Modulo 2 2Escoamento multifásico

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Escoamento multifásico 
Elevação Ar,ficial de Petróleo
Introdução
• O escoamento do petróleo na coluna de produção dos poços e nos dutos de superfície ocorre 
normalmente com mais de uma fase presente: uma fase líquida (óleo e água) e outra gasosa. 
• No escoamento multifásico, o gás e o líquido não escoam com a mesma velocidade. O gás tem a 
tendência de adquirir velocidade mais alta que o líquido, tanto no escoamento vertical (na coluna 
de produção) como no horizontal (nas tubulações de superfície) e isto tem conseqüências sobre o 
comportamento de pressão nas tubulações. 
• No estudo do escoamento multifásico, é comum tratar dos padrões de escoamento, hold-up e 
escorregamento entre as fases. 
Padrões de escoamento multifásico vertical 
Padrões de escoamento multifásico vertical 
•Bolha - fase gasosa presente através de 
pequenas bolhas dispersas no meio do líquido. 
Ocorre normalmente próximo ao fundo do poço e 
tem pouco efeito no gradiente de pressão (a fase 
líquida é a fase contínua). 
Padrões de escoamento multifásico vertical 
• Golfada - a maior liberação de gás que está em 
solução, devido à redução da pressão ao longo da 
coluna, formam bolsões de gás, com diâmetros 
próximos ao da tubulação, separados por golfadas 
de líquido. Tanto a fase líquida quanto a fase 
gasosa influenciam no gradiente de pressão (a 
fase líquida é a fase contínua). 
Padrões de escoamento multifásico vertical 
• Transição - à medida que a mistura vai subindo, 
com menores pressões, o volume de gás aumenta 
rapidamente. A velocidade do líquido aumenta, ele 
começa a se dispersar na fase gasosa e a golfada 
de líquido entre os bolsões de gás tende a 
desaparecer (a fase gasosa influencia mais que a 
fase líquida no gradiente de pressão). 
Padrões de escoamento multifásico vertical 
Anular-nevoeiro - a quantidade e a velocidade do 
gás são muito altas e quase todo o líquido é 
carreado pelo gás, sob a forma de gotículas, não 
influenciando no gradiente de pressão (a fase 
gasosa é a fase contínua). 
Padrões de escoamento multifásico horizontal 
• O escoamento multifásico 
horizontal dos fluidos do petróleo 
pelas tubulações de superfície 
apresenta também diferentes 
arranjos de fases, principalmente 
pela diferença de velocidade entre 
as fases. 
Padrões de escoamento multifásico horizontal 
• Segregado - apresenta as fases líquida e gasosa 
ocupando espaços bem definidos da tubulação e 
divide-se em três padrões: estratificado e 
ondulado, em que a fase líquida ocupa a parte 
inferior da tubulação (com diferença apenas no 
grau de ondulação da interface gás-líquido), e 
anular, em que o gás passa pelo interior do 
líquido, havendo uma completa separação entre 
ambos (gás pelo núcleo e líquido junto às 
paredes da tubulação). 
Padrões de escoamento multifásico horizontal 
• Intermitente - No tipo golfada, ocorre 
formação de bolsões de gás separadas 
por volumes de líquido, que são 
deslocados pelos bolsões de gás, num 
escoamento intermitente chamado 
golfadas. No tipo tampão, os bolsões de 
gás quase se interligam, mas se mantêm 
separados por tampões de líquido. 
Padrões de escoamento multifásico horizontal 
• Distribuído - divide-se em bolha e 
nevoeiro. O tipo bolha consiste num 
grande número de bolhas dispersas de 
modo mais ou menos homogêneo no 
meio líquido, tendo a fase líquida como 
fase contínua. O tipo nevoeiro tem a fase 
gasosa como fase contínua, que, em alta 
velocidade, arrasta as gotículas de 
líquido dispersas no meio gasoso. 
Hold-up (fração de residência)
 
Massa específica de uma mistura líquido-gás 
• O hold-up é uma variável de grande importância, porque permite calcular as 
propriedades médias do fluido. Assim, propriedades como densidade e 
viscosidade da mistura são calculadas como média das propriedades individuais 
de cada fase, ponderada pelo hold-up. 
• A massa específica de uma mistura líquido-gás deve ser também calculada com 
base no hold-up, conforme a equação a seguir: 
Perda de carga no escoamento multifásico 
Perfil de pressão em escoamento multifásico horizontal 
Exemplo
• Calcular a perda de carga e o gradiente de pressão em cada trecho de tubulação de um poço de 
petróleo de um campo marítimo, conforme ilustração a seguir: 
Exemplo
Garantia de escoamento 
• Um dos grandes problemas relacionados ao escoamento dos fluidos do petróleo 
é a deposição de materiais nas linhas de fluxo ou tubulações de escoamento, 
que diminuem ou interrompem por completo a capacidade de escoamento 
desses dutos. 
• No processo de elevação e escoamento do petróleo, a garantia de escoamento 
compreende as atividades relacionadas à previsão, prevenção e remoção 
dessas ocorrências, visando a garantir o escoamento pleno e otimizado, com o 
máximo de produção pelo menor custo possível. 
Principais problemas relacionados ao escoamento do petróleo 
Hidratos são compostos cristalinos formados por água e gás natural e assemelham-se com o gelo, podendo 
bloquear o escoamento dos fluidos do petróleo pelo interior das tubulações 
Principais problemas relacionados ao escoamento do petróleo 
Principais problemas relacionados ao escoamento do petróleo 
Os Asfaltenos são compostos polinucleares, aromáticos com alto peso molecular, contendo 
carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre e metais pesados como o vanádio e o 
níquel. São sólidos de cor marrom-escuro ou preta. Ao contrário das parafinas, não fundem. 
Depositam-se devido à queda de pressão (e não de temperatura). 
Principais problemas relacionados ao escoamento do petróleo 
• Incrustações são as deposições graduais em dutos e equipamentos de materiais inorgânicos 
presentes na água, decorrentes de precipitação de sais ou óxidos. 
Principais problemas relacionados ao escoamento do petróleo 
• Os principais ânions causadores de incrustações são os carbonatos, bicarbonatos e 
sulfatos, enquanto os principais cátions com os quais combinam são o cálcio, bário e 
estrôncio. 
• Assim, as incrustações mais comuns nos sistemas de produção de petróleo são as de 
carbonato de cálcio (CaCO3), sulfato de cálcio (CaSO4), sulfato de bário (BaSO4) e 
sulfato de estrôncio (SrSO4). Podem haver também depósitos produzidos pela 
precipitação de ferro, gerando óxidos de ferro quando em presença de oxigênio 
dissolvido, de sulfeto, com a formação ou presença de gás sulfídrico, de sílica e silicatos 
e, em alguns casos, de sais de magnésio. 
Principais problemas relacionados ao escoamento do petróleo 
• Corrosão nas tubulações são os depósitos produzidos pela precipitação de ferro, gerando óxidos 
de ferro quando em presença de oxigênio dissolvido, que podem restringir ou mesmo bloquear o 
escoamento dos fluidos do petróleo pelo interior das tubulações. 
Principais problemas relacionados ao escoamento do petróleo 
Parafinas são misturas de vários componentes de alto peso molecular que precipitam do petróleo, principalmente 
devido ao abaixamento da sua temperatura. 
Previsão, prevenção e remoção de parafinas 
Previsão de parafinas 
• A exploração de petróleo em campos marítimos, principalmente os de águas profundas, enfrenta 
o processo de cristalização de parafinas causada pela redução da temperatura e elevadas 
pressões operacionais. A Temperatura de Início de Aparecimento de Cristais (TIAC) representa a 
temperatura na qual os primeiros cristais de parafina saem da solução, provocando mudanças no 
comportamento do petróleo. Se a temperatura no escoamento permanecer acima da TIAC não 
ocorrerá precipitação de cristais de parafinas. 
Prevenção e remoção de parafinas 
• Para prevenir ou remover as parafinas já formadas utilizam-se injeção de inibidores, passagem de 
pigs e operações de Sistema Gerador de Nitrogênio (SGN). 
• https://www.youtube.com/watch?v=gnE-fIDw5JM
• https://www.youtube.com/watch?v=MfjJl-0gM-o
• https://www.youtube.com/watch?v=zi5Tf8W9AP4
https://www.youtube.com/watch?v=gnE-fIDw5JMhttps://www.youtube.com/watch?v=MfjJl-0gM-o
https://www.youtube.com/watch?v=zi5Tf8W9AP4
Prevenção e remoção de parafinas 
• O Sistema Gerador de Nitrogênio (SGN) consiste em misturar dois sais, o cloreto de amônio e o 
nitrito de sódio, que produzem nitrogênio, cloreto de sódio e calor. Essa mistura gera calor 
suficiente para derreter a parafina dos dutos de escoamento de petróleo, devido à grande 
formação de nitrogênio na reação. Cada litro de solução concentrada de SGN é capaz de 
produzir 100 litros de gás nitrogênio. A temperatura alcança 100 °C durante a formação do 
nitrogênio.