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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2012.tde-17052013-134633
Documento
Autor
Nome completo
Fernando Augusto Alves Mendes
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Hernandez Rodriguez, Oscar Mauricio (Presidente)
Estevam, Valdir
Gasche, José Luiz
Schulz, Harry Edmar
Souza, Leandro Franco de
Título em português
Estudo experimental, simulação numérica e modelagem fenomenológica da separação gravitacional de gás no fundo de poços direcionais
Palavras-chave em português
Duto anular
Escoamento bifásico
Modelo fenomenológico
Padrões de escoamento
Separação gravitacional de gás
Simulação numérica
Trabalho experimental
Resumo em português
Propõe-se o estudo do separador gravitacional de fundo de poço do tipo shroud invertido para poços direcionais e horizontais. A geometria inovadora é observada pela inclinação imposta, solução que transforma um escoamento vertical descendente, veloz e caótico, num escoamento inclinado e segregado em canal livre. Com a inclinação, minimizasse a incorporação de gás, no impacto do escoamento em superfície livre contra a interface de líquido formada pelo nível do anular interno (NAI), e a segregação é incrementada devido ao gradiente de velocidades e ao aparecimento da componente da gravidade na direção radial do poço de petróleo. O trabalho experimental tem como uma de suas metas o levantamento da eficiência de separação em função das vazões de líquido e gás, do ângulo de inclinação e o grau de interferência do escoamento no duto anular formado entre o separador e a parede do poço de petróleo, chamado neste trabalho de anular externo. Foi feito um trabalho de semelhança dimensional e foram detectados os números adimensionais pertinentes ao problema. Constatou-se que a vazão de gás e o escoamento no anular externo não interferem na eficiência de separação. Além disso, foi realizado um trabalho de caracterização dos padrões do escoamento gás-líquido em duto anular, através de visualização e análise no domínio do tempo e da frequência do sinal dinâmico da queda de pressão. Também são propostos dois modelos matemáticos, um modelo fenomenológico baseado em princípios físicos fundamentais, que foi capaz de prever com eficácia a região de máxima eficiência do separador shroud invertido, e um modelo numérico, que reproduziu a fenomenologia do processo de separação do gás.
Título em inglês
Experimental study, numerical simulation and phenomenological modeling of gravitational separation of gas in down-hole directional wells
Palavras-chave em inglês
Annular duct
Experimental work
Flow pattern
Gravitational gas separation
Numerical simulation
Phenomenological model
Two-phase flow
Resumo em inglês
This research project proposes the study of the inverted-shroud gravitational gas separator for directional and horizontal wells. The innovative geometry is observed by the inclination that transforms a vertical, fast and chaotic downward flow into an inclined and segregated free channel flow. Due to inclination, the incorporation of gas at the internal gasliquid interface (NAI) is minimized; the segregation is increased due to the velocity gradient and the gravitational term that arises in the radial direction of the oil well. One of the aims of the experimental work is the obtaining of new data of gas separation efficiency as a function of the flow of liquid and gas, inclination angle and the evaluation of the degree of interference of the external annular duct flow. A dimensional analysis was undertaken to identify the relevant dimensionless numbers. It was found that the gas flow and the flow pattern in the external annular duct do not interfere in the separation efficiency. A flow pattern characterization was carried out through visualization and time and frequency domain analysis of differential pressure signature signal. Two mathematical models are proposed, a phenomenological model based on fundamental physical principles, which was able to predict with good accuracy the region of maximum separation efficiency, and a numerical model, which reproduced the phenomenology of the gas separation process.
 
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FernandoAAMendes.pdf (14.16 Mbytes)
Data de Publicação
2013-05-23
 
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