Thermal effects on flow stability in offshore oil systems.

Neste trabalho é apresentado um estudo numérico sobre os efeitos térmicos na análise de estabilidade linear para o escoamento multifásico de petróleo em um sistema pipeline-riser. O modelo desenvolvido considera que o escoamento é unidimensional e trifásico em todo o sistema. As fases líquida e gasosa são consideradas compressíveis. Além disso, assume-se que o óleo e a água têm a mesma velocidade e estão homogeneizados. O padrão de escoamento no pipeline e no riser é determinado com base nas variáveis de estado e ângulo de inclinação local. A caracterização de fluidos e a transferência de massa entre as fases é feita a partir do modelo black oil, enquanto a fração de vazio depende do padrão de escoamento. A equação de conservação de energia é adicionada em uma metodologia desenvolvida anteriormente em Andreolli et al. (2018), a fim de se levar em conta o acoplamento térmico com as equações de conservação de massa e momento linear. Os resultados alcançados estão de acordo com uma análise isotérmica similar, embora uma pequena influência seja observada. Os efeitos térmicos alteraram a fronteira de estabilidade para uma velocidade superficial de gás crítica aproximadamente 3.2% maior. Portanto, os efeitos térmicos aumentam a região instável. Os desvios ocorreram devido ao efeito da temperatura na transferência de massa (vaporização), compressibilidade, expansão e propriedades termofísicas das fases. Os resultados obtidos destacam o potencial desta técnica, como sendo uma forma muito útil de avaliar a intermitência severa na produção de petróleo em sistemas offshore.This work presents a numerical study on the thermal effects at linear stability analysis for the multiphase flow of oil in a pipeline-riser system. The developed model considers that the flow is one-dimensional and three-phase throughout the system. The liquid and gas phases are considered compressible. Furthermore, it is assumed that the oil and water have the same velocity and are homogenized. The flow pattern in the pipeline and riser is determined based on the state variables and local inclination angle. The characterization of fluids and the mass transfer between the phases are done from the black oil model while the void fraction depends on the flow pattern. The energy conservation equation is added in a methodology previously developed on Andreolli et al. (2018), in order to take into account the thermal coupling with the mass and momentum conservation equation. The results achieved are in agreement with a similar isothermal analysis, although a small influence is observed. Thermal effects changed the stability boundary to a critical superficial velocity for gas approximately 3,2% higher. Therefore, thermal effects increase the unstable region. The deviations occurred due to the effect of temperature on the mass transfer (vaporization), compressibility, expansion, and the thermophysical properties of the phases. The results obtained highlight the potential of this technique, as being a very useful way of evaluate severe slugging in offshore oil production systems