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Dissertações de Mestrado Defendidas: 2008

Análise do Escoamento Compressível de Gás Natural em espaços anulares para a elevação de Petróleo.

Autor: Diego Alvim Gomez.
Orientadores: Márcio Nele de Souza e Ricardo de Andrade Medronho.

Resumo

Este estudo descreve o comportamento do escoamento de gás natural compressível em espaços anulares, que ocorrem num sistema de bombeio pneumático para elevação de petróleo conhecido como BPZ. Esse sistema é baseado no método de gas-lift intermitente e geralmente é usado em poços maduros, com altas profundidades, e em reservatórios com baixas pressões.

O BPZ opera com períodos de injeção de gás a alta pressão. A principal região de enchimento de gás ocorre no espaço anular formado pelas colunas externas e de produção do sistema. Nesse espaço, o gás começa com uma pressão inicial que cresce até que o valor necessário para o transporte de óleo seja alcançado. Após o encerramento do processo de elevação, a pressão retorna para a mesma condição inicial.

Durante esse processo, as conexões dos diferentes tubos pelas luvas de sustentação atuam como obstáculos que restringem a passagem de gás, promovendo variações de pressão no escoamento e aumentando o tempo de enchimento. A fluidodinâmica computacional (CFD) foi usada para avaliar a influência das perdas de pressão na taxa do escoamento através de um pequeno, mas representativo comprimento da tubulação contendo a luva. Simulações de oito variações de geometria da luva e de um caso sem a presença dessa conexão foram realizadas.

Foi verificado que as maiores influências para as variações de pressão foram a presença de luvas e o tamanho das seções de escoamento. Além disso, baseada nos resultados de CFD, foi obtida uma correlação entre as diferenças de pressão (PD) e a velocidade de saída (V).

Um modelo de escoamento global foi elaborado para verificar esse comportamento para todo o sistema de injeção. Nesse modelo, a tubulação foi dividida em seções contento um trecho reto de tubulação seguido por uma seção contendo a luva. Uma relação entre PD e V, obtida da literatura, foi usada para estimar os cálculos de perda de pressão no trecho reto de tubulação, e as correlações obtidas de CFD para o mesmo propósito nas seções de tubulação contendo a luva.

Os casos simulados por esse modelo quantificaram a grande influência das luvas no tempo de enchimento do sistema. Simulações sem a presença de luvas mostraram um tempo de pressurização 25% mais rápido que o sistema original com a presença desses acessórios. Acredita-se que a opção por construir sistemas sem essas conexões pode aumentar de modo significativo a produção diária de óleo em poços.