Estabilidade operacional de poços com gas-lift continuo

Orientador: Francisco Jose Soares AlhanatiDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: O método de elevação artificial gas-lift contínuo é responsável por uma parcela significativa da produção de petróleo, tanto em campos terrestres quanto em campos offshore.No entanto, poços produzindo por este método estão sujeitos a instabilidades. Estas instabilidades, manifestadas na forma de grandes variações nas vazões e pressões, acarretam uma redução da produção do poço, além de problemas operacionais nas plantas de processo e tratamento de óleo e gás. O fenômeno da instabilidade em poços com gas-lift contínuo foi estudado por diversos autores, essencialmente através de três enfoques diferentes: análise desenvolvida a partir de relações válidas para o regime permanente, abordagem transiente com solução numérica e abordagem transiente com solução analítica, esta última resultando em critérios analíticos de aplicação mais ou menos imediata. Estes enfoques implicam em diferentes graus de compromisso entre simplicidade, exatidão e generalidade. Este trabalho trata o fenômeno de instabilidade através uma abordagem transiente com solução numérica, com características, em certos aspectos, semelhantes a alguns trabalhos encontrados na literatura. O modelo desenvolvido faz uso de uma formulação unidimensional para o fluxo multifásico em escoamento vertical, incluindo a transferência de massa gás-líquido e com o escorregamento entre fases modelada através de uma equação algébrica para a velocidade relativa entre fases. A formação produtora foi tratada tanto segundo um modelo IPR linear quanto de um modelo de fluxo em meio poroso, radial, monofásico e transiente. O efeito desses dois modelos para a formação produtora sobre o comportamento transiente para o poço foi analisado. Restrições ao fluxo de gás e de líquido (chokes) foram acrescentadas ao modelo, mostrando ter um efeito considerável sobre a estabilidade. O controle da vazão de gás de elevação foi estabelecido através de um modelo para válvulas de gas-lift de orifício de fole carregado. O comportamento dos fluidos foi modelado segundo o método black-oil. Diversos tipos de comportamento foram observados, a depender da configuração estabelecida para o poço. Os resultados do modelo desenvolvido, obtidos através de simulação computacional, foram contrapostos a previsões dos critérios analíticosAbstract: The continuous gas-lift method is responsible for a great share of the world oil production, in both onshore and offshore fields. However, some gas-lifted wells are faced with unstable behaviour. These instabilities, shown by huge variations in flow rates and pressures, imply decrease in the production of the well, and operational problems in the plants for oil and gas treatment. Studies of the phenomenon of instability in continuous gas-lift wells were carried out by several authors, basically through three different approaches: analysis based on steady state flow equations, transient approach using a numerical solution and transient approach using an analytical solution. The option for each one of these three implies a compromise among simplicity, accuracy and generality. This work treats the above cited phenomenon through a transient approach, with numerical solution, and has characteristics, in some aspects, similar to works already published. The model developed makes use of an unidimensional drift flux formulation to describe the vertical two-phase flow, accounting for mass transfer between the gas and the liquid phases. The gas-liquid slipping was taken into account through an algebraic equation for the relative velocity. The reservoir was described both by an IPR model, and a transient, radial, monophasic porous media flow. The effect of the reservoir model over the predicted well behaviour was discussed. Restrictions to the flow (chokes) were added to the model, resulting in important effects over the system stability. Orifice and bellows charged gas-lift valve models were also added, to describe closely the lift gas flow income into the tubing. Fluids phase behaviour was modelled using the black-oil method. Different types of well behaviour were observed, depending on the particular well characteristics. The developed model results, obtained through computer simulations, were compared to analytical criteria predictionsMestradoMestre em Engenharia de Petróle