tcc2 - rafael adolfo

7/23/2019 TCC2 - Rafael Adolfo

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTO

CENTRO UNIVERSITRIO NORTE DO ESPRITO SANTO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA DE PETRLEO

PROJETO DE GRADUAO II

Anlise do comportamento da presso mediante deposio

parafnica em dutos subsea

Rafael Adolfo de Oliveira e Silva

So Mateus

2015


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Anlise do comportamento da presso mediante deposioparafnica em dutos subsea

Projeto de Graduao II apresentado

ao Departamento de Engenharias e

Tecnologia da Universidade Federal do

Esprito Santo como requisito parcial

para obteno do ttulo de Engenheiro

de Petrleo.

Orientador: Prof. Carlos Andr

Maximiano Silva

SO MATEUS

2015


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Comisso Examinadora

______________________________________

Prof. Carlos Andr Maximiano Silva

Orientador

Universidade Federal do Esprito Santo

______________________________________

Luiz Gabriel Souza de Oliveira

Convidado


______________________________________

Ana Paula Meneguelo

Convidado



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Dedicatria

Dedico este projeto ao meu pai, Edmundo Adolfo, e a minha me, MirianSuely, por me sustentarem em orao, sempre me apoiando e acreditando no

meu sucesso.

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Agradecimentos

Primeiramente a Deus por todo sustento que Ele tem me dado.

A todos os professores do curso de engenharia de petrleo, por todos os

ensinamentos prestados.

Ao meu orientador, Carlos Andr Maximiano da Silva pela grande ajuda

durante a orientao deste trabalho.

Aos meus irmos, Gabriel Adolfo, Matheus Adolfo e Maria Luiza por me

apoiarem e acreditarem em meu potencial.

A minha namorada, Jssica, pelo apoio dado nas horas mais difceis.

A todos os meus queridos amigos da engenharia de petrleo, com os

quais tive a oportunidade de vivenciar timos momentos, em especial ao Andr

Fava, Gabriel Oliveira e Rodrigo Oliveira, com os quais tive grande alegria de

dividir moradia.

Finalmente, a todos os meus amigos da empresa Junior, ENERGY Jr,

com os quais passei grande parte da minha graduao, crescendo e me

aperfeioando profissionalmente.

V


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Resumo

A deposio de parafinas em dutos submarinos um srio problema para a

produo martima de petrleo. As parafinas precipitam-se de solues oleosas

quando h reduo de temperatura e, ao longo do tempo, a parafina slida

deposita-se nas paredes internas dos dutos, obstruindo o fluxo e promovendo o

aumento de perda de carga nas linhas de produo. Em consequncia, ocorre

diminuio da vazo dos fluidos e entupimento da seo do duto de produo,

entre outros problemas. Essas ocorrncias causam impactos econmicos

negativos: reduo da receita, aumento de custos para remediao e

interrupo da produo. O presente trabalho teve o intuito de reunir

informaes sobre parafina, desde aspectos intrnsecos at formas de inibio.

Todas as informaes reunidas foram obtidas atravs de uma reviso

bibliogrfica, em que se constou caractersticas gerais da parafina e formas de

inibio e remediao. O principal objetivo foi analisar o comportamento da

presso nas linhas, causada pela deposio parafnica durante operaes de

produo. Para isso, foram simulados quatro (4) cenrios distintos, cada um

com uma espessura de incrustao diferente. Os resultados para cada cenrio

foram comparados posteriormente. Para todos os cenrios houve uma

diminuio da vazo dos fluidos, dificultando a produo e em casos mais

graves, impedindo completamente que o fluido fosse produzido. Por fim, foram

ressaltados os principais problemas operacionais causados por tal

comportamento.

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Sumrio

Dedicatria........................................................................................................IV

Agradecimentos................................................................................................V

Resumo.............................................................................................................VI

Lista de figuras.................................................................................................X

Lista de tabelas.................................................................................................XI

Lista de siglas..................................................................................................XII

1. Introduo.....................................................................................................13

1.1 Motivao.....................................................................................13

1.2 Objetivos......................................................................................14

1.3 Organizao da Monografia.........................................................15

2. Reviso Bibliogrfica.....................................................................................16

2.1 Introduo....................................................................................16

2.2 Depsitos Parafnicos..................................................................17

2.3 Fatores Importantes na Precipitao e Deposio......................20

2.2.1. Temperatura......................................................................20

2.2.2. Regime de Escoamento.....................................................21

2.2.3. Natureza da Soluo..........................................................21

2.4 Identificao, Preveno e Controle............................................22

2.5 Mecanismos de Transporte e Deposio.....................................23

2.5.1. Difuso Molecular..............................................................23

2.5.2. Movimento Browniano........................................................25

2.5.3. Disperso por Cisalhamento..............................................26

2.5.4. Gravidade...........................................................................27


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8

2.6 Temperatura de Incio do Aparecimento de Cristais....................27

3. Metodologia............................................................................................29

4. Especificao de casos..........................................................................31

4.1 Modelo Numrico.........................................................................31

4.2 Modelo Matemtico......................................................................33

4.3 Modelo Fsico..............................................................................35

4.3.1. Propriedades do Manifold.................................................37

4.3.2 Propriedades do Separador..............................................37

4.3.3 Propriedades do Subsea Tieback.....................................38

4.3.4 Propriedades do Riser......................................................39

4.4 Propriedades do leo..................................................................40

4.5 Apresentao dos casos analisados...........................................41

5. Resultados e Discusses..................................................................... ..42

5.1 Caso 1: Escoamento considerando riser limpo, sem incrustao

parafnica....................................................................................42

5.2 Caso 2: Escoamento considerando a espessura do depsito

parafnico de 3 polegadas...........................................................45





5.5 Comparao dos resultados.......................................................55

6. Implicaes dos Resultados................................................................ ..57

7. Concluso..............................................................................................58


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9

8. Referncias...........................................................................................59


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Lista de Figuras

Figura 2.1 - Amostra de tubo bloqueado por depsito parafnico. (Cortesia:

Phillips Petroleum Co).......................................................................................19

Figura 2.2Queda de temperatura em instalao de petrleo tpica. Baldotto,

2004, p. 14.........................................................................................................20

Figura 2.3 - Formao de depsito de parafina devido difuso molecular

(Saraceno,2007)................................................................................................24

Figura 2.4 - Esquema do mecanismo de disperso por cisalhamento

(Saraceno,2007)................................................................................................26

Figura 3.1 - Variao do dimetro de um pipeline devido deposio parafnica.

Modificado de (Flogler, 2004)............................................................................29

Figura 3.2 - Cenrios de simulao, considerando diferentes dimetros de duto.

Elaborada pelo autor..........................................................................................29

Figura 4.1 Representao Esquemtica do domnio onde procura-se as

equaes governantes. Elaborada pelo autor...................................................32

Figura 4.2 - Ilustrao de escoamento em dutos. Stuckenbruck, escoamento

em dutos............................................................................................................34

Figura 4.3 - Representao do modelo fsico para todos os

casos..................................................................................................................35

Figura 4.4 - Representao na simbologia gerada pelo software.....................36

Figura 4.5 - Esquema do Subsea Tiebackgerado pelo software......................38

Figura 4.6 - Esquema do Riser gerado pelo software.......................................39

Figura 5.1Queda de Presso para o duto de 10 polegadasCaso 1...........43

Figura 5.2Queda de Presso para o duto de 7 polegadasCaso 2.............46Figura 5.3Queda de Presso para duto de 5 polegadasCaso 3................49Figura 5.4Queda de Presso para duto de 3 polegadasCaso 4................52Figura 5.5Presso mnima para o duto de 3 polegadasCaso 4.................54

Figura 5.6 Comparao dos resultados para todos os casos

simulados...........................................................................................................55

X


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Lista de Tabelas

Tabela 2.1 - Anlise elementar em leo tpico (% em peso).............................18

Tabela 2.2 - Composio qumica de um petrleo tpico...................................18

Tabela 4.1Propriedades do Manifold.............................................................37

Tabela 4.2Propriedades do Separador..........................................................37

Tabela 4.3Propriedades do Subsea Tieback.................................................38

Tabela 4.4Propriedades do Riser..................................................................39

Tabela 4.5 - Caracterizao do fluidomodelo Blackoil...................................40

Tabela 4.6 - Correlaes Utilizadas...................................................................40

Tabela 5.1Propriedade do RiserCaso 1....................................................42Tabela 5.2Queda de Presso vs. DistnciaCaso 1...................................44

Tabela 5.3Propriedade do RiserCaso 2....................................................45

Tabela 5.4 - Queda de Presso vs. DistnciaCaso 2....................................47





Tabela 5.9Comparao dos casos analisados..............................................56

XI


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Lista de Siglas

BOPBlow Out Preventer.

TIAC - Temperatura de Inicio do Aparecimento de Cristais.

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1. Introduo

1.1 Motivao

H algumas dcadas a PETROBRAS vem contribuindo com o avano e

desenvolvimento tanto no mbito da produo quanto tecnolgico para a

indstria petrolfera em todo o mundo. Este fato relaciona-se principalmente s

inmeras descobertas de jazidas de petrleo e gs e da necessidade da

explorao de campos cada vez mais complexos, reservatrios cobertos por

zonas de sal, lminas dguas profundas e ultra profundas, por exemplo. Nesteltimo caso, a necessidade de longas linhas atrelada existncia de baixas

temperaturas, torna a produo de petrleo mais complicada. Tais condies

de operao favorecem o aparecimento de cristais de parafinas, pois

perturbam o equilbrio termodinmico em que o leo se encontra. Esses cristais

so um dos principais responsveis pela formao de depsitos que obstruem

a tubulao. No Brasil, grande parte do petrleo produzido possui grande

quantidade de parafina em sua composio, de modo que, ao ser extrado doreservatrio, passa por variaes termodinmicas, acarretando a precipitao

da parafina presente.

As consequncias relativas formao de parafina durante a produo

so preocupantes, principalmente devido perda de propriedades reolgicas

dos fluidos, acumulao de cristais de parafina e fechamento de linhas de

escoamento de fluidos, BOP e regio anular, interrupo da produo e

destruio dos equipamentos utilizados.

Muitas tecnologias foram desenvolvidas a fim de evitar a diminuio ou

mesmo a paralisao da produo e evitar, tambm, problemas de formao

de parafinas durante as fases de perfurao, completao e transporte.

Entretanto, novos desafios vm surgindo e o investimento na obteno de

novas tecnologias no deve parar.


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1.2 Objetivos

Esta monografia teve como propsito alertar e informar sobre um tema

atualmente tido como alvo de muito interesse na indstria brasileira: Aformao de parafinas em lminas dgua profundas e ultra profundas durante

operaes de produo de hidrocarbonetos. Principalmente, em virtude das

novas descobertas offshore de campos de explorao petrolferos situados em

lminas dgua que ultrapassam os 2000 m (dois mil metros) de profundidade.

O Principal objetivo foi analisar o comportamento da presso nas linhas,

causada pela deposio parafnica durante operaes de produo, para casos

distintos e, por fim, ressaltar os principais problemas operacionais causados

por tais mudanas.

Diversas metas especficas foram atendidas visando consecuo do

objetivo maior:

i. Realizao de uma reviso bibliogrfica a respeito da deposio

parafnica e dos fatores relacionados a este processo, tais como identificao,

preveno e controle de depsitos e os fatores mais importantes na

precipitao e deposio dos cristais de parafina;

ii. Compreenso do funcionamento do softwarecomercial escolhido, como

etapa fundamental neste Projeto.


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15

1.3 Organizao da Monografia

Este projeto de graduao dividido em oito captulos, incluindo

introduo e referncias bibliogrficas.

No captulo 2 realizada uma breve reviso bibliogrfica, incluindo fatores

importantes na precipitao e deposio, processos de formao de depsitos

parafnicos, mecanismos de deposio parafnica, controle, preveno e

Remediao.

No captulo 3 apresentada a metodologia a ser utilizada para soluo do

problema proposto.

No captulo 4 so apresentados os modelos numrico, fsico e

matemtico do problema proposto, alm de descrever tambm as propriedades

do leo utilizado no projeto. O modelo numrico descreve o simulador utilizado,

bem como seu funcionamento. O modelo matemtico descrito contempla os

conceitos acerca da queda de presso ao longo de uma tubulao. O modelo

fsico apresentar o layout do projeto em questo bem como as principais

propriedades fsicas dos equipamentos utilizados. No final do captulo 4tambm so apresentados os casos a serem analisados no projeto.

No captulo 5 so apresentados os resultados e discusses

separadamente, para cada um dos casos analisados.

No captulo 6 apresentado as implicaes dos resultados gerados,

aplicados para toda indstria petrolfera.

No captulo 7 so apresentadas as concluses gerais e particulares doprojeto desenvolvido, levando em considerao os resultados gerados e a

facilidade de manuseio do softwareutilizado.

No captulo 8 esto relacionadas s referncias bibliogrficas utilizadas

para a construo deste trabalho.


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2. Reviso Bibliogrfica

2.1 Introduo

O crescente aumento da populao mundial teve uma exacerbao em

meados do sculo XIX, mesma poca quando a indstria do petrleo comeou a

se desenvolver nos Estados Unidos. Inicia-se assim uma indstria que em poucos

anos se tornaria uma das mais importantes e rentveis do mundo, uma vez que a

produo de derivados de petrleo deve atender a demanda sempre crescente por

energia.

Neste contexto, a gesto integrada e otimizada dos processos de

Explorao e Produo considerada estratgica para o avano do setor

petrolfero que, por um lado, se depara com um vasto e crescente aparato

tecnolgico, e por outro, apresenta desafios grandiosos tal qual o transporte de

fluidos por linhas cada vez mais longas e sob muitas condies adversas.

Nesse mbito, a aplicao e definio de uma estratgia que permita

maximizar a produo, atendendo s restries fsicas, econmicas e

tecnolgicas se apresenta como um elemento fundamental para um eficiente

processo de explorao e desenvolvimento de um campo petrolfero

(MESSER, 2008).

Durante a Produo de petrleo, o escoamento pode ser considerado

bifsico no qual uma das fases gasosa e a outra lquida. Este tipo de

escoamento frequentemente encontrado na coluna de produo no interior do

poo e nos dutos de escoamento. A correta determinao do gradiente de

presso no interior de dutos de extrema importncia. Correlaes foram

desenvolvidas para este fim, como por exemplo, as propostas por Hagedorn e

Brown (1965), Duns e Ross (1963), Beggs e Brill (1963) e Oliemans (1976).

Na rea de Engenharia de Dutos, diversos softwares acadmicos (in-

house) e comerciais (Olga, Pipesim, Pipeline Studio, Stoner, Pigsim) vm

sendo desenvolvidos com intuito de simular condies operacionais bem como

aprimorar a compreenso dos problemas tpicos, dos escoamentos

multifsicos, tais como transientes hidrulicos, perda de calor, deposio de


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17

parafina, vazamentos, movimentao de raspadores como pigs de limpeza,

etc., que ocorrem durante o transporte de petrleo.

Uma das principais linhas de estudo da Engenharia de Dutos a

denominada Garantia de Escoamento (flow assurance). Possui como principaisobjetivos identificar, qualificar e atenuar problemas operacionais,

principalmente os decorrentes do escoamento de leos pesados, uma vez que

pode gerar grandes problemas para o escoamento pela tubulao, como a

corroso e desgaste precoce, alm da deposio de hidratos, parafinas e

asfaltenos resultando em uma grande perda de carga e at mesmo obstruo

dos dutos. Tm-se como principais desencadeadores da deposio de

incrustaes, fatores como temperatura e presso. Portanto, a amostragem ecaracterizao dos fludos, medies de presso e temperatura so

fundamentais para minimizar os riscos de deposies.

2.2 Depsitos Parafnicos

Em qumica, d-se o nome de parafina (do latim parum=pouca e

ffinis=afinidade), aos hidrocarbonetos saturados de cadeia acclica, normal ou

ramificada. Na indstria do petrleo este termo utilizado de forma mais

genrica, representando o depsito formado por parafinas, asfaltenos, resinas,

gua, areia, sais e sulfetos. Na caracterizao de um petrleo, o teor de

parafinas est relacionado com a presena de fraes mais pesadas (C18+)

que precipitam a uma determinada temperatura. Estas fraes podem ser

constitudas de cadeias acclicas (parafinas) ou cclicas (naftnicas e

aromticas) (Vaitsman et al, 1997). A deposio de cera durante a produo e

transporte de leos brutos consiste predominantemente de n-parafinas com

pequenas quantidades de parafinas de cadeia ramificadas, parafinas cclicas e

aromticas. O nmero de diferentes componentes e os tipos de ceras

encontrados nos depsitos parafnicos dependem das caractersticas do leo

bruto (Jorda, 1966). O fenmeno de formao de depsitos parafnicos

comum na indstria de petrleo e esto associados ao equilbrio de fases dos

compostos hidrocarbnicos e s condies fluidodinmicas de escoamento,

respectivamente. O aparecimento de uma fase slida no petrleo e asubsequente deposio de parafina se manifesta devido quebra deste


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equilbrio, provocada pelo resfriamento do petrleo e/ou o desprendimento das

fraes mais leves, originalmente dissolvidas neste petrleo (Mello et al, 2006).

A tabela 2.1 apresenta a anlise elementar em um leo tpico e a tabela 2.2

apresenta a composio qumica de um petrleo tpico.

Tabela 2.1 - Anlise elementar em leo tpico (% em peso) (Thomas et al., 2001)

Tabela 2.2 - Composio qumica de um petrleo tpico (Thomas et al., 2001)

Segundo Crdoba e Schall (2001), os componentes de alto peso

molecular, com cadeias de 20 ou mais carbonos, podem precipitar como ceras

parafnicas quando o leo resfriado das temperaturas de reservatrio para as

temperaturas das tubulaes, sendo responsveis por muitos problemas

enfrentados durante a produo, o transporte e o processamento do leo. O

teor dessa frao pesada numa mistura de petrleo conhecido na indstria

como teor de parafina. Um exemplo bastante comum de operao onde esse

processo de resfriamento pode ser desenvolvido o escoamento de um leo


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19

que contenha uma frao pesada, em oleoduto. Para ser transferida,

geralmente a mistura colocada a uma temperatura na qual assegurado o

bombeio, na fase lquida. Entretanto, frequentemente a mistura escoa por dutos

que esto sujeitos s temperaturas abaixo da TIAC, por no possurem um

isolamento trmico adequado que evite a reduo da temperatura de

escoamento para valores abaixo da TIAC. Sob essas condies, a precipitao

de parafinas e sua consequncia mais imediata a deposio ocorreriam

(Santos, 1994).

A precipitao e deposio parafnica em sistemas de produo e

transporte tm sido um enigma e acontece desde que os primeiros poos de

petrleo foram postos em produo. um problema no limitado a uma rea

geogrfica ou a um tipo particular de petrleo. Dentre as muitas variveis que

atuam na produo de petrleo em guas profundas, a deposio de parafinas

no interior de linhas de produo e transporte um dos mais srios problemas

operacionais enfrentados, gerando custos muito elevados em sua preveno,

controle e remoo. Um exemplo de duto bloqueado por depsito parafnico

mostrado na figura 2.1. Segundo McClafin e Whitfill (1984), os depsitos

podem variar em consistncia desde um lquido pastoso at ceras duras,

pesadas e consistentes, dependendo do histrico de condies no qual eles

foram formados. Apresentam usualmente cor negra, mas cores mais claras

tambm so encontradas.

Figura 2.1 - Amostra de tubo bloqueado por depsito parafnico. (Cortesia: PhillipsPetroleum Co)


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2.3 Fatores Importantes na Precipitao e Deposio

2.3.1. Temperatura

O fator principal que afeta a deposio parafnica em oleodutos a

temperatura (Bomba, 1986). Caso a temperatura, no escoamento, permanea

acima da TIAC, no ocorrer precipitao. Sadeghazad et al. (2000), afirmaram

que, medida que a temperatura da soluo diminui, a solubilidade das

parafinas tambm diminui. Como a temperatura do fluido produzido cai abaixo

do ponto de fuso das parafinas, elas tendem a se solidificarem e se

separarem da fase lquida (Bomba, 1986). Em seguida h uma aglomerao e

crescimento dos cristais e posterior adeso destas massas formadas aos

equipamentos/tubulao. A figura 2.2 mostra a queda de temperatura em uma

instalao offshore de petrleo tpica.

Figura 2.2 Queda de temperatura em instalao de petrleo tpica. Baldotto, 2004, p. 14


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2.3.2. Regime de Escoamento

Outro fator muito importante que influencia na deposio parafnica o

regime de escoamento. Em fluxo laminar, a taxa de deposio de parafinas

aumenta com a vazo. medida que o fluxo passa a ser turbulento, a

deposio diminui por causa da deformao do fluxo, pois a certa altura, a

corrente de fluxo pode prover suficiente fora de cisalhamento para ultrapassar

as foras coesivas das molculas parafnicas e remov-las to rpido quanto

elas se depositam pela eroso (Misra et al., 1994). Segundo Grung (1995) e

Creeck et al. (1999), a deposio em fluxo turbulento menor que em fluxo

laminar. Crdoba e Schall (2001) concluram que em altas taxas de fluxo, os

depsitos so rapidamente formados e subsequentemente, removidos. Altas

vazes parecem remover muito das parafinas depositadas.

A deposio tambm especialmente problemtica em poos com baixa

taxa de fluxo. Isto por causa do longo tempo de residncia do leo no tubing de

produo. Esse aumento no tempo de residncia permite maior perda de calor

por parte do leo e leva a menores temperaturas, as quais agravam o processo

de precipitao (Misra et. al., 1994).

2.3.3. Natureza da Soluo

De acordo com Sadeghazad et al. (2000), por natureza da soluo,

entende-se a composio fsica e qumica desta. Esses pesquisadores

mostraram que se a soluo composta principalmente de leves, a TIAC ir

diminuir. Tambm, se a frao do soluto (parafinas) na soluo diminui, aprecipitao ser menor.

Santos (1994) afirmou que, embora no possa ser diretamente

responsabilizado pela temperatura em que a precipitao se inicia (TIAC), o

teor de parafinas que influencia como se dar o processo da precipitao com

a reduo da temperatura, abaixo da TIAC. Misturas apresentando um maior

teor de parafina apresentaro uma taxa de precipitao maior com a reduo

da temperatura do que aquelas com teor de parafina menor.


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2.4 Identificao, Preveno e Controle

O caminho natural para enfrentar os problemas com precipitao e

deposio parafnica , primeiramente, prever sua ocorrncia, atravs demodelos matemticos e termodinmicos, anlises qumicas e testes em

laboratrio.

O estudo dos mecanismos que fundamentam o fenmeno fator

importante para a proposio de solues, tcnica e economicamente viveis

(Cotrim e Hombeeck, 1991).

Se isso no possvel, o segundo passo seria selecionar alguns mtodos

preventivos, como o uso de inibidores qumicos, isolamento trmico, injeo desolventes aquecidos, uso de pigs (removedor de parafinas) e ferramentas

magnticas.

Ao final, a remoo do depsito se d atravs de aplicao de mtodos

qumicos, mecnicos e trmicos, ou uma combinao destes.

Para prevenir a formao e remover os depsitos parafnicos nas linhas

de produo e equipamentos, existem numerosos mtodos que podem ser

viveis. Porm, pouco se conhece sobre esses mtodos em condies de

guas profundas. Neste caso, existe o desafio tecnolgico no desenvolvimento

de mtodos e sistemas capazes de serem utilizados de forma econmica em

poos de produo offshore.

Os mtodos de remoo e controle propostos podem ser classificados,

segundo a tcnica, da seguinte forma:

- Qumicos:uso de solventes para dissolver os depsitos, agentes de

superfcie ativa que atuam na presena de gua, provocando a perda de

afinidade da partcula pela parede do tubo (dispersantes de parafinas),

modificadores de cristais, que so polmeros que agem inibindo ou alterando o

crescimento do cristal por mecanismo de co-cristalizao, inibidores qumicos;

- Mecnicos:pigs (maior referncia na literatura), abrasivos, raspadores

ou hidrojatos. Cada uma dessas tcnicas possui restries quanto ao uso em

guas profundas;

- Trmicos: mtodos que se fundamentam em minimizar perdas de

calor com isolamento trmico e/ou adio de calor ao sistema. So usados


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23

aquecedores de fundo, leo/gua quente, isolamento trmico (os materiais

tradicionalmente usados para isolamento em linhas submarinas incluem

espumas de poliuretano, polipropileno, sintticas, PVC e elastmeros

isolantes). Em condies offshore, com temperaturas muito baixas de fundo do

mar e grandes comprimentos de linhas, as tcnicas de aquecimento

convencionais so pouco eficientes. A seleo de materiais para o isolamento

trmico baseada na baixa condutividade e impermeabilidade gua;

Alguns problemas requerem a combinao desses mtodos para

controlar a deposio de parafinas e manter a produo. A seleo de qual

combinao deve ser usada geralmente feita baseada em experincias

anteriores (McClaflin e Whitfill, 1984 e van Engelen et al., 1981).

E segundo o seu efeito, os mtodos podem ser classificados como:

- Preventivos (inibidores, isolamento trmico, etc);

- Corretivos (pigs, raspadores, hidrojatos, etc).

2.5 Mecanismos de Transporte e Deposio

Em oleodutos a deposio parafnica governada por diferentesmecanismos, a saber: (a) Difuso Molecular; (b) Disperso por Cisalhamento;

(c) Movimento Browniano; (d) Gravidade. Esses mecanismos so a fora motriz

para o transporte de parafinas dissolvidas ou precipitadas do seio do fluido

para as paredes do tubo. Estudos prvios (Burger et. al., 1981, Misra et al.,

1994) indicaram que a difuso molecular o mecanismo principal.

2.5.1. Difuso Molecular

A difuso molecular parece ser o mais importante dentre os mecanismos

de transporte e deposio. Nesse processo, um gradiente radial de

concentrao, produzido no leo como resultado do gradiente radial de

temperatura devido ao aumento da solubilidade das parafinas com o aumento

da temperatura. Este gradiente de concentrao (fora motriz do fenmeno)

provoca uma difuso das parafinas do leo mais aquecido, o qual tem maior

concentrao destas, para o leo mais frio, com menor concentrao, onde j


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houve precipitao (Burger et. al., 1981, Misra et al., 1994). A figura 2.3 a

seguir mostra o exemplo deste tipo de mecanismo.

Figura 2.3 - Formao de depsito de parafina devido difuso molecular

(Saraceno,2007)

Segundo Hamouda e Viken (1996), a vazo mssica radial de parafinas

dissolvidas devida difuso molecular :

| | (2.1)

Onde,

= vazo mssica radial, kg/s= Coeficiente de difuso molecular, m2/s = Massa especfica do slido parafnico, kg/m3

= rea da seo longitudinal do tubo no raio r, m2

= Gradiente radial de concentrao no raio r, m-1

A equao 2.1 anterior (Lei da difuso de Fick) pode ser reescrita da

seguinte forma (Burger et al., 1981):

. . |

| (2.2)


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25

Onde, o Gradiente radial de Temperatura, que pode ser obtido a

partir da soluo da equao da energia para fluxo em tubos.

A partir da equao (2.2), pode-se dizer que a taxa de deposio

parafnica alcana seu mximo imediatamente abaixo da TIAC e gradualmente

decresce medida que o diferencial de temperatura entre o leo e a parede

decresce.

Burger et al. (1981), sugeriram o uso da seguinte correlao para o

clculo do coeficiente de difuso molecular,

D 7,4 . 10

.[ .( .) ]

. . (2.3)

Onde,

T = Temperatura absoluta, K;

= Parmetro de Associao;M = Peso Molecular do solvente (leo), g/mol;

= Viscosidade Dinmica, Pa.s;

V = Volume Molecular do soluto, g/mol.

2.5.2. Movimento Browniano

Caso existam algumas regies do tubo que estejam abaixo da TIAC,

parafinas vo precipitar e os cristais gerados ficaro suspensos no leo. Neste

caso, deve ser considerado o transporte lateral dessas partculas. Uma vez

suspensas, iro colidir continuamente com molculas de leo termicamente

agitadas. Essas colises levaro a um movimento desordenado dos cristais

suspensos. Existindo um gradiente de concentrao entre as partculas, o

movimento Browniano levar a um transporte em rede, que similar difuso,

na direo da menor concentrao. O fluxo de partculas ser dado pela lei da

difuso de Fick (Azevedo, 2001),


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26

. . .

(2.4)

Onde,

= Massa de parafina depositada;= Densidade do slido; = Coeficiente de difuso Browniana de cristais no leo;

= rea de deposio;= Concentrao de slidos suspensos na soluo.

2.5.3. Disperso por Cisalhamento

Outro mecanismo contribuinte para a deposio parafnica que tem sido

identificado em estudos prvios a disperso por cisalhamento. Pequenos

cristais contidos no fluxo tendem a mover-se com a velocidade mdia e direo

do escoamento. Porm, prximo parede do tubo h cisalhamento do fluido.

Esse induz um movimento especial s partculas, conhecido como dispersopor cisalhamento. Esse movimento pode ser responsvel por transportar a

parafina precipitada do seio do fluido para a parede, onde se une a depsitos j

existentes devido ao fenmeno da difuso molecular.

Addison (1984), concluiu que este mecanismo de deposio

importante para qualquer situao quando a temperatura do leo est abaixo

do ponto de nvoa (TIAC). A figura 2.4 representa este tipo de mecanismo.

Figura 2.4 - Esquema do mecanismo de disperso por cisalhamento (Saraceno, 2007)


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27

2.5.4. Gravidade

Cristais de parafinas so mais densos que o leo. Assim, por gravidade

podem depositar-se no fundo de tubos ou tanques.

Para condies de operao tpicas encontradas em tubulaes, este

mecanismo no contribui significativamente para a formao de depsitos.

2.6 Temperatura de Incio do Aparecimento de Cristais

Essa temperatura est entre as propriedades mais importantes relativas

aos petrleos. A Temperatura de Inicio do Aparecimento de Cristais, representaa temperatura na qual os primeiros cristais de parafinas saem da soluo,

provocando mudanas no comportamento reolgico do petrleo. Sua

importncia reside no fato de que quando o petrleo resfriado, atingida a sua

TIAC, cristais parafnicos comeam a se separar da soluo, devido ao fato de

a solubilidade limite ser alcanada. Essa fase slida composta,

principalmente, pelos componentes de maior peso molecular.

A determinao da TIAC para o petrleo uma importante consideraopara aes futuras, na ocasio da produo e escoamento do cru.

Modelos termodinmicos prevem a quantidade de parafinas formadas na

soluo. Um resultado normal a TIAC. Quando a temperatura cai abaixo da

TIAC, os modelos termodinmicos devem mostrar o aumento da quantidade de

parafinas precipitadas com a distribuio de nmeros de carbono dos

constituintes do leo.

As tcnicas experimentais medem a maior temperatura em que os cristaisde cera so detectados quando uma amostra de leo pr-aquecida resfriada

a uma taxa controlada. A acuracidade altamente dependente da

representatividade da amostra, do manuseio dessa em laboratrio de da

sensibilidade do equipamento utilizado ou da metodologia.

Karam (2000) afirmou que uma distino deve ser feita entre TIAC

termodinmica e TIAC experimentalmente medida. A TIAC termodinmica

define a mxima temperatura na qual as fases lquida e slida existem em

equilbrio a uma presso fixa. A TIAC experimental representa a temperatura


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28

na qual os primeiros cristais so detectados e, consequentemente, depende

da sensibilidade da tcnica experimental usada para realizar as medidas.


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29

3. Metodologia

Para analisar o comportamento da presso no interior das linhas de

produo, dada diferentes espessuras de depsitos parafnicos, foramrealizadas vrias simulaes, considerando cenrios distintos. Para cada

cenrio, a espessura do depsito foi alterada. A anlise da presso para cada

um dos cenrios considerados foi comparada para cada uma das simulaes.

A variao da espessura dos depsitos parafnicos foi considerada

alterando-se somente o raio da tubulao e mantendo as outras propriedades

referentes ao leo e ao duto, constante. A figura 3.1 a seguir mostra a

alterao do dimetro interno de um pipeline devido ao fenmeno de deposio

parafnica e a figura 3.2 apresenta os cenrios simulados neste projeto.

Figura 3.1 - Variao do dimetro de um pipeline devido deposio parafnica.

Modificado de (Flogler, 2004)

Figura 3.2 - Cenrios de simulao, considerando diferentes dimetros de duto.

Elaborada pelo autor


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30

A deposio da parafina nas paredes dos dutos totalmente homognea,

ou seja, considerou-se a deposio em toda a parede do duto e no apenas

em pores especficas.

Em relao s propriedades do leo, elas foram s mesmas para todos oscenrios simulados.

A apresentao dos resultados do problema proposto mostrada de

forma grfica, permitindo uma melhor visualizao do comportamento da

presso para diferentes espessuras de depsitos parafnicos.

Para analisar o quo prejudicial esta variao de presso pode ser para

as instalaes de produo, foi necessria a utilizao de um software queresolvesse as equaes que regem o escoamento de fluidos. Todas as

equaes so demonstradas a seguir, atravs do modelo matemtico.

Optou-se por um software comercial bem difundido, para resoluo das

equaes, dentre um leque de opes existentes no mbito acadmico. O

software escolhido faz uso da tcnica de anlise nodal para determinar as

presses ao longo do duto, desde a origem do fluxo at o seu destino final. Foi

possvel ento, plotar suas curvas por todo o trajeto dos fluidos. Este aplicativo

amplamente difundido na rea de Engenharia de Elevao e Escoamento de

petrleo, sendo melhor apresentado atravs do modelo numrico descrito

adiante.


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31

4. Especificao de Casos

O problema a ser investigado neste projeto refere-se ao comportamento

da presso a partir da deposio parafnica, como abordado anteriormente.Para que este objetivo seja cumprido, foram avaliados quatro (4) cenrios

distintos. Para cada cenrio, foram utilizadas as mesmas propriedades do leo,

o mesmo modelo matemtico, o mesmo modelo numrico e o mesmo modelo

fsico, alterando apenas o raio da tubulao nas regies de interesse para

anlise. As propriedades do leo, os modelos fsico, numrico e matemtico

so apresentados a seguir.

4.1 Modelo Numrico

O softwareescolhido para realizao deste trabalho uma ferramenta

computacional para simulao de escoamento multifsico em sistemas de

produo de leo e gs. Esta ferramenta modela o escoamento de fluidos em

regime permanente. Ele possui um conjunto completo de correlaes empricas

e modelos mecanicistas padres na indstria do petrleo. O comportamento

termodinmico dos fluidos avaliado atravs do modelo blackoil ou pelo

modelo composicional.

A operao deste simulador dividida em mdulos, sendo os principais

utilizados neste trabalho:

Anlise do Sistema Operacional (System Analisys): Este mdulo permite

analisar as condies de operao do sistema, de acordo com a anlise

de sensibilidade para cada caso;

Perfil de Presso e Temperatura (Pressure and Temperature Profile):

Neste mdulo determina-se a presso e a temperatura em cada ponto

do sistema. Por exemplo, grficos de presso e de temperatura versusa

profundidade do poo.

Comparao das Correlaes de Escoamento (Flow Correlation

Comparison): Neste mdulo possvel comparar o desempenho das

correlaes do escoamento multifsico, permitindo determinar qual

correlao apresentou resultados mais ou menos otimistas.


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32

O procedimento de obteno da soluo implementada baseado na

tcnica denominada anlise nodal, que consiste em segmentar a linha de fluxo

em um determinado nmero de trechos, denotado pelo ndicej, cada trecho por

sua vez subdividido em pequenos intervalos denotado pelo ndice i, tal como

pode ser visualizado na Fig. 4.1. Resolvem-se, ento, as equaes em cada

intervalo progressivamente at atingir o ponto de interesse. A tcnica

comumente aplicada para anlise de escoamento multifsico, visto que as

propriedades PVT presso/volume/temperatura do fluido se alteram

significantemente na medida em que o fluido transportado. Alm disso, a

geometria por onde estes fluidos escoam pode sofrer mudanas no dimetro,

na rugosidade da parede interna e na inclinao do duto. A diviso em Trechos

j para poder contemplar tubulaes com diversas inclinaes.

Figura 4.1 Representao Esquemtica do domnio onde procura-se as equaes

governantes. Elaborada pelo autor


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33

A integrao da equao a seguir ao longo do comprimento do duto L

permite calcular o diferencial de presso ,

== (4.1)

em que o diferencial de presso calculado sucessivamente para diferentessegmentos da tubulao, n o nmero de seguimentos, m o nmero de

clculos incrementados em cada seguimento.

Partindo-se de um valor de presso constante medido no manifold,

possvel utilizar o gradiente de presso multifsico dP/dL para calcular a

presso de fluxo at a plataforma de produo para uma dada vazo q de

escoamento em condies standard.

O software faz uso da tcnica de anlise nodal para determinar as

presses ao longo do duto de escoamento, desde a origem do fluxo at o seu

destino final, tornando possvel plotar as curvas de queda de presso por todo o

trajeto dos fluidos.

4.2 Modelo Matemtico

Dado um duto com as condies conhecidas em um determinado ponto

inicial chamado de ponto 1, as condies em determinado ponto final chamado

de ponto 2 como mostra a figura 4.2 so determinadas da seguinte forma:

. (4.2)

Onde: e so as presses nos pontos 1 e 2, respectivamente; o diferencial de comprimento; o diferencial de presso.


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34

Figura 4.2 - Ilustrao de escoamento em dutos. Stuckenbruck, escoamento em dutos,

2009, p.106

O gradiente de presso dP/dL representa a queda de presso por

unidade de comprimento do duto. O gradiente de presso composto do

componente da gravidade, atrito e acelerao. A queda total de presso dada

da seguinte forma:

) +

) +

) (4.3)

... +..sin()+. .

(4.4)

Onde: f o fator de atrito,

o dimetro interno do duto; a velocidade.

O fator de atrito calculado atravs do nmero de Reynolds e depende

da rugosidade do duto, onde:


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35

. . (4.5)

Onde:

a viscosidade do fluido.

Vrias correlaes podem ser utilizadas para a determinao do fator de

atrito, entre elas a correlao de Blasius para escoamento laminar, correlao

de Colebrook e o grfico de Moody. Todas essas correlaes podem ser

encontradas em TUCKENBRUCK (2009 e 2010).

Aps definir os parmetros do escoamento atravs das correlaes, o

gradiente de presso pode ser calculado.

4.3 Modelo Fsico

O modelo fsico apresentado na figura 4.3 a seguir foi o modelo escolhido

para ser trabalhado neste projeto.

Figura 4.3 - Representao do modelo fsico para todos os casos

Observa-se que ele composto de dois segmentos denominados aqui de

trecho 1, referindo-se um Subsea Tieback, disposto na horizontal e trecho 2,

referindo-se ao Riser, disposto na posio vertical.O ponto de partida do fluido

Trecho 1 Trecho 2


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36

o Subsea Manifold e o ponto final, ou ponto de recepo uma estao

separadora, localizada no interior de uma plataforma offshore. O Subsea

Manifoldtem a funo de receber a produo de leo e gs da rvore de Natal

molhada (ANM) instalada na superfcie do leito marinho, durante a produo de

um reservatrio. O Subsea Tieback uma linha submarina apoiada no leito

marinho, o Riser o duto responsvel pela conduo dos fludos at a

plataforma e o separador o equipamento de processamento primrio,

responsvel pela separao das fases gua e leo.

Na figura 4.4 a seguir, mostrado o mesmo modelo fsico definido

anteriormente, desta vez com a representao na simbologia gerada pelo

software.

Figura 4.4 - Representao na simbologia gerada pelo sof tware


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37

4.3.1 Propriedades do Manifold

As propriedades do manifoldso representadas atravs da tabela 4.1:

Tabela 4.1 Propriedades do Manifo ld

Parmetro Valor

Temperatura 80 C

Presso 3500 Psia

4.3.2 Propriedades do Separador

Seguem relacionadas na tabela 4.2 abaixo, as propriedades do

separador utilizado neste projeto.

Tabela 4.2 Propriedades do Separador

Parmetro Valor

Tipo Lquido

Eficincia 100%


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4.3.3 Propriedades do Subsea Tieback

As propriedades do subsea tieback so apresentadas de acordo com a

tabela 4.3 abaixo:

Tabela 4.3 Propriedades do Subs ea Tieback

Parmetro Valor

Distncia Horizontal 1500 m

Diferena de Elevao 0 m

Dimetro Interno 0,254 m = 10 pol

Espessura da Parede 0,0127 m = 0,5 pol

Rugosidade 2,54m = 0,001 polTemperatura Ambiente 30 C

Transferncia de Calor 0 btu/hr/ft

Como pode ser observado na tabela anterior, o subsea tieback est

totalmente disposto na horizontal, em todos seus mil e quinhentos metros de

extenso. A figura a 4.5 a seguir a representao do esquema do subsea

tiebackgerada pelo software.

Figura 4.5 - Esquema do Subs ea Tiebackgerado pelo sof tware


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39

4.3.4 Propriedades do Riser

Seguem relacionadas na tabela 4.4 as propriedades do riser utilizadas

neste projeto:

Tabela 4.4 Propriedades do Riser

Parmetro Valor







Observa-se da tabela acima que o riser est totalmente disposto na

vertical, em todos seus dois mil metros de extenso. A figura a 4.6 a seguir a

representao do esquema do risergerada pelo software.

Figura 4.6 - Esquema do Riser gerado pelo sof tware


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40

4.4 Propriedades do leo

Os dados utilizados neste projeto correspondem a valores reais e

utilizados em campo. Estas informaes foram obtidas junto a uma das

maiores empresas de energia do mundo, assim como do banco de dados do

software. A caracterizao dos fluidos foi feita utilizando o modelo Blackoil, por

necessitar de uma menor quantidade de informaes do que a modelagem

composicional, tornando a simulao mais rpida. Estes dados so mostrados

na tabela 4.5 a seguir:

Tabela 4.5 - Caracterizao do fluido modelo Blackoi l

Parmetro Valor

Porcentagem de gua - WCut 5%

Razo Gs/leo - RGO 800 Scf/STB

Densidade Relativa do Gs 0,64

Densidade Relativa da gua 1,02

Densidade do leo, API 30

Viscosidade do leo Morto, cP 79,55 cP a 15,55 C

2,64 cP a 93,33 C

Concluindo a descrio das propriedades do leo, segue na tabela 4.6

as correlaes usadas em cada etapa do modelo:

Tabela 4.6 - Correlaes UtilizadasParmetro Correlao

Escoamento Multifsico Vertical Beggs & Brill Revised

Escoamento Multifsico Horizontal Beggs & Brill Revised

Viscosidade do leo Morto Beggs & Robinson


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41

4.5 Apresentao dos casos analisados

De forma geral os casos estudados podem ser resumidos como:

Caso 1: Escoamento considerando riser limpo, sem incrustao

parafnica;

Caso 2: Escoamento considerando a espessura do depsito parafnico

de 3 polegadas;


de 5 Polegadas;


de 7 Polegadas;

Comparao dos resultados para os quatro (4) casos descritos.

Cada um dos casos ser efetuado utilizando o mdulo Pressure vs Total

DistanceProfiles com o campo Outlet Pressureuma vez que j conhecemos

a presso de entrada e queremos conhecer a presso na sada.

Como mencionado anteriormente, foram utilizadas as mesmas

propriedades do leo, o mesmo modelo matemtico, o mesmo modelo

numrico e o mesmo modelo fsico para cada um dos casos, alterando apenas

o raio da tubulao na regio de interesse para anlise. As propriedades do

manifold, do separador, do subsea tieback e do leo e j foram mostradas

anteriormente durante a modelagem fsica dos casos apresentados. Por este

motivo e por questo de comparao com os demais casos, ser mostrada

apenas a tabela com as propriedades do riser, onde a propriedade Dimetro

Interno ser modificada para cada caso simulado.


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5. Resultados e Discusses

5.1 Caso 1: Escoamento considerando r iser limpo, sem

incrustao parafnica.

Para o caso 1 em especfico, vamos considerar que no h incrustao

parafnica na parede dos dutos, ou seja, consideraremos o modelo de riser

mostrado no modelo fsico, com 10 polegadas de dimetro e 0 polegadas de

incrustao parafnica, como mostrado na tabela 5.1 a seguir.

Tabela 5.1 Propriedade do RiserCaso 1

O gradiente de presso calculado apresentado na Fig. 5.1 na qual se

pode verificar a queda de presso ao longo do duto.

Parmetro Valor








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Figura 5.1 Queda de Presso para o duto de 10 polegadas Caso 1

De acordo com o resultado apresentado, o fluido possui energia suficientepara escoar at o final da tubulao de comprimento equivalente igual a 3.500

m, percorrendo os primeiros 1500 m de duto (Trecho 1 - subsea tieback) sem

mostrar queda de presso relevante. Isso se deve ao fato do duto referente ao

primeiro trecho estar horizontalmente fixado no leito marinho, ou seja, no h

variao gravitacional permitindo que o termo da gravidade para o clculo da

queda de presso seja desprezado.

) +

) +

)

Isso implica dizer que a queda de presso para o primeiro trecho leva em

considerao apenas as componentes do atrito e da acelerao.

A partir de 1500 m at o separador situado no interior de uma plataformaoffshore (Trecho 2 risercom 2000 m de duto), o termo da gravidade para o


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clculo da queda de presso passa ser considerado, uma vez que a partir

deste ponto o duto de produo se encontra totalmente na vertical. A queda de

presso proporcional distncia percorrida pelo fluido produzido e a presso

final medida em superfcie para este caso de 1868,158 Psia. A tabela 5.2 a

seguir mostra com mais detalhe a queda de presso pela distncia percorrida

pelo fluido.

Tabela 5.2 Queda de Presso vs. Distncia Caso 1

Distncia (m) Presso (Psia)

0 3500,000375 3496,667

750 3493,332

1125 3489,997

1500 3486,66

1833,333 3192,253

2166,667 2906,008

2500 2629,315

2833,333 2363,6693166,667 2110,597

3500 1868,158

A queda de presso total calculada como:

3500 1868,158 1631,842


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parafnico de 3 polegadas;

No caso 2 vamos considerar o incio de deposio parafnica na parede do

riser. Consideraremos que no riser de 10 polegadas do caso 1, h agora 3polegadas de incrustao parafnica aderida na parede do duto de forma

homognea, ou seja, em toda sua extenso, at o separador. Isto faz com que

a rea da seo transversal do duto aberta ao fluxo seja de 7 polegadas, como

mostrado na tabela 5.3 a seguir.



pode verificar a queda de presso ao longo do duto para este cenrio.

Parmetro Valor








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Figura 5.2 Queda de Presso para o duto de 7 polegadas Caso 2

Similarmente ao resultado apresentado no caso 1, o fluido possui

energia suficiente para escoar at o final da tubulao de comprimento

equivalente igual a 3.500 m, percorrendo os primeiros 1500 m de duto (Trecho

1 - subsea tieback) sem mostrar queda de presso relevante. A presso final

medida em superfcie para este caso de 1782,922 Psia, um pouco menor do

que a presso apresentada no caso 1. A tabela 5.4 a seguir mostra com mais

detalhe a queda de presso pela distncia percorrida pelo fluido.


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Tabela 5.4 - Queda de Presso vs. Distncia Caso 2

A queda de presso para o caso dois :

3500 1782,922 1717,078


0 3500

375 3496,667

750 3493,332

1125 3489,997

1500 3486,555

1833,333 3174,374

2166,667 2872,777

2500 2582,1852833,333 2302,768

3166,667 2036,099

3500 1782,922


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parafnico de 5 polegadas;

No caso 3 consideraremos que no riser de 10 polegadas do caso 1, h

agora 5 polegadas de incrustao parafnica aderida na parede do duto de

forma homognea. Isto faz com que a rea da seo transversal do duto aberta

ao fluxo seja de 5 polegadas, como mostrado na tabela 5.5 a seguir.




Parmetro Valor








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Figura 5.3 Queda de Presso para duto de 5 polegadas Caso 3

Semelhantemente aos resultados apresentados nos casos 1 e 2, o fluido

possui energia suficiente para escoar at o final da tubulao de comprimento

equivalente igual a 3.500 m, percorrendo os primeiros 1500 m de duto (Trecho

1 - subsea tieback) sem mostrar queda de presso relevante. A presso final

medida em superfcie para este caso de 1309,681 Psia, um pouco menor do

que a presso apresentada no caso 2. A tabela 5.6 a seguir mostra com mais

detalhe a queda de presso pela distncia percorrida pelo fluido.


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A queda de presso para o caso trs :

3500 1309,681 2190,319


0 3500375 3496,667

750 3493,332

1125 3489,997

1500 3486,66

1833,333 3103,647

2166,667 2728,39

2500 2361,5932833,333 2004,313

3166,667 1655,173

3500 1309,681


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5.4 Caso 4: escoamento considerando dimetro do r iserde 3 pol

No caso 4 consideraremos que no riser de 10 polegadas do caso 1, h

agora 7 polegadas de incrustao parafnica aderida na parede do duto de

forma homognea. Isto faz com que a rea da seo transversal do duto aberta

ao fluxo seja de 3 polegadas. importante salientar que este tipo de caso

ocorre para cenrios extremos, mas, apesar disso, j realidade em guas

ultra profundas. A tabela 5.7 a seguir mostra com detalhes as propriedades do

riserpara o caso 4 analisado.




Parmetro Valor








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Figura 5.4 Queda de Presso para duto de 3 polegadas Caso 4

Diferentemente dos resultados apresentados nos casos 1, 2 e 3, o fluido

no possui energia suficiente para escoar at o final da tubulao de

comprimento equivalente igual a 3.500 m, pelo fato da queda de presso ser

muito grande. A distncia mxima que o fluido percorre na tubulao de

2166,667 m onde chega a 0 Psia de presso, ou seja, apenas 666,667 m a

partir do riser. A tabela 5.8 a seguir mostra com mais detalhe a queda de

presso pela distncia percorrida pelo fluido.


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Para este cenrio em especfico, outra simulao foi realizada considerando

as mesmas propriedades de fluido e dutos apresentadas anteriormente para

este caso, objetivando saber qual seria a presso mnima inicial medida no

manifold para que o fluido tivesse energia suficiente para chegar at a

plataforma de produo.

Para esta ltima simulao, utilizou-se o mdulo Pressure vs Total

Distance Profiles com o campo Inlet Pressure, uma vez que queremos

conhecemos a presso de entrada para uma presso de sada conhecida.


0 3500

375 3496,667

750 3493,332

1125 3489,997

1500 3486,66

1833,333 1867,627

2166,667 0


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Figura 5.5 Presso mnima para o duto de 3 polegadas Caso 4

De acordo com a anlise do grfico anterior, para que fluido tenha

energia suficiente para chegar at o separador passando pelos 3500 m dedutos na configurao apresentada, a presso mnima exigida no manifold de

8922,0539 Psia. Esse resultado ento garante a necessidade de intervenes

tcnicas e operacionais, sejam elas nos dutos ou no reservatrio em que o

poo est produzindo.

Para que esse problema seja resolvido, pode-se propor 2 caminhos

diferentes: O primeiro fazer com que a presso no manifold chegue at apresso mnima necessria para ascenso do fluido at a plataforma. Para que

essa presso seja atingida, se faz necessria a utilizao de mtodos especiais

de recuperao objetivando o aumento da presso do fluido na sada do

reservatrio. O grande problema que em sua grande maioria, estes mtodos

so bastante dispendiosos e por isso se descarta sua utilizao para este tipo

de problema. O segundo caminho proposto a utilizao de mtodos

corretivos, de forma a desobstruir as paredes da tubulao e por vez, realizar a


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55

substituio das linhas, causando empresa responsvel um gasto no

esperado e por vez inviabilizando a continuidade de produo nessas linhas.

5.5 Comparao dos Resultados

A comparao dos resultados para os 4 casos simulados pode ser

visualizada de forma grfica e a partir de tabela, como mostram a figura 5.6 e

a tabela 5.9, mostradas abaixo.

Figura 5.6 Comparao dos resultados para todos os casos simulados


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Tabela 5.9 Comparao dos casos analisados

Caso

Dimetro

do Riser

(Pol)

Espessura do

depsito

parafnico (Pol)

Dimetro da

rea aberta ao

fluxo (Pol)

Presso

Final (Psia)

Queda de

Presso

(Psia)

Caso 1 10 0 10 1868,158 1631,842

Caso 2 10 3 7 1782,922 1717,078

Caso 3 10 5 5 1309,681 2190,319

Caso 4 10 7 3 0 0

A partir do grfico e da tabela, ambos mostrados anteriormente, podemos

tirar as seguintes concluses:

1. Quanto maior a espessura do depsito parafnico, menor o dimetro da

rea aberta ao fluxo;

2. Quanto menor o dimetro da rea aberta ao fluxo, menor a presso final

medida em superfcie;

3. Uma menor presso final medida na superfcie implicar em uma maior

queda de presso.

Resumidamente, podemos dizer que quanto maior a espessura do depsito

parafnico, maior ser a queda de presso no duto por unidade de

comprimento. Com esse resultado, conseguimos chegar ao objetivo do

presente trabalho.


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6. Implicao dos Resultados

De acordo com os resultados apresentado nos casos simulados, a

queda de presso proporcional quantidade de parafina depositada naparede dos dutos. Para problemas mais graves, o resultado apresentado pode

gerar complicaes srias para a empresa operadora. So eles:

Obstruo parcial ou total da tubulao;

Perda de produo;

Perdas financeiras causadas por menor produtividade nas linhas;

Gastos com mtodos corretivos;

Incremento da potncia de bombeio;

Necessidade de substituio de equipamentos;

Paralizao da produo em casos mais graves, gerando perdas

financeiras adicionais.

Por este motivo, faz necessria a utilizao de mtodos que auxiliaro

na preveno de formao da parafina, sejam eles inibidores qumicos ou

isolamento trmico das linhas.


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7. Concluso

O presente trabalho mostrou o comportamento da presso mediante a

deposio parafnica em dutos subsea. Os resultados mostraram uma realqueda de presso associada formao de depsitos parafnicos em dutos.

As simulaes realizadas no software, juntamente com as correlaes

utilizadas, apresentaram resultados bastante expressivos e dentro do esperado

para as caractersticas do reservatrio e do fluido em questo, sendo

condizentes com os resultados reportados na literatura, o que comprova sua

grande aplicao e eficcia quando se trata de simulaes de escoamento.

As simulaes demostraram a importncia de um estudo prvio desta

disciplina em poos de produo de hidrocarboneto. Em um cenrio real, por

exemplo, se fosse utilizada a configurao de projeto de linhas apresentado

neste trabalho e considerando a formao de parafina, certamente haveria

srios problemas operacionais e grandes custos de mitigao. A

recomendao, portanto, realizar adequadamente uma anlise do potencial

de formao de parafina e de suas medidas preventivas.

O aprendizado com relao ao software foi de grande importncia, pois

alm de permitir o aprimoramento do conhecimento em diversas reas da

Indstria do Petrleo, esse programa computacional muito utilizado por

diversas empresas, como Petrobras, Schlumberger, Halliburton, Expro, dentre

outras.


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