Slug flow em riser de extração de petróleo em águas profundas: uma análise numérica profunda e proposta de diagnóstico
DOI:
https://doi.org/10.18265/1517-0306a2022id6847Palavras-chave:
CFD, óleo e gás, rede neural artificial, riser, slug flowResumo
O slug flow em risers de extração de petróleo em águas profundas é um fenômeno amplamente conhecido por seu potencial destrutivo nos casos em que esse efeito se torna extremo, fazendo com que a pressão se acumule e, consequentemente, origine o fluxo de pressão oscilante. Esse tipo de escoamento ocorre devido à característica multifásica na extração do óleo, formada geralmente pelas fases óleo e ar (gás). Ao longo de toda a história da extração de petróleo, o controle e reconhecimento desse padrão de fluxo gera desafios à engenharia de poços, e ainda hoje o método de mitigação e controle utilizado é subjetivo e dependente da experiência do operador de sonda. A proposta deste artigo é apresentar uma ferramenta de diagnóstico utilizando inteligência artificial a partir das informações de variação de pressão (velocidades de escoamento) coletadas pelos sensores do BOP (Blow Out Preventer) para o reconhecimento do fluxo de golfadas (slugging). Para analisar o slugging em toda a sua faixa e variação de velocidades, aplica-se uma análise numérica fluidodinâmica computacional (CFD) utilizando o software ANSYS Fluent. Os mapas identificadores dos tipos de escoamento devidos à velocidade de escoamento das fases, amplamente aceitos na literatura pertinente, foram utilizados para validar os resultados encontrados na análise CFD, comprovando que o modelo implementado neste estudo está em consonância com o fenômeno real. Os resultados obtidos foram usados para gerar um banco de dados que possibilitou o desenvolvimento de uma rede neural para diagnóstico de slugging. Algumas maneiras de controlar ou mitigar o slugging pesado também são discutidas.
Downloads
Referências
ABDULKADIR, M.; HERNANDEZ-PEREZ, V.; ABDULKAREEM, L.; LOWNDES, I. S.; AZZOPARDI, B. J. Characteristics of slug flow in a vertical riser. In: NIGERIA ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE AND EXHIBITION, 2010, Tinapa. Proceedings […]. Tinapa: Society of Petroleum Engineers, 2010. DOI: https://doi.org/10.2118/140681-MS.
ANDREOLLI, I. Introdução à elevação e escoamento monofásico e multifásico de petróleo. Rio de Janeiro: Interciência, 2016.
BAI, Y.; BAI, Q. Sistemas marítimos de produção de petróleo: processos, tecnologias e equipamentos offshore. Rio de Janeiro: Elsevier, 2016.
DINIZ, P. S. R.; SILVA, E. A. B.; LIMA NETTO, S. Processamento digital de sinais: projeto e análise de sistemas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014.
HAYKIN, S. Redes neurais: princípios e prática. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2007.
JAHANSHAHI, E.; BACKI, C. J.; SKOGESTAD, S. Anti-slug control based on a virtual flow measurement. Flow Measurement and Instrumentation, v. 53, Part B, p. 299-307, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2017.01.008.
MENDES, F. A. A.; RODRIGUEZ, O. M. H.; ESTEVAM, V.; LOPES, D. Flow patterns in inclined gas-liquid annular duct flow. WIT Transactions on Engineering Sciences, v. 70, p. 271-283, 2011. DOI: https://dx.doi.org/10.2495/MPF110231.
MONTENEGRO, J. Descomissionamento de boias offshore em estudo. Petróleo Hoje, [S.l], 25 fev. 2019. Disponível em: https://petroleohoje.editorabrasilenergia.com.br/descomissionamento-de-boias-offshore-em-estudo/. Acesso em: 8 ago. 2022.
NICKLIN, D. J.; WILKES, J. C.; DAVIDSON, J. F. Two-phase flow in vertical tubes. Transactions of the Institution of Chemical Engineers, v. 40, p. 61-68, 1962.
NILSEN, A. S. Simplified first principle model for severe-slugging flow in S-shaped risers. Report written as a part of the preparation for the master thesis. Trondheim: Norwegian University of Science and Technology, 2012. Disponível em: https://folk.ntnu.no/skoge/diplom/prosjekt12/nilsen/Rapport_prosjekt.pdf. Acesso em: 21 jul. 2022.
OLIVEIRA JUNIOR, J. V. Modelagem de slugging severo de risers em catenária. 2011. Dissertação (Mestrado em Engenharia Oceânica) – Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2011. Disponível em: https://w1files.solucaoatrio.net.br/atrio/ufrj-peno_upl//THESIS/10001518/2011_mestrado_jose_vilani_oliveira_junior_202107281051173.pdf. Acesso em: 21 jul. 2022.
OPPENHEIM, A. V.; SCHAFER, R. W. Processamento em tempo discreto de sinais. 3. ed. São Paulo: Pearson, 2013.
PEDERSEN, S.; DURDEVIC, P.; YANG Z. Challenges in slug modeling and control for offshore oil and gas productions: a review study. International Journal of Multiphase Flow, v. 88, p. 270-284, 2017. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2016.07.018.
PEDERSEN, S.; DURDEVIC, P.; YANG, Z. Review of slug detection, modeling and control techniques for offshore oil & gas production processes. IFAC-PapersOnLine, v. 48, n. 6, p. 89-96, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.08.015.
PEREZ, V. H. Gas-liquid two-phase flow in inclined pipes. 2007. Thesis (Doctor of Philosophy) – School of Chemical, Environmental and Mining Engineering, University of Nottingham, Nottingham, 2007. Disponível em: https://eprints.nottingham.ac.uk/11764/1/Hernandez-Perez.pdf. Acesso em: 27 fev. 2024.
RUAS, P. H. D. Análise teórica do escoamento bifásico e/ou dois-fluidos imiscíveis anular ascendente via GITT. 2016. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2016. Disponível em: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/tede/8965. Acesso em: 11 ago. 2022.
SILVA, E. S. Estudo do escoamento bifásico em risers em movimento na produção marítima de petróleo em águas profundas. 2006. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Petróleo) – Instituto de Geociências, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2006. Disponível em: https://repositorio.unicamp.br/Busca/Download?codigoArquivo=474274. Acesso: 27 fev. 2024.
TAITEL, Y. Stability of severe slugging. International Journal of Multiphase Flow, v. 12, n. 2, p. 203-217, 1986. DOI: https://doi.org/10.1016/0301-9322(86)90026-1.
TAITEL, Y.; BARNEA, D.; DUKLER, A. E. Modelling flow pattern transitions for steady upward gas-liquid flow in vertical tubes. AIChE Journal, v. 26, n. 3, p. 345-354, 1980. DOI: https://doi.org/10.1002/aic.690260304.
VALDIVIA, P. G.; MOROOKA, C. K.; BORDALO, S. N.; MATT, C. G. C.; FRANCISS, R. Resposta dinâmica de um riser rígido em catenária devido à excitação induzida pelo escoamento interno. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE PETRÓLEO E GÁS (PDPETRO), 4., 2007, Campinas. Anais [...]. Campinas: ABPG, 2007. Disponível em: http://www.portalabpg.org.br/PDPetro/4/resumos/4PDPETRO_2_4_0265-1.pdf. Acesso em: 21 jul. 2022.
Downloads
Publicado
Edição
Seção
Licença
• O(s) autor(es) autoriza(m) a publicação do artigo na revista;
• O(s) autor(es) garante(m) que a contribuição é original e inédita e que não está em processo de avaliação em outra(s) revista(s), nem esteja publicado em anais de congressos e/ou portais institucionais;
• A revista não se responsabiliza pelas opiniões, ideias e conceitos emitidos nos textos, por serem de inteira responsabilidade de seu(s) autor(es). Opiniões e perspectivas expressas no texto, assim como a precisão e a procedência das citações, são de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es), e contribuem para a promoção dos:
- Princípios FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable – localizável, acessível, interoperável e reutilizável);
- Princípios DEIA (diversidade, equidade, inclusão e acessibilidade).
• É reservado aos editores o direito de proceder ajustes textuais e de adequação do artigos às normas da publicação.
Responsabilidades dos autores e transferência de direitos autorais
Os autores devem declarar a originalidade do estudo, bem como o fato de que este não foi publicado anteriormente ou está sendo considerado para publicação em outro meio, como periódicos, anais de eventos ou livros. Ao autorizarem a publicação do artigo na Revista Principia, os autores devem também responsabilizar-se pelo conteúdo do manuscrito, cujos direitos autorais, em caso de aprovação, passarão a ser propriedade exclusiva da revista. A Declaração de Responsabilidades dos Autores e Transferência de Direitos Autorais deverá ser assinada por todos os autores e anexada ao sistema como documento suplementar durante o processo de submissão. Clique no link abaixo para fazer o download do modelo.
Esta revista, seguindo as recomendações do movimento de Acesso Aberto, proporciona seu conteúdo em Full Open Access. Assim os autores conservam todos seus direitos permitindo que a Revista Principia possa publicar seus artigos e disponibilizar pra toda a comunidade.
A Revista Principia adota a licença Creative Commons 4.0 do tipo atribuição (CC-BY). Esta licença permite que outros distribuam, remixem, adaptem e criem a partir do seu trabalho, inclusive para fins comerciais, desde que lhe atribuam o devido crédito pela criação original.
Os autores estão autorizados a enviar a versão do artigo publicado nesta revista em repositório institucionais, com reconhecimento de autoria e publicação inicial na Revista Principia.
