Medição em Escoamento Multifásico via Técnica Ultrasônica

Pesquisadores:Ricardo Paulo Deperon Isnard (Bolsista ANP)Ricardo Dias Martins de Carvalho (Orientador)José Luís Gonçalves (Bolsista de Doutorado)Gabriel Cari Costa (Bolsista de graduação)

TÓPICOS1. Introdução

2. Dispositivo Experimental/Procedimento de Teste

3. Resultados e Discussão

4. Conclusões

5. Referências Bibliográficas

6. Agradecimentos

1. INTRODUÇÃO• Fluxo do poço consiste de uma grande

variedade de hidrocarbonetos e componentes indesejáveis.

• GOSP processa o escoamento multifásico do poço de modo a se obter óleo limpo monofásico, gás natural e condensados prontos para transporte.

2. DESAFIOS• Vista esquemática uma planta de produção de óleo

e gás (GOSP)

3. DISPOSITIVO EXPERIMENTAL

Transdutores ultra-sônicos Panametric Videoscan de 2,25 MHz

Incerteza nos valores correspondentes de fração de vazio (óleo-ar) variou de cerca de 0,7% para baixas frações de vazio a 1,4% para frações de vazio acima de 6%.

A incerteza para o sistema óleo-água foi estimada em cerca de 0,25%.

O período de amostragem e a taxa de geração de pulsos foram de 1,5 segundos e 2 kHz, respectivamente, o que perfaz 3000 pulsos em cada amostra acústica.

4PROCEDIMENTO DE TESTE

No cálculo das razões de energia acústica, os sinais de referência para os sensores a 0o e 180o foram aqueles obtidos para óleo monofásico

Para os sensores a 45° e 135°, a referência utilizada foram os sinais obtidos para 10% de fração de vazio em misturas óleo-ar e 12% de concentração de água em misturas óleo-água.

Para óleo monofásico, os sensores a 45° e 135° não recebem energia.

As medidas de temperatura foram feitas no começo e fim de cada série de testes para obtenção das propriedades físicas dos fluidos.

Os dados ultrassônicos foram adquiridos por meio de uma placa de aquisição de dados PXIe- 1062Q da National Instruments.

Os dados foram armazenados em planilhas do Microsoft Excel e tratados posteriormente no programa MatLab a fim de se reduzir o ruído nos sinais.

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO• Padrões de Escoamento e Sinais Ultrassônicos

Típicos no Sensor a 180º• Padrões para escoamento óleo-ar

α = 2% α = 5% α = 10%

5. • Padrões de Escoamento e Sinais Ultrassônicos

Típicos no Sensor a 180º• Padrões para escoamento óleo-água

α = 2% α = 5% α = 12%

5. • Sinal característico recebido pelo sensor a 180º: (a) sinal típico de um único pulso no óleo USP monofásico; (b) atenuação da onda longitudinal em misturas óleo-ar e (c) em mistura óleo-água.

a b c

0 30 60 90 120 150-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

Onda cisalhante

Disparo

Am

plitu

de [

V]

Tempo [s]

Onda longitudinalRuído

Fração de vazio [%] 0 2 10

85 86 87 88 89-1,2

-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

1,2

Tempo [s]

Am

plitu

de [

V] 0

2 10

78 79 80 81 82-1,50

-0,75

0,00

0,75

1,50

Am

plitu

de [

V]

Tempo [s]

Fração de água [%]

5. CONCLUSÕES• Verificou-se que bolhas de ar atenuam o sinal

acústico bem mais do que gotas de água sem, todavia, atenuá-lo por completo.

• Concentração da fase dispersa pode ser medida mais facilmente por atenuação acústica em escoamentos líquido-gás do que em escoamentos líquido-líquido.

5.

mistura óleo-ar mistura óleo-água

0 2 4 6 8 100,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0Pistões ebolhas pequenas

Calotas ebolhas pequenas

Raz

ão d

e en

ergi

a [-

]

Fração de vazio [%]

Bolhas discretas

(0,2 < d < 2,5)

Calotas egotas discretas

0 2 4 6 8 10 120,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Raz

ão d

e en

ergi

a [-

]

Fração de água [%]

Gotas discretas(0,5 < d < 1,3)sem gotas pequenas

Gotas discretas(0,2 < d < 1,6)acréscimo gradual degotas pequenas

• Razão de energia no sensor a 180º em função da concentração da fase dispersa.

5. • Razão de energia em todos os sensores em função da concentração da fase dispersa.

mistura óleo-ar mistura óleo-água

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0° 45° 135° 180°

Raz

ão d

e en

ergi

a [-

]

Fração de vazio [%]

Calotas ebolhas pequenas

bolhas

Bolhas discretas

pequenas

Pistões e

gotas discretasCalotas e

(0,2 < d < 2,5)

0 2 4 6 8 10 120,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,20° 45° 135° 180°

Raz

ão d

e en

ergi

a [-

]

Fração de água [%]

Gotas discretas(0,2 < d < 1,6)

Gotas discretas(0,5 < d < 1,3)sem gotas pequenas

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS1. Falcone, G.; Hewitt, G. F. and Alimonti, C. Multiphase Flow Metering, Principles

and Applications. First ed. Developments in Petroleum Science. Vol. 54. 2010.2. Devold, H. Oil and Gas Production Handbook, An Introduction to Oil and Gas

Production. 3 ed. ABB ATPA Oil and Gas 2006.3. Carvalho, R. D. M. d. et al. Application of the ultrasonic technique and high-

speed filming for the study of the structure of air–water bubbly flows. Experimental Thermal and Fluid Science. 2009. 33: p. 1065-1086.

4. Tanahashi, E. I. et al. Application of the Ultrasonic Technique for Monitoring Intermittent Liquid-Gas Flows and Liquid-Solid Flows. In 7th North American Conference on Multiphase Technology (MPNA 2010). Banff, Canada: BHR Group. 2010.

5. Carvalho, R. D. M. d. Técnicas Ultra-Sônicas para Medição de Fração de Vazio e Concentração de Particulados em Escoamentos em Escoamentos Multifásicos, Convênio FINEP/PETROBRAS 01.07.0131.00: Itajubá. 2010.

6. Gonçalves, J.L., et al. Development of a Multiphase Flow Metering Procedure Based on the Ultrasonic Technique. in 15th International Conference on Multiphase Production Technology (MPT 2011). Cannes, France: BHR Group Limited. 2011.

7. AGRADECIMENTOS• À Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e

Biocombustíveis (ANP) por meio do Programa de Recursos Humanos para o Setor Petróleo e Gás (PRH-ANP/MCT) pelas bolsas aos alunos IC; à Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) e à Petrobras pela infraestrutura física.

• Ao professor orientador Ricardo Dias Martins de Carvalho e ao grupo de orientados.

• Ao laboratório de análise de escoamentos multifásicos e ao GEE (Grupo de Estudos Energéticos).

• Ao Centro de Excelência em Eficiência Energética - EXCEN;

• Contato do aluno: risnard@gmail.com; ricardo@excen.com.br

• Site do PRH16: http://www.prh16.unifei.edu.br/