SIMULAÇÃO DE PERFIS DE ESCOAMENTO MULTIFÁSICO (ÓLEO-ÁGUA) EM DUTO CIRCULAR HORIZONTAL
Autor: Nuhu Ayuba (Currículo lattes)
Resumo
Nos campos de petróleo a exploração e o transporte exigem habilidades especiais, sobre as propriedades dos fluidos envolvidos, e os fatores que influenciam na configuração dos perfis de escoamento é crucial. Isso leva ao desenvolvimento de diferentes métodos de transporte. No entanto, os fatores mais considerados na melhoria dos métodos são custo e eficiência. Provavelmente, um meio de transporte mais eficiente tende a reduzir o custo. Assim, esta dissertação estudou uma das melhores formas de transporte de petróleo pesado bruto; escoamento anular (Core annular flow- CAF) com o objetivo de encontrar as condições necessárias para estabelecer um escoamento CAF. Estas condições são fração volumétrica (corte) de óleo e água na entrada do tubo, velocidade dos fluidos (óleo e água), diâmetro do tubo e material do tubo (vidro). Ao alcançar o escoamento CAF, avaliou-se a queda de pressão, perfil de velocidade, tensão cisalhante. O melhor CAF possui condições onde a queda de pressão para todo o processo é menor. Sobretudo, estes estudos foram feitos com o software COMSOL 5.0 no formato de perfil volumétrico em 3D usando uma malha computacional variando de 80.000 a cerca de 200.000 elementos, que representam as dimensões do tubo utilizado no laboratório e as propriedades de fluidos. Posteriormente, outras condições foram simuladas, usando o COMSOL multiphysics 5.0. Este software resolve uma equação de momento único compartilhada pelos dois líquidos (óleo e água). Além disso, traça a trajetória de cada fração volumétrica dos fluidos em todo o domínio computacional produzindo o perfil do escoamento (multifásico). A validação do software foi feita reproduzindo três grupos de perfis de escoamento multifásico (óleo e água) encontrados em artigos publicados: Duin, Hankes e Ooms (2018), Tripathi et al, (2017) e Rhoheth (2016). Depois da validação, estabeleceram-se as condições para simular um escoamento anular. Além disso, valores calculados da queda de pressão neste trabalho foram próximos ao valor obtido por simulação. Para estimar a tensão de cisalhamento atuando na parede durante o escoamento CAF, mapeou-se o tubo de vidro para obter a proporção de cada fluido em contato com a parede interna do tubo. Para isto, calculou-se uma razão relacionando a queda de pressão para escoamento de fluidos puros com escoamento multifásico.