Estudo, modelagem e simulação dos padrões tipos bolhas e estratificado no escoamento horizontal bifásico em dutos de petróleo

Bruno Marins Soares¹; Gustavo Vieira Frez¹; Leôncio Diógenes Tavares Camara¹

¹ UERJ/IPRJ

doi:10.20906/CPS/CON-2016-1075

Resumo

A predição do comportamento, da composição e da fração das fases e da perda de carga em escoamento de petróleo são determinantes para a operação e dimensionamento dos equipamentos de exploração, assim como para o projeto de dutos (especificação da espessura e material), risers, bombas submarinas e sistemas de processamento primário na plataforma. Óleo e gás percorrem quilômetros sob severos gradientes de pressão, trocas térmicas com o ambiente e em diversas inclinações. A análise da forma, da posição e da interação entre as interfaces líquido-gás não é trivial. Assim sendo, neste projeto foram estudadas as diferentes abordagens existentes na predição do comportamento dos escoamentos bifásicos, com foco nos padrões tipo bolhas e estratificado estando ambos na direção horizontal. Rotinas computacionais foram desenvolvidas para predição do padrão de escoamento, do holdup das fases envolvidas e do gradiente de pressão, primeiramente através do método de Beggs e Brill e a partir destes resultados o modelo de Costa também foi empregado para se calcular o gradiente de pressão. Os desempenhos dos métodos adotados foram comparados com dados presentes na literatura, utilizando escoamento óleo-gás para o padrão bolhas e escoamento água-ar para o padrão estratificado. A partir dos primeiros resultados, concluiu-se que o método de Beggs e Brill superestima o holdup do líquido para o padrão tipo bolhas e o método de Costa superestima o gradiente de pressão para o padrão estratificado. A fim de se refinar os resultados anteriormente obtidos, foram propostas modificações na abordagem dos métodos. Modificações que trouxeram melhorias consideráveis nos resultados obtidos em ambos os casos analisados, especialmente para o modelo de Costa.

Palavras-chave: Escoamento bifásico; Escoamento horizontal; Fator de atrito; Padrões de escoamento; Método de Beggs e Brill; Análise numérica