1 - Motivações Produção de petróleo em poços brasileiros: ocorrência de escoamento trifásico; Possibilidade de elevação do petróleo assistida por água

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1 Medição Não-intrusiva de Fração Volumétrica, Perda de Pressão Multifásica e Caracterização de Padrões em Escoamento Vertical Ascendente Óleo-Água e Óleo-Água-Ar Aluno Bernardo Bergantini Botamede Nº USP: bbb1987@hotmail.com Orientador Prof. Dr. Oscar Mauricio Hernandez Rodriguez oscarmhr@sc.usp.br NETeF Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos Departamento de Engenharia Mecânica Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo

2 1 - Motivações Produção de petróleo em poços brasileiros: ocorrência de escoamento trifásico; Possibilidade de elevação do petróleo assistida por água; Grande escassez de dados a respeito de escoamentos trifásicos.

3 2 - Objetivos Geração de um banco de dados experimentais detalhado contemplando padrões de escoamento trifásico óleo- água-ar ar, perda de pressão trifásica e fração volumétrica in situ das fases; Aprimoramento da técnica capacitiva para medição de fração volumétrica in situ.

4 3 - Materiais Transdutor de pressão diferencial i - Validyne; Sonda capacitiva não-intrusiva duplo sensor para medição de fração volumétrica in situ; Bancadas experimentais: Poço Piloto, Linha de Escoamentos Multifásicos e Separador de Líquidos por Placas Coalescentes.

5 3 Materiais ae as Esquema da bancada experimental utilizada no projeto

6 4 - Sonda Capacitiva Testar capacitores de referência; Testar resposta da sonda para escoamento óleo-água na linha horizontal; Testar resposta da sonda para diversas porcentagens de óleo e ar na linha horizontal (testes estáticos).

7 4 - Sonda Capacitiva Circuito original Circuito utilizado

8 4 - Sonda Capacitiva Static Data (R2) 1,0 Reference capacitor full of water Reference capacitor full of air Regretion curve 0,8 Regretion curve Wate er fraction 0,6 Regretion curve of static points 0,4 0,2 0, Tension (volts) Gráfico comparativo para duas curvas de calibração de pontos estáticos água-ar; capacitor de referência com água ecom ar.

9 4 - Sonda Capacitiva Static X Dynamic Data (A2) Water fract ion (%) 1,0 0,8 0,6 0,4 Dispersed oil-water flow Stratifield flow Static calibration curve Dynamic calibration curve (Dispersed oil-water flow) Dynamic calibration curve (Stratifield flow) Regretion curve of static points 0,2 0, Tension (volts) Curvas de calibração dinâmicas para óleo-água.

10 Sonda Capacitiva Static Data (R2) 1,0 0,8 Static points Static calibration curve Air fracti ion 0,6 0,4 Regretion curve of static points 0,2 00 0, Tension (volts) Curva de calibração estática para óleo-ar.

11 Sonda Capacitiva Sonda de anéis Sonda helicoidal

12 Placas de Orifício A perda de pressão local provocada pela placa de orifício pode ser mensurada por um transdutor diferencial de pressão e relacionada com a vazão:

13 5 - Placas de Orifício Onde : Vazão real depende do coeficiente de descarga Cd: No momento não há instrumentos no laboratório para calibração diretas das placas na linha de ar. Apesar da norma para placas de orifício serem muito confiáveis, seria muito desgastante garantir todas as rigorosas condições físicas exigidas pela norma.

14 5 - Placas de Orifício Optou-se pela calibração das placas na linha de água; Garantindo-se semelhança geométrica e dinâmica, pode-se levantar os parâmetros necessário para o cálculo do coeficiente de descarga.

15 5 - Placas de Orifício Programa em Excel para dimensionamento das placas de orifício

16 5 - Placas de Orifício Placa 1 Placa 2 Placa 3 Diâmetro interno da tubulação (mm) 40,9 40,9 40,9 Diâmetro do orifício (mm) 6,6 11,5 20 Diferença de pressão mínima (mmca) Diferença de pressão máxima (mmca) Vazão mínima (l/min) Vazão máxima (l/min) Velocidade superficial mínima (m/s) 0,484 1,46 4,45 Vl Velocidade idd superficial i máxima (m/s) 2, ,74 20,37

17 5 - Placas de Orifício Curva de calibração da quinta placa de orifício (diâmetro do orifício de 6,6 mm)

18 5 - Placas de Orifício Curva de calibração da primeira placa de orifício (diâmetro do orifício de 20 mm)

19 6 - Medidor diferencial de pressão (Validyne) Necessidade de se manter ar nas mangueiras das tomadas de pressão de modo a se obter a correta medição de diferencial de pressão; Grande dificuldade de impedir entrada de água nas mangueiras.

20 6 - Medidor diferencial de pressão (Validyne Validyne) Solução: tanque desenvolvido para impedir entrada de líquidos nas mangueiras com ar.

21 6 - Medidor diferencial de pressão (Validyne Validyne) Tanque instalado Validyne instalado no poço piloto

22 6 - Medidor diferencial de pressão (Validyne Validyne) Variação no nível da água no tanque se mantém em um valor aceitável para uma grande faixa de vazão. Escoamentos intermitentes it t provocam grande variação no nível e podem retirar água do tanque. Validação da instalação do tanque e da calibração do transdutor com escoamento monofásico de água Equação de Darcy-Weisbach para perda de atrito monofásico: 1 L Δ = ² + d 2 D P f ρ V ρ gh D _

23 6 - Medidor diferencial de pressão (Validyne Validyne) Variação do nível da água se manteve em torno de 1,4 cm.

24 7 - Testes com padrões trifásicos Imagem obtida durante testes. Carta de escoamento bifásica com pontos sobrepostos (em preto pontos já coletados e em vermelho pontos a serem coletados.)

25 7 - Testes com padrões trifásicos Padrões já observados durante os testes: Bolhas óleo / bolhas taylor ar (Bo/BTg); Bolhas dispersas óleo / bolhas ar (BDo/Bg); Bolhas dispersas óleo / bolhas dispersas ar (Bdo/BDg); Anular com bolhas óleo / bolhas taylor ar (Abo/BTg BTg); Óleo parece facilitar formação de bolhas de taylor para ar; Bolhas de taylor ganham maior velocidade e dissipam núcleos de aglutinação das bolhas de óleo, o que dificulta ou torna instável o padrão anular com bolhas óleo.

26 8 - Agradecimentos Ao financiamento e apoio das seguintes instituições: - FAPESP -Petrobras

27 Fim