Análise do impacto do atrito nas golfadas em sistemas de elevação de petróleo

Abstract

As golfadas severas são um fenômeno indesejado que pode ocorrer em sistemas de elevação de petróleo com escoamento gás-líquido. Elas causam perda de produção e problemas operacionais nas plataformas de produção de petróleo. Este fenômeno pode ser evitado através do controle de uma válvula de topo, mas para isso é necessário um modelo que descreva o sistema. Um dos mais completos destes modelos é o FOWM (Fast Offshore Wells Model), que, no entanto, despreza o efeito do atrito, como vários outros o fazem. Neste trabalho foi analisado o impacto dos efeitos do atrito no sistema em questão, através do uso de um modelo empírico desenvolvido por Beggs-Brill para avaliar a perda de carga em escoamentos bifásicos, tendo sido os dados gerados através de um programa desenvolvido em Python. Verificou-se que a perda de carga por atrito se mostra pouco significativa em sistemas com baixa velocidade de escoamento, não afetando a estabilidade do escoamento e podendo ser desconsiderada. Em escoamentos com maior velocidade, causada por alta taxa de injeção de gás de arraste, a perda de carga de atrito se torna mais significativa, estabilizando o sistema e permitindo operar com abertura de válvula maior do que a que seria possível caso o atrito fosse desprezado. Mostrou-se que o efeito do atrito é mais significativo em tubulações mais rugosas, mas deve ser igualmente considerado mesmo em tubos lisos

Severe slugging is an unwanted phenomenon that can happen in oil lifting systems with gas-liquid flow. This causes production losses and operational problems in oil production platforms. The phenomenon can be avoided through control of a top choke valve, but this requires a model capable of describing the system. One of the most complete models available is the FOWM (Fast Offshore Wells Model), which does not consider the effects of friction, as many other models also do. In this work, the impact of friction effects in the considered system was analyzed through another empirical model developed by Beggs-Brill to evaluate head loss in two-phase flow; the data was generated in a Python program. It was attested that friction losses are not very significant in systems with low flowing velocities, as they don’t affect the stability of the flow, and could thus be disregarded. In higher velocity flows, which are usually caused by high rates of gas-lift, the friction losses are more impactful, stabilizing the system and making it possible to operate with a higher valve opening than what would be possible if the friction effects were overlooked. The friction effects were shown to be more significant in pipes with higher roughness, but they should be considered nonetheless in smoother pipes