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Título: Estudo da fluidodinâmica de separadores ciclônicos no interior de poços petrolíferos através da técnica de CFD
Autor(es): Segatine, Edson de Jesus
Orientador: Pereira, Fábio de Assis Ressel
Coorientador: Ribeiro, Daniel da Cunha
Data do documento: 30-Mar-2017
Citação: SEGANTINE, Edson de Jesus. Estudo da fluidodinâmica de separadores ciclônicos no interior de poços petrolíferos através da técnica de CFD. 2017. 171 f. Dissertação (Mestrado em Energia) - Programa de Pós-Graduação em Energia, Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Universitário Norte do Espírito Santo, São Mateus, 2017.
Resumo: O controle da produção de areia em poços de petróleo e gás tem sido um assunto de grande interesse da indústria do petróleo. A produção de areia tem relação direta com o aumento dos custos de produção destacando-se problemas como o desgaste prematuro de equipamentos, aumento considerável no número de operações de intervenção e principalmente a falta de sondas para as operações de intervenção. Neste contexto, o presente trabalho buscou simular a eficiência de separação em 32 geometrias de separadores tubo-ciclônicos no processo de separação de areia produzida em poços de petróleo. Inicialmente, realizou-se a simulação para o separador tubo-ciclônico de duas hélices cujos dados experimentais estão disponíveis na literatura. Logo após, foram construídas diferentes geometrias deste tipo de separador variando os principais parâmetros geométricos por meio do planejamento fatorial fracionário de dois níveis com o intuito de realizar uma triagem dos fatores que mais relevantes. Contudo, os resultados dos testes de validação não mostram resultados satisfatórios para os parâmetros de injeção de partículas utilizados. Desta forma, foram conduzidas análises do escoamento do fluido para as diferentes geometrias de separadores e aplicação do método para a velocidade tangencial e queda de pressão. De acordo com os resultados, verificou-se que para os cinco fatores geométricos analisados o diâmetro do tubo externo do separador, o número de hélices e o comprimento do vortex finder são os mais significativos. Os fatores que mais influenciaram na queda de pressão foram o diâmetro externo, a vazão de entrada e o número de hélices, sendo mais pronunciada em escoamentos viscosos. Por fim, um modelo baseado no ajuste linear das simulações foi proposto para a queda de pressão em função dos oito parâmetros analisados e das principais interações entre dois fatores. Dentre os resultados, observou-se um aumento de 110% na queda de pressão para um aumento na vazão de entrada de 60 m3/dia para 116 m3/dia.
Controlling of sand production in oil and gas wells has been a subject of great interest of the oil industry. This process has a direct implication in increasing the costs of production and has been widely described in the literature. Several authors have reported problems due to the sand production in wells that includes: premature waste of equipment, considerable increase in the number of workover operations and the availability of rigs to attend the demand of drilling operations. In this context, this paper focus on simulating efficient separation on 32 swirl tubes geometries as downhole desander device. Firstly, a desander with two vanes was simulated using CFD techniques and compared with experimental data existing in the technical literature. After that, different designs of swirl tubes with different parameters was performed by means of fractional factorial design with two levels in order to perform a sort of most relevant factors. However, the results of the validation test did not show satisfactory results for the particle injection parameters used. Therefore, the fluid dynamic analysis and the application of the method for tangential velocity and pressure drop were performed. According to the results, it was verified that for the five geometrical factors analyzed the external diameter, the number of vaynes and the vortex finder length are the most significant. The most impact on pressure drop are the external diameter, the flow rate and the number of vanes for the pressure drop. Finally, a linear model was proposed for the pressure drop as a function of the eight parameters analyzed and the main interactions between two factors. Among the results, a 110% increase in pressure drop was observed for an increase in the inlet flow from 60 m3 /day to 116 m3 /day.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/8437
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