Proposição de modelo de previsão de holdup e gradiente de pressão para o escoamento óleo-água em tubulações horizontal ou levemente inclinada independente do padrão de escoamento

Abstract

RESUMO: O transporte da mistura bifásica óleo-água em dutos constitui uma ocorrência comum na indústria petrolífera, sobretudo para óleos de média e elevada viscosidades, buscando-se formar uma mistura com viscosidade efetiva que facilite o escoamento do óleo. Este estudo possibilitou a criação de correlações para a previsão da fração de fase in situ (holdup) e do gradiente de pressão friccional bifásico, que constituem duas das principais informações necessárias a engenharia de projeto e de operação de oleodutos. Estas correlações caracterizam-se por serem independentes do padrão de escoamento, sendo válidas para escoamentos de óleo-água em tubulações horizontal ou levemente inclinada, para condições isotérmicas e de regime permanente. O desenvolvimento destes novos modelos fundamenta-se na aplicação da análise dimensional associada a técnicas de otimização não-linear, estabelecidas sobre um grande conjunto de dados experimentais. Para estimar o holdup de óleo, formulou-se uma correlação baseada na equação de fechamento adimensional de Zuber-Findlay do modelo de deslizamento. Para prever o gradiente de pressão friccional bifásico, desenvolveram-se correlações para se modelar tanto o fator de fricção bifásico quanto o multiplicador bifásico relacionado a teoria de Lockhart-Martinelli, sendo que em ambos os casos avaliaram-se as transições entre os padrões de escoamento estratificados e não-estratificados e entre os padrões de escoamento formados por dispersões de água em óleo e de óleo em água. Ao se comparar os resultados dos modelos propostos para determinação do holdup de óleo e do gradiente de pressão friccional, este último obtido por meio do fator de fricção bifásico, com os resultados de outros modelos teóricos, em geral, observa-se que os primeiros são significativamente superiores em desempenho.

ABSTRACT: The transport of the two-phase oil-water mixture in pipelines is a common occurrence in the oil industry, especially for medium-viscous and heavy-viscous oils, seeking to form a mixture with effective viscosity that facilitates the oil to flow. This study made it possible to create correlations for the prediction of the holdup and the two-phase frictional pressure-gradient, which constitute two of the main information needed in the design engineering and operation of oil pipelines. These correlations are characterized by being independent of the flow pattern, being valid for oil-water flows in horizontal or slightly inclined pipes, for isothermal and steady state conditions. The development of these new formulations is based on the application of dimensional analysis associated with non-linear optimization techniques, established on a large set of experimental data. To estimate the oil holdup, a correlation was formulated based on the dimensionless Zuber-Findlay closure equation to the one-dimensional drift-flux model. To predict the two-phase frictional pressure-gradient, correlations were developed to model the two-phase friction factor and the two-phase multiplier related to the Lockhart-Martinelli theory, in such a way that in both cases the transitions between the stratified and non-stratified flow patterns and between the flow patterns formed by water-in-oil and oil-in-water dispersions were evaluated. When comparing the results of the models proposed to determine the oil holdup and the frictional pressure-gradient obtained through the two-phase friction factor with the results of other theoretical models, in general, it is observed that the former are significantly superior in performance.