Pesquisadores:
Ricardo Paulo Deperon Isnard (Bolsista ANP)
Ricardo Dias Martins de Carvalho (Orientador)
José Luís Gonçalves (Bolsista de Doutorado)
Gabriel Cari Costa (Bolsista de graduação)
TÓPICOS
1. Introdução
2. Dispositivo Experimental/Procedimento de Teste
3. Resultados e Discussão
4. Conclusões
5. Referências Bibliográficas
6. Agradecimentos
1. INTRODUÇÃO
•Fluxo do poço consiste de uma grande
variedade de hidrocarbonetos e componentes
indesejáveis.
• GOSP processa o escoamento multifásico do
poço de modo a se obter óleo limpo monofásico,
gás natural e condensados prontos para
transporte.
2. DESAFIOS
• Vista esquemática uma planta de produção de óleo
e gás (GOSP)
3. DISPOSITIVO EXPERIMENTAL
4PROCEDIMENTO DE TESTE
 Transdutores ultra-sônicos Panametric Videoscan de
2,25 MHz
 Incerteza nos valores correspondentes de fração de
vazio (óleo-ar) variou de cerca de 0,7% para baixas
frações de vazio a 1,4% para frações de vazio acima
de 6%.
 A incerteza para o sistema óleo-água foi estimada
em cerca de 0,25%.
 O período de amostragem e a taxa de geração de
pulsos foram de 1,5 segundos e 2 kHz,
respectivamente, o que perfaz 3000 pulsos em cada
amostra acústica.
 No cálculo das razões de energia acústica, os
sinais de referência para os sensores a 0o e 180o
foram aqueles obtidos para óleo monofásico
 Para os sensores a 45° e 135°, a referência
utilizada foram os sinais obtidos para 10% de
fração de vazio em misturas óleo-ar e 12% de
concentração de água em misturas óleo-água.
 Para óleo monofásico, os sensores a 45° e 135°
não recebem energia.
 As medidas de temperatura foram feitas no
começo e fim de cada série de testes para
obtenção das propriedades físicas dos fluidos.
 Os dados ultrassônicos foram adquiridos por
meio de uma placa de aquisição de dados PXIe1062Q da National Instruments.
 Os dados foram armazenados em planilhas do
Microsoft Excel e tratados posteriormente no
programa MatLab a fim de se reduzir o ruído nos
sinais.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
•Padrões de Escoamento e Sinais Ultrassônicos
Típicos no Sensor a 180º
•Padrões para escoamento óleo-ar
α = 2%
α = 5%
α = 10%
5.
•Padrões de Escoamento e Sinais Ultrassônicos
Típicos no Sensor a 180º
•Padrões para escoamento óleo-água
α = 2%
α = 5%
α = 12%
5.
• Sinal característico recebido
pelo sensor a
180º: (a) sinal típico de um único pulso no óleo
USP monofásico; (b) atenuação da onda
longitudinal em misturas óleo-ar e (c) em
mistura óleo-água.
1,2
0,5
Disparo
0,0
-0,5
Ruído
Onda cisalhante
-1,0 Onda longitudinal
-1,5
0
30
60
90 120 150
Tempo [s]
a
1,50
Fração de vazio [%]
0,8
0
2
0,4
10
0,0
Amplitude [V]
1,0
Amplitude [V]
Amplitude [V]
1,5
-0,4
-0,75
-0,8
-1,2
85
Fração de água [%]
0
0,75
2
10
0,00
86
87
88
Tempo [s]
b
89
-1,50
78
79
80
81
Tempo [s]
c
82
5. CONCLUSÕES
• Verificou-se que bolhas de ar atenuam o sinal
acústico bem mais do que gotas de água sem,
todavia, atenuá-lo por completo.
• Concentração da fase dispersa pode ser
medida mais facilmente por atenuação
acústica em escoamentos líquido-gás do que
em escoamentos líquido-líquido.
de energia no5.sensor a 180º em
função da concentração da fase
dispersa.
• Razão
1,0
Pistões e
bolhas
pequenas
0,8
Razão de energia [-]
Razão de energia [-]
1,0
0,8
0,6
0,6
0,4
0,2
Bolhas
discretas
0
2
4
6
8
Fração de vazio [%]
mistura óleo-ar
Gotas
discretas
(0,2 < d < 1,6)
acréscimo gradual de
gotas pequenas
0,4
Calotas e
bolhas pequenas
0,2
0,0
Calotas e
gotas discretas
(0,2 < d < 2,5)
10
0,0
Gotas
discretas
(0,5 < d < 1,3)
sem gotas pequenas
0
2
4
6
8
10
Fração de água [%]
mistura óleo-água
12
5.
• Razão
de energia em todos os sensores
em função da concentração da fase
dispersa.
1,0
1,2
Calotas e
bolhas
pequenas
Bolhas
discretas
0°
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0°
0
45°
1
2
135°
180°
Pistões e
bolhas
pequenas
3 4 5 6 7 8
Fração de vazio [%]
mistura óleo-ar
9 10
Razão de energia [-]
Razão de energia [-]
1,2
45°
135°
180°
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Calotas e
gotas discretas
(0,2 < d < 2,5)
Gotas
Gotas
discretas
discretas
(0,2 < d < 1,6)
(0,5 < d < 1,3)
sem gotas pequenas
0
2
4
6
8
10
Fração de água [%]
mistura óleo-água
12
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Falcone, G.; Hewitt, G. F. and Alimonti, C. Multiphase Flow Metering, Principles
and Applications. First ed. Developments in Petroleum Science. Vol. 54. 2010.
2. Devold, H. Oil and Gas Production Handbook, An Introduction to Oil and Gas
Production. 3 ed. ABB ATPA Oil and Gas 2006.
3. Carvalho, R. D. M. d. et al. Application of the ultrasonic technique and highspeed filming for the study of the structure of air–water bubbly flows.
Experimental Thermal and Fluid Science. 2009. 33: p. 1065-1086.
4. Tanahashi, E. I. et al. Application of the Ultrasonic Technique for Monitoring
Intermittent Liquid-Gas Flows and Liquid-Solid Flows. In 7th North American
Conference on Multiphase Technology (MPNA 2010). Banff, Canada: BHR
Group. 2010.
5. Carvalho, R. D. M. d. Técnicas Ultra-Sônicas para Medição de Fração de Vazio
e Concentração de Particulados em Escoamentos em Escoamentos
Multifásicos, Convênio FINEP/PETROBRAS 01.07.0131.00: Itajubá. 2010.
6. Gonçalves, J.L., et al. Development of a Multiphase Flow Metering Procedure
Based on the Ultrasonic Technique. in 15th International Conference on
Multiphase Production Technology (MPT 2011). Cannes, France: BHR Group
Limited. 2011.
7. AGRADECIMENTOS
• À Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e
Biocombustíveis (ANP) por meio do Programa de
Recursos Humanos para o Setor Petróleo e Gás
(PRH-ANP/MCT) pelas bolsas aos alunos IC; à
Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) e à
Petrobras pela infraestrutura física.
• Ao professor orientador Ricardo Dias Martins de
Carvalho e ao grupo de orientados.
• Ao laboratório de análise de escoamentos multifásicos
e ao GEE (Grupo de Estudos Energéticos).
• Ao Centro de Excelência em Eficiência Energética EXCEN;
• Contato do aluno: [email protected];
[email protected]
• Site do PRH16: http://www.prh16.unifei.edu.br/