Hidrodinamica do escoamento bifasico oleo pesado - agua em um tubo horizontal

Orientador: Antonio Carlos Bannwart Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências Resumo: Considerados de grande importância na indústria petroleira, os óleos pesados constituem uma grande reserva a ser explotada e produzida. Devido a dificuldades associadas às propriedades do óleo como densidade e viscosidade, tem-se procurado métodos para produzí-lo e transportá-lo de forma econômica. Uma dessas técnicas é o corejIow, que é basicamente a injeção lateral de pequenas quantidades de água, com o fim de lubrificar o óleo, formando uma configuração concêntrica anular, onde o óleo ocupa o centro e a água a parte externa. Neste trabalho fizeram-se testes experimentaispara obter diversas informaçõessobre os padrões de fluxo em duto horizontal de um escoamento óleo pesado - água, com ênfase no padrão corejIow. Estabeleceuse uma análise de estabilidade unidimensional geral para o padrão anular liquido - líquido horizontal, através da qual chegou-se a um critério geral de estabilidade, o qual inclui o critério de Kelvin-Helmhotz, conseguindo representar bem os resultados experimentais. Os dados coletados no laboratório também permitiram desenvolver um modelo para cálculo das perdas de pressão e da fração volumétrica com correlações que consideram os fenômenos fisicos relevantes: turbulência do anel, escorregamento entre as fases, molhabilidade e rugosidade da parede e as ondulações no núcleo de óleo. O uso do corejIow consegueu reduzir a perda de pressão em até 225 vezes em comparação com o óleo sozinho Abstract: Heavy oi! has a growingimportancein the oi! industry,given the amountof its largeand unexploited reserves. Because of the natural difficulties reIated to its physical properties - higb viscosity and density - researchhas been focusedon how to produce and transportheavyoi] economically. Oneofthemostpromisingtecbniquesinvestigated, nownascore-annularflow 01 coreflow, is based on the lateral injection of few amounts of water, so as to lubricate the oil and form an annular liquid-liquid flow pattern, with the oi! in the center, surrounded by a watel annulus. In this work, experiments were performed in a horizontal pipe, in order to obtain detailed information on different heavy oil-water flow patterns, with special interest on the core flow pattern. A one- dimensional approach to the stability ofhorizontalliquid-liquid annular flow was developed and a general stability criterion was derived, which incIudes the Kelvin-HelInholtz criterion as a special case, and gives good agreement with the laboratory measurements. The data coIlected also allowed to develop pressure drop and holdup models taking into account alI relevant physical phenomena: annulus turbulence, slip between the phases, wall wettability and roughness and interface waviness. In the present experiments, pressure drop was reduced up to 225 fold in core flow compared with the flow of an equal amount of the oi! Mestrado Reservatórios e Gestão Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo