Análise da influência do modelo cinético na modelagem do escoamento trifásico sólido-líquido-gás em golfadas com formação de hidratos

• Autor(a) principal: Cavalli, Stella Cristina Pinto
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10534
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; Escoamento; Hidratos; Escoamento multifásico; Petróleo - Prospecção; Indústria petrolífera; Engenharia mecânica; Runoff; Hydrates; Multiphase flow; Petroleum - Prospecting; Petroleum, Industry and trade; Mechanical engineering

A formação de hidratos é um problema recorrente na indústria de extração de petróleo, principalmente em tubulações offshore. As baixas temperaturas do fundo do mar e as altas pressões durante a produção – assim como a disponibilidade de água e gases leves - favorecem a formação de cristais de hidratos, que são estruturas em formato de retículos cristalinos compostos por moléculas de água que aprisionam moléculas de gás em seu interior. Esses cristais tendem a se aglomerar dentro da tubulação, formando plugs, que podem prejudicar ou mesmo interromper a produção. Por esses motivos, os hidratos vêm sendo extensivamente estudados nas últimas décadas. O modelo desenvolvido por Bassani (2017), no Núcleo de Escoamento Multifásico (NUEM) da UTFPR, permite avaliar a influência da formação de hidratos no escoamento trifásico sólido-líquido-gás com formação de hidratos – tanto na hidrodinâmica quanto termicamente, assim como a influência dos parâmetros do escoamento trifásico na formação de hidratos. O modelo de Bassani (2017), porém, limitou-se ao uso de um modelo cinético de formação de hidratos, o modelo de Turner (2005). Neste contexto, no presente Projeto de Pesquisa foi estudada a influência do modelo cinético na formação de hidratos, assim como nos principais parâmetros do escoamento de sólido-líquido-gás em golfadas. Para tanto, foram estudados outros modelos cinéticos disponíveis na literatura, assim como foi analisada a disponibilidade de uso de cada modelo. O modelo cinético selecionado, de Vysniauskas e Bishnoi (1983), foi então implementado no modelo desenvolvido por Bassani (2017) a fim de analisar a sua influência na determinação dos principais parâmetros do escoamento em golfadas – velocidades das estruturas, comprimento e formato da bolha alongada e comprimento da célula unitária. A partir dos resultados obtidos nas primeiras simulações, percebe-se que a quantidade de hidratos prevista pelo modelo de Vysniauskas e Bishnoi (1983) é muito inferior àquela prevista por Turner (2005), o que produz um efeito significativo nos parâmetros do escoamento em golfadas. Enquanto o escoamento previsto pelo modelo de Turner (2005) se comporta como um escoamento característico com formação de hidratos, em que há um aumento no perfil de temperatura média do escoamento e as velocidades superficiais e comprimentos das estruturas diminuem a partir da nucleação de hidratos, o modelo de Vysniauskas e Bishnoi (1983) prediz a formação de uma quantidade de hidratos tão pequena que o escoamento se comporta como um escoamento bifásico com troca de calor, porém sem hidratos - a temperatura cai, devido à troca de calor com o meio externo, e a velocidade superficial do gás aumenta, assim como o comprimento da bolha, pois o gás se expande devido à queda de pressão. Com o objetivo de descobrir a origem da discrepância entre os resultados, foi realizada uma análise da sensibilidade do modelo às constantes empíricas, o que mostrou que a constante pode alterar completamente a quantidade de hidratos formada.