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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10534
Título: | Análise da influência do modelo cinético na modelagem do escoamento trifásico sólido-líquido-gás em golfadas com formação de hidratos |
Título(s) alternativo(s): | Analysis of the influence of the kinetic model on the modeling of solidliquid-gas three-phase flow with hydrate formation |
Autor(es): | Cavalli, Stella Cristina Pinto |
Orientador(es): | Morales, Rigoberto Elezar Melgarejo |
Palavras-chave: | Escoamento Hidratos Escoamento multifásico Petróleo - Prospecção Indústria petrolífera Engenharia mecânica Runoff Hydrates Multiphase flow Petroleum - Prospecting Petroleum, Industry and trade Mechanical engineering |
Data do documento: | 5-Dez-2017 |
Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
Câmpus: | Curitiba |
Citação: | CAVALLI, Stella Cristina Pinto. Análise da influência do modelo cinético na modelagem do escoamento trifásico sólido-líquido-gás em golfadas com formação de hidratos. 2017. 79 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017. |
Resumo: | 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. |
Abstract: | Hydrate formation is a recurring problem in the oil and gas industry, mainly in offshore pipelines. Low seafloor temperatures and high pressures during production - as well as the availability of water and light gases - favour the formation of hydrate crystals, which are structures in the form of crystalline reticles composed of water molecules that confine molecules of gas. These crystals tend to agglomerate inside the pipes, forming plugs, which can impair or even bring production to a halt. For these reasons hydrates have been extensively studied in the last decades. The model developed by Bassani (2017), at the Multiphase Flow Center (NUEM), evaluates the influence of hydrate formation on the three-phase solid-liquid-gas slug flow - both hydrodynamically and thermally, as well as the influence of the three-phase flow parameters on hydrate formation. The Bassani (2017) model, however, is limited to the use of a kinetic model of hydrate formation, Turner's (2005) model. In this context, the influence of the kinetic model on the formation of hydrates, as well as on the main parameters of solid-liquidgas slug flow, is the focus of the present research project. To achieve this goal, other kinetic models available in the literature were studied, as well as the use availability of each model. The kinetic model of Vysniauskas and Bishnoi (1983) was then selected and implemented into the model developed by Bassani (2017) in order to analyze its influence in the determination of the main flow parameters – velocities of the flow structures, shape and length of the bubble and the length of the unit cell. From the results obtained in the first simulations, it can be observed that the amount of hydrates predicted by the model of Vysniauskas and Bishnoi (1983) is much smaller than the amount predicted by Turner (2005), which has a significant effect on the slug flow parameters. Whereas the Turner (2005) model behaves as a characteristic hydrateforming flow, thus increasing the mean temperature profile of the flow with the velocities and lengths of the structures decreasing from the hydration nucleation onwards, the Vysniauskas and Bishnoi (1983) form such a small quantity of hydrates that the flow behaves like a biphasic flow with heat exchange, but without hydrates - the temperature falls, due to the heat exchange with the external medium, and the superficial velocity of the gas and the length of the bubble increase, due to the gas expansion caused by the pressure drop. A sensitivity analysis of the model to the empirical constants was carried out so that the origin of the discrepancy between the results could be found. Such analysis showed that the constant can completely alter the amount of hydrate formed. |
URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10534 |
Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Mecânica |
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