Projetos em curso

Caracterização experimental do escoamento em uma válvula ciclônica - Acesse a página do projeto

Na indústria petrolífera o fluido extraído de um poço constitui-se de diversos compostos naturais, dentre os quais se destacam os hidrocarbonetos e a água. Em algum momento este fluido precisará ser processado de modo a expurgar a água e permitir a continuidade do processamento do óleo. Por configurar um processo de depuração do fluido anterior ao refino do óleo propriamente dito, qualquer operação desta natureza representa um custo a mais e indireto na produção de petróleo.

O fluido petrolífero ao ser extraído alcança a cabeça do poço produtor com um elevado valor de pressão em função das características do reservatório ou do método de elevação artificial; neste ponto utiliza-se uma válvula para quebrar a pressão da corrente produzida e permitir o controle da vazão do poço produtor, harmonizando-a à pressão de trabalho dos equipamentos a jusante. Esta válvula é conhecida como "válvula choke". A quebra ou redução de pressão de produção acarreta um problema a ser resolvido que é o alto nível de emulsificação das fases líquidas constituintes do fluido petrolífero. O princípio de funcionamento das "válvulas choke" atualmente existentes no mercado consiste em estrangular o escoamento, provocando uma forte turbulência. A turbulência é gerada por um orifício regulador variável, de tal modo que haja uma perda de carga do escoamento do fluido petrolífero durante a passagem pelo seu interior, sendo essa energia dissipada termicamente.

A turbulência gerada com o estrangulamento do escoamento resulta em uma redução na pressão mas, também provoca a emulsão das fases presentes no fluido petrolífero. As grandes tensões de cisalhamento no escoamento produzem quebras de estruturas locais, conduzindo à dispersão em gotículas e emulsificação, pois que a tensão interfacial óleo/água é reduzida pela presença de agentes surfactantes ativos naturalmente presentes no petróleo. Este fenômeno é patente no fluido petrolífero colhido imediatamente após a "válvula choke" situada na saída do poço. Até o momento, as "válvulas choke" e as válvulas de controle de processo convencionais têm sido projetadas para oferecer a maior capacidade possível de queda de pressão e, portanto, regulagem de vazão, dividindo o circuito, no ponto em que são aplicadas, em uma zona a montante - de pressão mais alta, e, outra a jusante - de menor pressão. Não existe até o momento nenhuma preocupação, por parte dos projetistas de válvulas, com o nível de emulsificação dos componentes da mistura, gerado pela aplicação da válvula no circuito.

As válvulas ciclônicas buscam resolver os problemas citados acima por meio da conversão da energia de pressão presente em escoamentos em energia cinética de rotação até que sua dissipação ocorra por atrito molecular, evitando assim a dissipação típica provocada pela turbulência das válvulas convencionais. As válvulas ciclônicas visam assim permitir o controle das variáveis de processo pela quebra de pressão em escoamentos constituídos de pelo menos duas fases, em qualquer ponto de uma planta de processamento primário de petróleo, ou outras aplicações industriais multifásicas, sem induzir ao escoamento qualquer tipo de turbulência que contribua para um aumento da emulsificação das fases presentes no fluido.

Trata o presente projeto de caracterizar o escoamento no interior de válvulas ciclônicas por intermédio da anemometria laser Doppler (LDA) e da velocimetria por imagem de partícula (PIV). Tal caracterização se dará em protótipos a serem especialmente construídos, com características geométricas fornecidas pelo CENPES.

No que tange o desenvolvimento de procedimentos para a medição em sistemas fluidos com as técnicas de LDA e de PIV, serão utilizadas as facilidades e os equipamentos já existentes no CENPES/ PDP/TPAP e no Laboratório de Mecânica da Turbulência do PEM/COPPE/UFRJ.

Laboratory of Compact Separators Presentation

Construção em Escala Laboratorial de Separadores Gás Líquido

À medida que as fronteiras exploratórias se alargam, mais e mais campos produtores de petróleo passam a ser encontrados em regiões de difícil acesso, onde técnicas tradicionais de perfuração e produção são de pouca utilidade. Um exemplo típico é o cenário nacional, cujas reservas em sua grande maioria se situam na plataforma atlântica, a grandes profundidades. Nessas condições, tecnologias inovadoras podem se constituir na única solução a render um campo economicamente viável.

Com relação às plantas de processamento primário de petróleo, muitas das técnicas convencionalmente adotadas recorrem a equipamentos gravitacionais. Esses, necessariamente possuem grandes volumes e devem ser instalados em unidades flutuantes. Alternativamente, algumas empresas de petróleo vêem desenvolvendo unidades separadoras que possam ser instaladas no fundo do mar. Essa pode se tornar uma tendência futura: a separação em ambiente submarino poderá ser a única solução técnica e econômica para alguns tipos de operação. Pelo menos uma experiência exitosa foi realizada no mar do norte por uma empresa norueguesa. Duas outras experiências com separação submersa estão sendo realizas na região costeira de Angola. No Brasil, a Shell espera instalar seu separador submerso no campo BC-10. A Petrobras, por sua vez, pretende instalar seu sistema de separação água-óleo (SSAO) no campo de Marlim.

Outro relevante problema na produção de um campo aparece com sua maturidade. Ao longo dos anos, um poço começa a produzir quantidades mais elevadas de água (maior BS&W – “Basic Semident and Water”), isso naturalmente exigiria uma maior capacidade de armazenamento e tratamento nas plataformas, elevando os custos de produção e reduzindo sua capacidade produtiva. Para minimizar este problema, diversas companhias interessadas vêm investindo cada vez mais em separadores que acelerem o processo de separação e que ocupem menos espaço em instalações industriais. Esses equipamentos são conhecidos como separadores compactos – como exemplo o Gasunie.

Também, visando viabilizar a operação de plataformas conectadas a poços com alto teor de BS&W é a instalação de unidades submarinas que removam grande parte da água que seria tratada na plataforma e re-injetem no em um poço injetor. Neste sistema de separação submarina também é necessário uma separação gás-líquido, que no caso do projeto da Petrobras para o campo de Marlim é realizado pelo equipamento Harpa.

O propósito do presente projeto é desvendar em sua integridade os princípios de operação de 3 tipos particulares de separadores gás-líquido: o Harpa, o GLCC e o Gasunie. Isso será feito pela instalação de protótipos desses equipamentos em um ambiente laboratorial. Os aparelhos serão construídos com vistas a maximizar a utilização de técnicas não intrusivas, ópticas para as suas caracterizações.


Financiamento

anp
shell
cnpq
faperj
finep
galp
petrobras
queiroz