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.
Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes Figura 5. Localização do choke
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. 5.3. 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.
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 9 7 5 4 3 8 6 Figura 5.3 Porta orifícios tio ositivo Figura 5.4 Chokes ositivos
Análise do Fluxo de Gás Através de Chokes 4 3 4 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
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:
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 0.63. 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 0.5549 (ara k =.5) a 0.5439 (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 ( ) 0. 55 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, 0.865 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.