Estudo experimental e modelagem das transições de padrões de escoamento gás-líquido em duto anular inclinado e vertical ascendente

• Processo: 07/03912-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2007
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2009
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Oscar Mauricio Hernandez Rodriguez
• Beneficiário: Cinthia Politi Blanco
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Mecânica dos fluidos Escoamento bifásico Bombeio centrífugo submerso
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Duto Anular | escoamento bifásico | Escoamento gás-líquido | Modelagem fenomenológica | padrões de escoamento | Transições de padrão de Escoamento | Mecânica dos Fluidos

Resumo

Entre as técnicas de elevação artificial de petróleo mais comumente empregadas no Brasil está o bombeio centrífugo submerso (BCS). Este apresenta entre suas vantagens a grande quantidade de fluido elevada de grandes profundidades. Entre as principais limitações do BCS está a quantidade de gás livre na entrada da bomba, a qual varia conforme as características do reservatório. A bomba centrífuga submersa não consegue trabalhar com uma quantidade grande de gás sem a deterioração significativa de sua eficiência e diminuição de sua vida útil. Uma solução alternativa para a separação do gás livre produzido é o separador gravitacional de gás de fundo de poço direcional de alta eficiência do tipo shroud invertido, cujas vantagens potenciais incluem o escoamento segregado em canal livre, capilar e com coalescência das bolhas incrementada. É sabido que o padrão de escoamento no anular externo do separador tem grande influência na eficiência da separação natural, sendo que são comumente observados escoamentos em bolhas ou pistonado. Além disso, espera-se que o ângulo de inclinação tenha um papel significativo, já que é parâmetro determinante na transição dos padrões de escoamento e está intimamente relacionado ao escoamento segregado em canal livre que se pretende produzir no anular interno do separador. Uma lacuna detectada, da análise da literatura, é o efeito do ângulo de inclinação e nenhum modelo para a previsão da eficiência de separação nesse tipo específico de equipamento foi proposto até o momento. Posta a motivação, os objetivos desta pesquisa são a observação e caracterização dos padrões de escoamento gás (ar comprimido)-líquido (água de torneira e óleo mineral vítreo de 100 mPa.s e 860 kg/m3) no anular externo do separador, em função das vazões de água e ar e do ângulo de inclinação, e a modelagem fenomenológica das transições. Para a coleta de dados será construído um modelo em escala reduzida do separador do tipo shroud invertido em vidro borosilicato (75 mm d.i. e 10 m de comprimento). As facilidades experimentais, incluindo estrutura metálica e instrumentação, serão basicamente as mesmas disponíveis atualmente para o Oleoduto Piloto do Laboratório de Engenharia Térmica e Fluidos (NETeF) da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC - USP). Técnicas ópticas, medidor de ângulo, medidores de vazão, sistema de aquisição de dados National Instruments e software LabView serão utilizados neste projeto. Os dados obtidos serão tratados, analisados e representados através de cartas de fluxo em função dos fluxos volumétricos de água e ar e do ângulo de inclinação. Finalmente, serão comparadas as fronteiras de transição previstas pelos modelos com as observadas experimentalmente.