Análise de gradiente de pressão e temperatura

Sistema de escoamento SToS: uma análise de gradiente de pressão e temperatura.

Maria Clara Abib

Matheus Osório

[pic 1]

Rio das Ostras, 2016

Sumário:

1. Apresentação ...............................................................................................Pág 2
2. Objetivo ........................................................................................................Pág 2
3.  Desenvolvimento

3.1 Dados .........................................................................................Pág 3

3.2 Modelo ........................................................................................Pág 4

3.3 Cálculos de pressão ....................................................................Pág 4

3.4 Gráficos de pressão ....................................................................Pág 7

3.5 Cálculos de temperatura .............................................................Pág 8

3.6 Gráficos de temperatura ...........................................................Pág 10

4-  Conclusão....................................................................................................Pág 11

5 – Referências ................................................................................................Pág 12

1 – Apresentação:

O aumento do consumo mundial de petróleo forçou a indústria do petróleo a encontrar meios mais eficientes de explotação e produção. Na exploração do petróleo, quando a pressão do reservatório é suficientemente elevada, os fluidos nele contidos alcançam livremente a superfície, dizendo-se que são produzidos por elevação natural. Os poços que produzem desta forma são denominados de poços surgentes. Quando a pressão do reservatório é relativamente baixa, os fluidos não alcançam a superfície, ou a alcançam, mas numa vazão considerada inviável economicamente - daí a necessidade de utilização de meios artificiais para elevá-los e assim obter vazões econômicas nessa produção.

O escoamento das plataformas é feito através de dutos que podem ser denominados dutos rígidos ou dutos flexíveis, de acordo com o material de que são constituídos. Os dutos rígidos são constituídos por uma liga de aço, podendo ser também de titânio. Os dutos flexíveis são constituídos por várias camadas de materiais diferentes, com funções diferentes. O duto tem por finalidade transportar fluido entre o poço e a plataforma, entre plataformas, ou entre a plataforma e um local em terra, ou entre a plataforma e um navio aliviador. Os dutos, dependendo da região em que se encontram, recebem uma denominação diferente, ou seja, o trecho do duto que fica suspenso é denominado de riser e o trecho que fica em contato com o solo marinho é denominado de duto submarino (pipeline, flowline).

O controle da transferência de calor entre o produto quente e o mar frio, é fundamental para a garantia do escoamento. Se a temperatura do produto cair abaixo de determinados valores críticos, problemas como formação de hidratos ou deposição de parafina nas paredes da tubulação podem ocorrer, levando ao bloqueio da linha e interrupção de produção, demandando altos custos. A perda de calor para o ambiente é minimizada, através de isolantes térmicos projetados para operações em regime permanente.

2 – Objetivo:        

        O projeto tem como objetivo analisar o escoamento de uma mistura óleo e gás em duto submarino para a área on-shore (SToS- subsea to shore) para avaliar o perfil de gradiente de pressão e gradiente de temperatura. Para isso realizaremos uma análise das propriedades do fluido e do duto e assim fazer um cálculo da perda de massa distribuída, perda de cargas distribuídas e localizadas e finalmente usaremos o calcule de Bernoulli para fazer uma análise de existência de uma necessidade da utilização de uma bomba. Após esse estudo, faremos um estudo de viabilidade da temperatura de chegada à wellhead de 95 °C. Caso seja analisado que temperatura em que o fluido chegará à wellhead é menor que a desejada, uma camada de isolante será aplicada ao duto para que ele atinja a temperatura desejada de 35 °C.

3.1 – Dados:

Composição do fluido: 30% óleo, 50% gás e 20% água

• Dados Básicos do Fluido:

Massa Específica do Óleo: 25 ºAPI = 902 kg/m³

Viscosidade do Óleo: 2,8 cP= 0,0028 Pa.s

Massa Específica do Gás: 3,5 lbm/ft³= 56,065 kg/m³

Viscosidade do Gás: 0,005 cP= 0.000005 Pa.s

Massa Específica da Água: 1000 kg/m³

Viscosidade da Água: 0,891 cP = 0,000891 Pa.s

Calor Específico do Óleo: 2200 J/kg.ºC

Calor Específico do Gás: 845,16 J/kg.ºC

Calor Específico da Água: 4186 J/kg.ºC

Coeficiente de Convecção da Água: 11,3 W/m²°C

• Dados básicos da tubulação de aço comercial:

Diâmetro Interno 1 = 3 ” = 0,0762 m

Diâmetro Externo 2 = 0,1216 m

Diâmetro Interno 2 = Diâmetro 3 = Diâmetro 4 = 8” = 0,2032 m

Diâmetro Externo 2 = Diâmetro Externo 3 = Diâmetro Externo 4 = 0,1724 m

Comprimento 1 = 6000 ft = 1828,8 m

Comprimento 2 = 22000 m

Comprimento 3 = 10440,3 m

Comprimento 4 = 15132,75 m

Coeficiente de perda de carga (K) = 60 W/m°C

Rugosidade Absoluta (ɛ) = 0,00004

3.2 – Modelo:

[pic 2]

3.3 Cálculo da pressão:

Admitindo:

Não há fluxo transversal nas paredes do duto para os limites do sistema, fluido incompressível, regime estacionário, conservação de massa e energia e com fluxo além das linhas de corrente, escoamento invíscido.

Propriedades do fluido multifásico:

ρtotal= ρgás.%gas + ρágua.%água + ρoil.%oil

ρtotal= 56,06.0,5 + 1000.0,2 +904,15.0,3

ρtotal= 499,275 kg/m^3

Cálculo da perda de massa distribuída:

μn=0,0010425

Velocidade (antes das válvulas):

Q=v.A

0,0046=v π r^2

0,0046=v. 0,00456

v=1m/s

Reynolds (antes das válvulas):

Rey= [pic 3]

Rey=36511,28 (escoamento turbulento)

Velocidade (depois das válvulas):

Q=v.A

V=0,14185 m/s

Reynolds (depois das válvulas):

Rey= [pic 4]

Rey=13811 (escoamento turbulento)

Fator de atrito:

[pic 5]

[pic 6]