Modelagem do comportamento dinâmico em Bombeio Centrífugo Submerso (BCS) em escoamento líquido-líquido

• Processo: 19/14597-5
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Vigência (Início): 01 de agosto de 2019
• Vigência (Término): 31 de julho de 2022
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Convênio/Acordo: Equinor (antiga Statoil)
• Pesquisador responsável: Alberto Luiz Serpa
• Beneficiário: Felipe de Castro Teixeira Carvalho
• Instituição-sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 17/15736-3 - Centro de Pesquisa em Engenharia em Reservatórios e Gerenciamento de Produção de Petróleo, AP.PCPE
• Assunto(s): Sistemas dinâmicos Identificação de sistemas Bombeio centrífugo submerso Escoamento Escoamento multifásico

Resumo

Na explotação de petróleo, a indústria frequentemente se depara com a necessidade de incrementar energia ao fluido para que este transponha o percurso desejado. Tal necessidade provém desde do aumento da produção de petróleo, em poços surgentes, a característica intrínseca do reservatório o qual é inviável sem o fornecimento de energia. A despeito do aumento da produção em poços surgentes, o incremento de energia nestes também está relacionado a depleção do poço, pois, à medida que o petróleo é extraído, a pressão nestes diminui e por consequência a produção é reduzida. O incremento de energia ao fluido é denominado elevação artificial e possui diversos métodos os quais são recomendados cada qual em condições específicas. Neste contexto, o Bombeio Centrífugo Submerso (BCS) é amplamente utilizado na explotação de petróleo, sendo o segundo método de elevação mais utilizado no mundo, correspondendo por 10% da produção de petróleo mundial. Este método é composto por uma bomba centrífuga de múltiplos estágios, comumente instaladas no interior e, no fundo da tubulação. Contudo, em condições de produção, tem-se a presença de escoamentos multifásicos e petróleo com alta viscosidade que afetam negativamente o desempenho do BCS. Esses fatores podem reduzir e em alguns cenários, parar a produção. Nesse sentido, há trabalhos na literatura que visam entender o escoamento bifásico e também de fluidos viscosos através de simulações computacionais de estágios do BCS. Contudo, a maior parte dos trabalhos têm como objetivo final estabelecer a curva de eficiência e uma curva característica ou um ajuste dessa para o BCS operando em condições de escoamentos multifásicos e viscoso. Ademais, há trabalhos que estudam o efeito da formação de emulsão e efeito da inversão de fase desta no interior do BCS na curva característica e de eficiência deste. Contudo, as curvas características e de eficiência do BCS apenas consideram o comportamento permanente desse. Assim, há poucos estudos que visam entender e modelar o comportamento dinâmico do BCS operando nas condições de escoamento multifásico, viscoso e com formação de emulsão. Tal modelagem é fundamental para se desenvolver controladores automáticos do BCS e da produção. Tais controladores podem otimizar a produção conforme um critério pré-estabelecido e também reduzir a necessidade de operadores para controlar o BCS. Além disso, com a modelagem é possível evitar a operação em pontos instáveis que podem danificar o BCS. Dessa forma, o principal interesse desse trabalho é modelar o comportamento dinâmico do BCS em condições de escoamento líquido-líquido, bem como o efeito da formação de emulsão. A modelagem de um sistema dinâmico pode ser baseada em dados experimentais ou utilizando modelos analíticos. Contudo, as técnicas baseadas em dados experimentais podem ser limitadas ao sistema utilizado. Já que apesar de descreverem um determinado sistema adequadamente não há garantia que descreverá um sistema semelhante corretamente. Porém, uma abordagem analítica que visa descrever os diversos fenômenos físicos envolvidos proporciona uma maior confiança no resultado obtido para diferentes sistemas. Como o BCS é um sistema complexo com diversos domínios físicos envolvidos, como elétrico, mecânico, hidráulico, etc, a técnica de modelagem bond-graphs se apresenta como uma das abordagens para a modelagem e identificação do BCS. Por fim, o objetivo desse trabalho está no desenvolvimento de um simulador do comportamento dinâmico (levando em conta efeitos transientes) do BCS operando sobre diversas condições de escoamento multifásico, viscoso e com a formação de emulsão. Tais fenômenos são complexos e pouco conhecidos no interior do BCS, caracterizando um dos principais desafios desse projeto. (AU)