Modelagem e simulação composicional do escoamento multifásico em tubulações com geração de modelos substitutos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Carvalho, Gustavo Alves de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Palavras-chave em Português: Multiphase flow; Phase equilibrium; Surrogate models; Oil production; Compositional model; Escoamento multifásico; Petróleo; Equilíbrio de fases; Modelos substitutos; Produção de petróleo; Modelo composicional; ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/19614

A análise do escoamento em instalações de produção de petróleo é fundamental para o projeto, simulação e avaliação destes sistemas. Nestes casos, o escoamento usualmente acontece com a presença de mais de uma fase, uma mistura de líquido e vapor, com diferentes padrões de escoamento. A modelagem correspondente do escoamento é caracterizada pelas equações de conservação de massa, momento e energia; que por sua vez irão demandar valores para as propriedades termodinâmicas do líquido e do vapor. A abordagem adotada na maior parte das vezes para avaliação destas propriedades envolve um modelo black-oil ou tabelas pré-definidas. Entretanto, uma abordagem composicional é capaz de refletir melhor as propriedades termodinâmicas ao longo do escoamento. Desta forma, a presente dissertação apresenta o desenvolvimento e simulações de um modelo de escoamento bifásico em regime permanente em tubulações, no qual o equilíbrio entre as fases durante o escoamento é descrito empregando-se modelos termodinâmicos baseados na composição, sendo capaz de gerar resultados pertinentes comparáveis a modelos da literatura. A modelagem fluidodinâmica adotada é baseada no modelo de dois fluidos, constituindo-se uma alternativa recomendada para representar o comportamento de sistemas pouco acoplados como escoamentos estratificados. Visando permitir a utilização futura dos resultados obtidos em problemas de otimização, modelos substitutos foram gerados utilizando redes neuronais artificiais. Estes modelos são potencialmente importantes devido ao menor esforço computacional envolvido. A aplicação da metodologia proposta é ilustrada através de dois casos hipotéticos típicos da indústria de petróleo e gás, um deles envolvendo reservatório, poço, linha de escoamento e riser; e um caso de escoamento de gás natural para análise de formação de condensado. Os modelos de escoamento desenvolvidos apresentaram resultados coerentes com outros modelos de um software comercial e o modelo substituto foi capaz de prever resultados com boa acurácia.