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Título: Análise da aplicação de ejetores de superfície para o aumento de produção de poços de petróleo
Autor(es): Oliveira, Leonardo Asfora de
Palavras-chave: Métodos de elevação artificial;Bombeados;Submergência;Anular;Pressão de revestimento;Ejetor;CFX;Análise nodal;Bombeio centrífugo submerso
Data do documento: 30-Jun-2017
Citação: OLIVEIRA, Leonardo Asfora de. Análise da aplicação de ejetores de superfície para o aumento de produção de poços de petróleo. 2017. 141f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Abstract: When the reservoir doesn’t have enough energy to raise the fluids to the surface or when its natural flow rate isn’t economically viable, artificial lift methods are required. Among these there are those that are called pumping methods, which rely on bottomhole pumps. Because of their working principle, the performance of these pumps decrease when free gas is ingested. Therefore, sometimes gas separators are installed upstream of the pump in order to redirect some of the gas to the annulus, and the completion is made without a packer. The annulus and the production line are connected via a check valve, allowing gas flow from the annulus to the production line whenever the casing pressure is higher than the wellhead pressure. However, in some cases the wellhead pressure is high enough, causing the gas to get trapped in the annulus, increasing casing pressure and therefore reducing pumps’ submergence. In the worst case scenario, when the reservoir is depleted, the casing pressure comprises significant part of the bottomhole pressure. When this is the case, the fluid level become very close to the suction ports, provoking flow instabilities or, in some cases, making it unfeasible. This dissertation intends to study one possible solution to this problem, which came about as part of a partnership between Petrobras and UFRN, which is the installation of an ejector in the production line. Ejectors are devices that utilizes the energy of a motive fluid in order to suck a secondary one. In this particularly application, the well’s own production is used to suck the separated gas from the annulus. Throughout the text, a simplified mathematical model is developed in order to conduct performance analysis and design by using the basic principles of conservation of mass, momentum and energy for control volumes. This model was verified with the aids of computational fluid dynamics, where the software CFX from ANSYS version 16.0 was utilized. Finally, ejector’s influence on an well equipped with an Electrical Submersible Pump is discussed utilizing nodal analysis, where it was shown that it’s possible to increase flow rate when a Variable Speed Drive (VSD) is available, maintaining the same submergence.
Resumo: Quando o reservatório não possui energia suficiente para elevar os fluidos à superfície ou quando a vazão de surgência não é economicamente viável, faz-se necessário a instalação de métodos de elevação artificial. Nestes estão inclusos aqueles denominados de bombeados, que se valem da instalação de uma bomba de subsuperfície no fundo do poço. Devido ao princípio de funcionamento destas bombas, elas apresentam redução de performance quando succionam gás livre advindo do reservatório. Isso justifica a completação destes poços sem a utilização de packer e com separadores de gás na sucção das bombas, de forma a redirecionar parte do gás livre para o espaço anular. O gás separado é então transferido à linha de surgência através de uma válvula de retenção, que permite sua passagem sempre que a pressão de revestimento for maior do que a da linha. No entanto, em muitos casos a pressão de linha é alta, fazendo com que o gás seja aprisionado no anular, elevando a pressão de revestimento e reduzindo a submergência destas bombas. Nos casos mais críticos, quando o reservatório já encontra-se depletado, a pressão de revestimento compreende parcelas significativas da pressão de fluxo de fundo, de forma que o nível de líquido pode atingir a sucção das bombas, tornando a produção instável ou, muitas vezes, inviabilizando-a. Este trabalho, portanto, se propõe a estudar uma possível solução para este problema, advinda de uma colaboração entre Petrobras e UFRN: a instalação de ejetores na linha de surgência. Ejetores são equipamentos que se utilizam da energia de um fluido, denominado de fluido motriz, para aspirar ou succionar outro, denominado de secundário. Nesta aplicação, a própria produção do poço de petróleo seria utilizada para aspirar o gás do anular. Ao longo do texto, é desenvolvida uma modelagem matemática simplificada para fins de análise de performance e dimensionamento destes ejetores, onde foram utilizados os princípios da conservação de massa, momento e energia em cada seção do ejetor. Este modelo foi verificado e ajustado através da fluidodinâmica computacional utilizando o software CFX da empresa ANSYS, versão 16.0. Por fim, a influência de um ejetor na linha de surgência de um poço que opera por Bombeio Centrífugo Submerso é analisada através de análise nodal, onde foi possível demonstrar que sua instalação permite um aumento da vazão de produção do poço quando este é equipado com variador de frequência, mantendo inalterada a submergência.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/23878
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