Hyper-reading: What we do and what it does to us

O gás livre que entra na sucção da bomba afeta o seu desempenho de várias maneiras, provocando uma redução de sua capacidade de elevação (head). Segundo Takács (2009), tanto os estudos teóricos como os experimentais nos levam a afirmar que essa redução da capacidade de elevação da bomba segue tendências diferentes, dependendo da quantidade de gás livre presente e de seu ponto de operação, se antes ou depois do ponto de melhor eficiência energética da bomba (BEP). A Figura 3.10 busca representar as tendências de perda do desempenho da bomba, destacando duas regiões onde a redução acontece de formas bem diferentes.

CAPÍTULO 3. MODELOS PARA O SIMULADOR BCS 33

Figura 3.10: Tendências de perda de desempenho da bomba centrífuga

se dá com a fase gás uniformemente dispersa no líquido. O efeito sobre o desempenho da bomba deve-se ao fato de que a quantidade de gás livre que entra na sucção aumenta o volume total de fluidos que a bomba deve tratar. Dessa forma, comparando-se com o desempenho da bomba para o escoamento monofásico líquido, há uma redução da capa- cidade de elevação de líquidos. Mesmo com perda de desempenho, o funcionamento da bomba nesta região ainda é estável.

Prado (2007) afirma que para essa região estável, pode-se usar o modelo homogêneo como uma boa aproximação. O modelo homogêneo é aquele que considera que as fases se comportam como uma mistura homogênea durante o escoamento. Segundo Prado (2007), para o modelo homogêneo, a capacidade de elevação de líquidos quando há presença de gás livre é dada pela equação 3.33.

Hh= Hl· (ρm

ρl) (3.33)

em que Hh, Hl, ρm e ρl são respectivamente a capacidade de elevação de líquido pela bomba para escoamento multifásico no modelo homogêneo, a capacidade de elevação de líquido pela bomba para escoamento monofásico líquido, a massa específica da mistura gás-líquido e a massa específica da fase líquida.

CAPÍTULO 3. MODELOS PARA O SIMULADOR BCS 34 A equação 3.33 deve ser aplicada a cada estágio da bomba centrífuga, pois a cada estágio há variações de pressão e temperatura. Nos estágios mais próximos da sucção, a pressão é menor e por isso é maior a fração de gás livre, e consequentemente menor a densidade da mistura, o que ocasiona uma menor capacidade de elevação e uma menor eficiência para o estágio. Nos estágios mais próximos à descarga da bomba, as pressões são mais elevadas e suas capacidades de elevação são maiores.

A outra região destacada na Figura 3.10, a região A, é uma região instável onde o fluxo é heterogêneo. Nessa região, a gravidade e a força centrífuga separam o gás e o líquido mais rapidamente que a turbulência possa misturá-los. O gás, sendo mais leve, acumula-se nas regiões de menor pressão das pás da bomba reduzindo a capacidade de elevação do sistema. Se o acúmulo de gás torna-se elevado, ele pode bloquear o fluxo de líquidos através da bomba, o que caracteriza o fenômeno do bloqueio de gás.

De acordo com Turpin, Lea e Bearden (1986), os limites de operação estáveis da bomba centrífuga estão relacionados com a pressão na sucção da bomba, a vazão de lí- quidos e de gás pela equação 3.34.

τ = 2000 · (_{3 · P}qg/ql

suc) (3.34)

em que τ, qg, ql e Psucsão respectivamente o índice de interferência de gás de Turpin, a vazão de gás na sucção da bomba (bpd), a vazão de líquido na sucção da bomba (bpd) e a pressão na sucção da bomba (psia).

Uma operação estável da bomba é esperada para τ < 1.0, enquanto que interferência de gás e perda da capacidade de elevação da bomba são esperadas se τ > 1.0.

Buscando-se simular a perda de desempenho da bomba ocasionada pela presença de gás, podemos utilizar o modelo homogêneo, quando a bomba operar acima de seu ponto de melhor eficiência ou τ < 1.0 ou gerar aleatoriamente uma vazão entre zero e a vazão desenvolvida pelo modelo homogêneo, quando τ > 1.0.

Capítulo 4

O Software Simulador BCS

O simulador desenvolvido pela equipe do projeto Automação de Poços (AUTOPOC) da UFRN é uma ferramenta capaz de representar o comportamento dinâmico de sistemas BCS e avaliar numericamente diversos parâmetros relevantes ao mesmo, permitindo a fácil visualização de diversos fenômenos pertinentes ao processo, tudo isso de forma con- veniente e a custos e tempos menores do que experimentos com poços reais. Através dele, podem ser realizadas simulações baseadas em dados reais para prever o comportamento do poço sob condições específicas, permitindo o cálculo de variáveis de interesse como o nível dinâmico, vazão, temperatura do motor, tempo até a estabilização, a frequência de operação, submergência do canhoneado, rotação do motor, entre outras variáveis. O conhecimento dessas podem evitar falhas, facilitando tomadas de decisão em uma parcela menor de tempo e permitindo também controlar o aumento da produção de petróleo atra- vés de ajustes das condições de funcionamento (frequência, pressão na cabeça, pontos de operação etc.)

O software também nos fornece a possibilidade de comunicação com outros progra- mas e equipamentos, permitindo assim a implementação e teste de algoritmos de controle para este método de elevação artificial.

A implementação do simulador BCS foi realizada com o ambiente de desenvolvi- mento integrado C++ Builder 6. Foram aplicados à estrutura do simulador conceitos de programação orientada a objetos (POO), como por exemplo, a utilização de padrões de projeto. Este tipo de abordagem proporciona um desenvolvimento mais flexível e seguro na implementação dos componentes de software. O desenvolvimento da interface gráfica com o usuário, das animações tridimensionais e a arquitetura de software utilizada no simulador são discutidos em Barbosa (2008).

CAPÍTULO 4. O SOFTWARE SIMULADOR BCS 36

4.1 Interface gráfica do Simulador

O software simulador permite aos usuários configurar as características do poço, rea- lizar a simulação computacional e visualizar os resultados da simulação.

A tela principal do simulador está representada na Figura 4.1. Na parte superior da tela, temos o menu principal e a barra de ferramentas que permitem o acesso aos pai- néis de configurações do poço, de configurações dos gráficos de resultados, das anima- ções tridimensionais e de controle das simulações, como também possibilitam a execução dos comandos de simulação (início, reínicio, pausa e parada de simulação). A esquerda, observa-se a animação tridimensional do conjunto BCS, assim como, cada componente (motor, bomba, separador centrífugo e sêlo protetor). No lado direito da tela, apresenta- se os gráficos de resultados de simulação com as curvas da bomba (head, potência e eficiência), curvas pertinentes ao motor (rotação, torque, corrente, tensão) e as curvas do comportamento dinâmico de todo o processo (nível dinâmico, submergência, diferença de pressão etc).