ara uma gravidade de Geralmente, o valor de k utilizado entre.5 e.3, imlicando a artir do relacionamento reresentado ela equação 5. que o fluxo é crítico quando a razão de ressão está na região de (ara k =.5) a (ara k =.3). O fluxo é considerado crítico quando a razão de ressão é menor ou igual a 0.55, o que imlica que k esteja a.75 aroximadamente. Substituindo-se ( ) c =, e k=.75 na equação 5., resulta: onde q sc 456.7C d dch = eq.(5.3) ( γ T ) 0. 5 g q sc = Vazão de fluxo de gás, Mscfd ( a 4,7 sia e 50ºR). d ch = Diâmetro do Choke, in. = Pressão a montante do Choke, sia. T = Temeratura de entrada (ou ustream), ºR. C d = Coeficiente de descarga, γ g = Densidade do gás (ara o ar=) A máxima vazão de fluxo de gás ocorre quando o fluxo é crítico. Para qualquer valor da razão de ressão abaixo do valor crítico.

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