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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Study of flow assurance problems related to waxy crude oils : rheological behaviour, flow start-up and deposition = Estudo de problemas de garantia de escoamento envolvendo óleos parafínicos: reologia, repartida e deposição
Title Alternative: Estudo de problemas de garantia de escoamento envolvendo óleos parafínicos : reologia, repartida e deposição
Author: Geest, Charlie Van Der, 1988-
Advisor: Bannwart, Antonio Carlos, 1955-
Abstract: Resumo: Nesta tese de doutorado, apresentamos um estudo de problemas de garantia de escoamento relacionados a óleos parafínicos. Os dois principais problemas encontrados pela indústria do petróleo ao produzir óleos parafínicos são: o reinício do escoamento de óleos gelificados e a deposição de parafina durante a produção. Para entender melhor esses dois fenômenos, estudamos a reologia desses óleos, também estudamos experimentalmente a repartida de escoamento e a deposição de parafina de óleos altamente parafínicos. Quando um óleo parafínico permanece estático no fundo do mar por qualquer motivo, ele irá esfriar abaixo do ponto de fluidez e formar uma estrutura cristalina, levando a um comportamento não-newtoniano. O comportamento reológico de óleos parafínicos gelificados é fundamental para projetar arquitetura submarina para campos petrolíferos. Esta tese apresenta um estudo reológico de seis óleos parafínicos a uma temperatura de 5 ºC. A validação dos modelos existentes com dados experimentais de uma ampla gama de óleos parafínicos é essencial para a compreensão do comportamento reológico. Os principais desafios são prever o pico de tensão em um experimento de taxa de cisalhamento constante e prever o comportamento da taxa de cisalhamento em experimentos de tensão cisalhamento constante. Uma vez que podemos prever todo o comportamento transiente dos óleos gelificados, estamos um passo mais perto de prever o comportamento de todo o sistema, melhorando assim o projeto de estruturas submarinas em campos petrolíferos. Criamos um aparato experimental composto por uma tubulação de uma polegada que é submersa em um banho de água (5 ° C), e um sistema de nitrogênio com válvulas controladas para pressurizar a entrada da tubulação. Nós realizamos experimentos com óleo contendo uma alta porcentagem de parafina que formam uma forte estrutura cristalina. Para poder fornecer à indústria uma previsão confiável da pressão de reinício de óleos gelificados, são necessários muitos experimentos e melhorias nos modelos. Comparamos os dados experimentais com a previsão de um modelo que compreende um fluido fracamente compressível com um comportamento tixotrópico elasto-viscoplástico para poder melhorar o conhecimento e se aproximar dos resultados esperados da indústria. A deposição de parafina foi investigada usando a mesma instalação projetada para estudar problemas de garantia de fluxo relacionados a óleos parafínicos. Além disso, as experiências de deposição mostram um fenômeno que não é comumente relatado na literatura. Uma vez que a temperatura do óleo estava abaixo da temperatura da aparência de cristais e a temperatura da água a 5ºC, o depósito não começou a se acumular imediatamente, só começou após um período. Em algumas condições, a queda de pressão só começou a aumentar após um dia. Esses resultados mostram que, pelo menos para os óleos altamente parafínicos, os modelos baseados em difusão molecular por si só não podem prever quando e onde o depósito se formará. Devem ser considerados outros mecanismos como dispersão por cisalhamento, difusão browniana e comportamento não-newtoniano

Abstract: In this PhD dissertation, we presented a study of flow assurance problems related to waxy crude oils. The main two problems encountered by the petroleum industry when producing waxy crudes are: start-up of flow of gelled waxy crudes and the wax deposition during production. To better understand these two phenomena, we studied the rheology of gelled waxy crudes, we also studied experimentally the start-up of flow of gelled crudes and the wax deposition of highly paraffinic crude oils. When a waxy crude stays static in the seabed for any reason, it will cool down below the pour point and form a crystalline structure, leading to a non-Newtonian behavior. Rheological behavior of gelled waxy crude oils is critical to designing subsea architecture for petroleum fields. This dissertation presents a rheological study of six commercial gelled waxy crude oils at a temperature of 5 ºC. Validation of the existing models with experimental data from a wide range of gelled waxy crudes is an essential step towards understanding the rheological behavior. The main challenges are to predict the overshoot of the stress in constant shear rate experiments and to predict the shear rate behavior in constant shear stress experiments. Once we can predict all the transient behavior of the gelled crudes, we are one step closer to predicting the behavior of the whole system, thus better designing subsea structures in petroleum fields. We build an experimental apparatus composed of a one-inch pipeline that is submerged in a water bath (5°C) and a nitrogen system with controlled valves to pressurize the inlet of the pipeline. We did experiments with oil containing a high percentage of wax that build up a strong crystalline structure. To be able to provide to the industry a reliable prediction of the gelled waxy restart pressure, a lot of experiments and improvement in the models are necessary. We compared the experimental data with the prediction of a model comprising a weakly compressible fluid with an elasto-viscoplastic thixotropic behavior to be able to improve the knowledge and the get closer to the results expected from the industry. Wax deposition was investigated using the same facility designed to study flow assurance problems related to waxy crude oils. Additionally, deposition experiments show a phenomenon that is not commonly reported in the literature. Once the oil¿s temperature was below the Wax Appearance Temperature and the water temperature at 5ºC, the deposit did not start to build up immediately, it only began after a period. Under some conditions the pressure drop only began increasing after one day. These results show that, at least for highly paraffinic crudes, models based on molecular diffusion alone cannot predict when and where the deposit will form. Other mechanisms like shear dispersion, Brownian diffusion and the non-Newtonian behavior of waxy crudes at low temperatures should be considered
Subject: Reologia
Parafinas
Escoamento
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: GEEST, Charlie Van Der. Study of flow assurance problems related to waxy crude oils: rheological behaviour, flow start-up and deposition = Estudo de problemas de garantia de escoamento envolvendo óleos parafínicos: reologia, repartida e deposição. 2018. 1 recurso online (132 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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