Modelo inverso baseado em sinais de vibração e tensão estrutural para a determinação do padrão de escoamento bifásico em tubulações

Resumo

O monitoramento em tempo real (well logging) da produção de petróleo e gás é um dos aspectos mais importantes no gerenciamento de um campo. Como exemplo, o monitoramento é responsável pelo provimento de informações sobre os padrões de escoamento e taxas de produção de cada um dos poços de um determinado reservatório, o que é critico para a otimização da vida útil dos poços. A aplicação de modelos físicos dependentes do padrão de escoamento é a abordagem comumente observada na prática. Por outro lado, inúmeras técnicas inversas baseadas em métodos heurísticos têm sido propostas para a determinação dos padrões de escoamento e taxas de produção. Uma característica marcante quando se observa escoamentos em tubulações e a vibração induzida por escoamento, comum no setor industrial. As vibrações produzem instabilidades estruturais que devem ser evitadas. A vibração induzida por escoamento (FIV) e a interação fluido-estrutura (FSI) dependem sobremaneira de uma série de parâmetros do escoamento bifásico, incluindo o padrão de escoamento. Não foi encontrado nenhum trabalho na literatura sobre modelagem inversa para predição de padrões de escoamento a partir de sinais de tensão ou deformação estrutural. Isso posto, os objetivos principais deste projeto de pesquisa são: (i) estudo experimental da vibração induzida pelos diversos padrões de escoamento gás-líquido em tubulações vertical e horizontal; (ii) modelagem fenomenológica unidimensional para a previsão dos parâmetros do escoamento bifásico (padrão de escoamento, fração de vazio e deslizamento das fases); (iii) modelagem unidimensional do problema dinâmico de tensões, deformações, vibrações mecânicas e da interação fluido bifásico-estrutura; e (iv) modelagem inversa, baseada em modelos físicos, para predição de padrões de escoamento a partir de sinais de vibração, tensão ou deformação estrutural. A bateria de testes experimentais será conduzida nas instalações multifásicas do Laboratório de Engenharia Térmica e Fluidos (NETeF) da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. O foco será dirigido a escoamentos de misturas ar-água em tubulações de aço de 2 polegadas horizontal e vertical com 10 metros de altura.