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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38320| Título: | Avaliação experimental da influência das particulas que simulam hidratos nas estruturas do escoamento em golfadas em dutos horizontais |
| Título(s) alternativo(s): | Experimental evaluation of the influence of hydrate-like particles on slug flow structures in horizontal pipelines |
| Autor(es): | Siqueira, João Pedro Péres |
| Orientador(es): | Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar |
| Palavras-chave: | Escoamento multifásico Hidratos Bolhas (Física) - Velocidade Hidrodinâmica Partículas (Física, química, etc.) Multiphase flow Hydrates Bubbles - Speed Hydrodynamics Particles |
| Data do documento: | 13-Fev-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | SIQUEIRA, João Pedro Péres. Avaliação experimental da influência das partículas que simulam hidratos nas estruturas do escoamento em golfadas em dutos horizontais. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025. |
| Resumo: | Hidratos são compostos sólidos que representam um problema para a garantia de escoamento, especialmente na exploração de petróleo em águas profundas. Dentre as metodologias utilizadas para lidar com o problema dos hidratos, o presente trabalho destaca o gerenciamento de hidratos. Nesta, a formação de hidratos é permitida, associada ao uso de anti-aglomerantes e velocidades mínimas de operação, de forma que o bloqueio da tubulação seja evitado. Nesse cenário as partículas são transportadas juntamente com a fase líquida. Apesar da importância do tema, pouca informação está disponível na literatura no que diz respeito ao impacto dessas partículas nos principais parâmetros do escoamento. O presente trabalho pretende diminuir as lacunas deste tema, especialmente se focando no padrão de escoamento em golfadas, tipicamente encontrado nas operações de exploração de petróleo. Para tanto, foram realizados experimentos com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes concentrações de partículas – 0, 5, 10 e 20 % em volume na fase líquida – cuja massa específica é similar a dos hidratos na hidrodinâmica do escoamento em golfadas. Para tanto, óleo, ar e as partículas foram colocados para escoar em um circuito experimental composto de uma tubulação horizontal com diâmetro interno de 50 mm. Buscou-se avaliar o efeito dessas partículas nos principais parâmetros do escoamento em golfadas, como a velocidade das bolhas alongadas, a frequência das golfadas, os comprimentos das regiões do filme e do pistão, a fração de fase e a queda de pressão. Além disso, fez-se uma análise para identificar a transportabilidade das partículas no escoamento. Dentre os resultados obtidos destaca-se que, por intermédio de um processamento de imagem foi capaz de se identificar que as partículas se encontravam homogeneamente dispersas, tanto na região do filme, como na região do pistão, para todas as condições de velocidade superficial das fases investigada no presente trabalho. Isso foi atribuído a alta turbulência e recirculações na região do pistão. Uma vez que as partículas estavam completamente dispersas, seu impacto na topologia do escoamento em golfadas (comprimentos, velocidade e frequência característicos) foram limitados a variação das propriedades de mistura com o incremento em sua concentração. Nesse caso, a massa específica foi praticamente inalterada, enquanto, apesar da viscosidade ter aumentado em 200% (de 2 para 6 cP com o aumento de 0 a 20% v/v) esse aumento não foi suficiente para causar um impacto significativo na topologia do escoamento. Em contrapartida, a mudança da viscosidade efetiva foi suficiente para que se observasse um incremento da queda de pressão do escoamento com o aumento da concentração de partículas. |
| Abstract: | Hydrates are solid compounds that pose a challenge to flow assurance, particularly in deepwater oil exploration. Among the methodologies used to address the hydrate problem, the present study highlights hydrate management. In this approach, hydrate formation is allowed, combined with the use of anti-agglomerants and minimum operating velocities to prevent pipeline blockage. In this scenario, the particles are transported within the liquid phase. Despite the importance of this topic, limited information is available in the literature regarding the impact of these particles on key flow parameters. The present study aims to reduce these gaps, focusing specifically on the slug flow pattern, which is typically encountered in oil exploration operations. Therefore, experiments were conducted to evaluate the effect of different particle concentrations – 0, 5, 10, and 20% by volume in the liquid phase – whose density is similar to that of hydrates, on the hydrodynamics of slug flow. Oil, air, and particles were allowed to flow in an experimental setup consisting of a horizontal pipeline with a 50 mm internal diameter. The study aimed to assess the effect of these particles on key slug flow parameters, such as elongated bubble velocity, slug frequency, film and slug lengths, phase fraction, and pressure drop. Additionally, an analysis was conducted to determine the transportability of particles in the flow.Among the results obtained, image processing revealed that the particles were homogeneously dispersed in both the film and slug regions for all investigated superficial phase velocity conditions. This was attributed to the high turbulence and recirculations in the slug region. Since the particles were fully dispersed, their impact on slug flow topology (characteristic lengths, velocity, and frequency) was limited to variations in mixture properties with increasing concentration. In this case, the density remained practically unchanged, while, despite the viscosity increasing by 200% (from 2 to 6 cP as the concentration increased from 0 to 20% v/v), this increase was not sufficient to significantly impact flow topology. On the other hand, the change in effective viscosity was sufficient to cause an increase in flow pressure drop with higher particle concentration. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38320 |
| Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Mecânica |
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