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Type: TESE DIGITAL
Title: Estudo experimental e modelagem do escoamento bifásico água-ar em manuseador de gás hélico-axial e em bomba centrífuga
Title Alternative: Experimental study and model of the water-air two-phase flow in a helico-axial gas handler and in a centrifugal pump
Author: Longhi, César, 1974-
Advisor: Bannwart, Antonio Carlos, 1955-
Abstract: Resumo: A BCS ¿ bomba centrífuga submersa ¿ é um equipamento de múltiplos estágios empregado na indústria de petróleo para aumentar a vazão de óleo produzido. A BCS se destina ao bombeamento de líquidos e normalmente é instalada no interior do poço de petróleo ou, em aplicações especiais, no leito marinho. Caso o fluido apresente gás livre, a BCS sofre uma degradação em termos de ganho de pressão e eficiência, podendo ocorrer instabilidades operacionais. A fronteira de estabilidade do equipamento é conhecida como ponto de "surging". Os manuseadores de gás são dispositivos rotativos com geometria especial instalados a montante da BCS e com maior tolerância ao gás livre. Foram realizados ensaios experimentais de um manuseador de gás e de uma BCS em uma bancada de testes horizontal, empregando água e ar como fluidos de trabalho. Avaliou-se uma BCS convencional e um manuseador de gás comercial com geometria hélico axial, designado por HGH ¿ "Helico-axial Gas Handler". Os equipamentos foram testados isoladamente e em série, com medição do ganho de pressão e torque para diferentes condições de vazão de líquido, rotação, pressão de admissão e fração volumétrica de gás ?_g (razão entre as vazões volumétricas de gás e de mistura). Foram avaliadas as condições operacionais para as quais cada um dos equipamentos é mais adequado em termos de ganho de pressão e eficiência. Também foi avaliado o efeito do HGH sobre as curvas de ganho de pressão da BCS instalada a jusante, constando-se o deslocamento do ponto de "surging". Foi deduzida uma expressão para o ganho de pressão ideal do HGH operando com líquido monofásico, análoga à equação de Euler para uma BCS radial. Desenvolveram-se modelos monofásicos e bifásicos para o ganho de pressão e para o torque. Adotou-se o conceito de altura de elevação bifásica de mistura assumindo compressão isotérmica em cada estágio. Para o escorregamento entre fases nos impelidores foi empregada uma analogia com dutos descendentes, ressaltando as diferenças entre os fenômenos. Foi considerado que para o bombeamento bifásico as perdas de ganho de pressão e de potência de eixo podem ser expressas pelas mesmas expressões que para o bombeamento monofásico, porém com os coeficientes dependentes da fração volumétrica de gás, da razão entre as massas específicas das fases e da rotação normalizada. Foi proposta uma metodologia simplificada para a análise e o projeto de um sistema de elevação artificial composto por estágios de HGH e BCS

Abstract: The ESP ¿ electrical submersible pump ¿ is a multistage equipment used in the oil industry in order to increase the oil flow rate. The ESP was originally designed to pump liquids. It is usually installed in the well or, under specific conditions, on the seabed. If there is free gas in the fluid, the ESP performance degrades in terms of developed pressure and efficiency. Additionally, there might be operational instabilities. The stability boundary is commonly referred to as the "surging point". Gas handlers are rotary devices with special geometries, installed upstream the ESP, which tolerate more free gas than conventional ESPs. A conventional ESP and a commercial HGH ¿ helico axial gas handler ¿ haven been evaluated on a horizontal test bench employing water and air as working fluids. These devices were tested separately and in tandem, with pressure and torque being measured for different conditions of liquid flow rate, rotation, intake pressure and gas volumetric fraction ?_g (also known as no-slip hold up or as gas void fraction, defined as the ratio between the gas and the mixture volumetric flow rates). The tests compared the pressure gain and the efficiency of both devices for different operational conditions. There was a change in the surging points of the ESP when an HGH was installed upstream. An ideal equation for the pressure gain of the HGH was deduced, analogous to Euler equation for a radial ESP. Single-phase and two-phase models were developed for the pressure gain and for the torque. The two-phase mixture head assumed isothermal compression in each stage. The phase slip in the impellers was considered analogous to the downward flow in pipes. It was assumed that the two-phase losses in the pressure gain and in the brake horsepower can be expressed by the single-phase equations, however with the model coefficients depending on the gas volumetric fraction, on the gas-liquid specific mass ratio and on the normalized rotation. A simplified analysis and design method was proposed for an artificial lift system composed of HGH and ESP stages in tandem
Subject: Bomba centrífuga submersa
Escoamento bifásico
Escoamento multifásico - Petroleo
Poços de petroleo
Engenharia de petróleo
Equipamentos e acessorios
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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