BR102022012728B1 - Unidade para visualização do reinício de escoamento de fluidos dependentes do tempo - Google Patents

Abstract

UNIDADE PARA VISUALIZAÇÃO DO REINÍCIO DE ESCOAMENTO DE FLUIDOS DEPENDENTES DO TEMPO. A presente invenção se refere a uma unidade para visualização do reinício de escoamento de fluidos dependentes do tempo compreendendo dois tanques reservatórios (1, 2) hidraulicamente conectados; dois tubos auxiliares (3); um tubo principal (4) entre os tanques reservatórios (1, 2) e entre os tubos auxiliares (3); uma caixa de visualização (15); um sistema de pressurização (20); um software de aquisição de dados; e um sistema de velocimetria por imagem de partículas (VIP)(8); em que o tubo principal (4) é feito de um material acrílico transparente que permite a visualização do fluido dentro do mesmo; em que a caixa de visualização (15) engloba o tubo principal (4) e permite a sua visualização; e em que a unidade visualiza o reinício do escoamento de fluidos dependentes do tempo em regime transiente.

Description

Campo da invenção

[001] A presente invenção está inserida no campo técnico de processos de produção de petróleo, mais especificamente, na área de tecnologias de elevação e escoamento.

[002] A presente invenção descreve uma unidade para o estudo de informações técnicas para o processo de escoamento de fluidos após interrupções na produção ou reinício do escoamento de fluidos de perfuração gelificados após paradas no processo de perfuração.

Fundamentos da invenção

[003] A gelificação de fluidos é um problema de alta relevância em vários setores industriais, particularmente para a indústria offshore de petróleo e óleos parafínicos onde materiais com propriedades complexas são transportados através de longas tubulações.

[004] Em campos de água ultra-profunda, cenário mais comum no Brasil, extensas linhas de produção posicionadas sobre o leito marinho implicam em desafios importantes no que diz respeito à garantia de escoamento. Devido à extensão das tubulações, o petróleo proveniente dos reservatórios a altas temperaturas é resfriado, cedendo calor ao ambiente marinho.

[005] A redução da temperatura resulta na diminuição da solubilidade da parafina no petróleo. Abaixo de determinada temperatura, denominada temperatura de cristalização, ocorre a precipitação e deposição de cristais de parafina nas paredes internas dos oleodutos.

[006] A precipitação dos cristais no escoamento altera o comportamento do petróleo, que passa a se comportar como uma suspensão, evidenciado por um aumento significativo de sua viscosidade.

[007] Em eventuais paradas da produção, os cristais suspensos no petróleo podem se interligar e gelificar o material nas tubulações, dificultando ou até mesmo impedindo o reinício do escoamento, principalmente quando estas paradas são de longa duração.

[008] Para retomar o escoamento de fluidos gelificados, é necessário inicialmente quebrar a estrutura do gel, o que requer uma pressão de reinício superior à de operação em regime permanente. Esta pressão mínima para a retomada de escoamento do petróleo está correlacionada com a tensão limite de escoamento (TLE) do material, isto é, um valor crítico de tensão abaixo do qual nenhum escoamento ocorre.

[009] Em escoamentos envolvendo materiais pastosos ou suspensões, no entanto, a transição de fluência (ruptura) está frequentemente associada ao fenômeno de deslizamento da parede, o que torna ainda mais complexa a estimativa da pressão de início, ou reinício do escoamento.

[0010] No caso do petróleo gelificado, o escorregamento na parede se manifesta em uma faixa de forças de cisalhamento (tensão de cisalhamento) de baixa magnitude, de tal forma que o deslizamento na parede e a transição de fluência estão acoplados e diretamente relacionados com os gradientes de velocidade que surgem durante o processo transiente de quebra da estrutura do gel. Sendo assim, estes fatores que influenciam na magnitude da pressão de reinício do escoamento devem ser analisados e bem compreendidos, pois quando a pressão é superestimada pode resultar em projetos de oleodutos muito robustos, o que poderia inviabilizá-los.

[0011] Algumas formas de avaliar o início do escoamento de fluidos gelificados em tubulações vem sendo concebidas, e incluem desde estudos que avaliam a hidrodinâmica do escoamento usando unidades experimentais e métodos descritivos, até estudos que avaliam o uso de aditivos que ajudam a melhorar a fluidez deste tipo de fluido.

[0012] A patente US 3.502.103 de titularidade da Shell Oil, de 1970 e já em domínio público, por exemplo, apresenta uma unidade que usa um líquido menos denso para formar uma camada lubrificante entre a parede do tubo e o óleo para reduzir as perdas por atrito ao bombear óleo mineral através do tubo. O óleo gelificado se move na forma de um tampão (plug) pelo centro da tubulação e a água (fluido lubrificante) forma uma camada entre o óleo e a parede do tubo facilitando o escoamento. Este documento permitiu analisar o transporte de hidrocarbonetos muito rígidos através de tubulações.

[0013] A patente US 4.056.335 de titularidade da United Steel Corporation e a Patente EP 0322958 B1 de titularidade da Shell Internacionale, ambas também em domínio público, por sua vez, descrevem unidades experimentais para estudar o início do escoamento de óleos crus extremamente viscosos a partir de reservatórios offshore. As unidades experimentais foram equipadas com bombas submersíveis para simular as condições de campo. Um aspecto importante dessas duas invenções é que água é injetada e misturada com óleo cru dentro de uma cavidade na base da bomba submersível, diminuindo assim a viscosidade efetiva do fluido e controlando, também, a temperatura de operação da bomba. As duas unidades diferem apenas pelo fato de a primeira utilizar uma bomba submersível acionada por um rotor de superfície convencional e a segunda um rotor de bomba submersível.

[0014] A patente US 5.348.094 de titularidade do Instituto Francês de Petróleo, também em domínio público, apresenta uma unidade experimental e um método para escoar um fluido de alta viscosidade contendo certa proporção de gás, em que a bomba é conectada à extremidade inferior de uma coluna tubular no fundo de um poço para movimentar o fluido desde esta posição até uma zona de produção na superfície.

[0015] Já a patente BR 102016019029-0 de titularidade da Petrobrás revela um sistema e um método de reinício de escoamento em tubulações que permitem a degradação do fluido gelificado sem causar elevados picos de pressão na tubulação e sem utilizar aditivos químicos no fluido. A referida patente faz uso de um sistema formado por pelo menos um reservatório de alívio conectado ao tubo, que recebe o fluido que está escoando através do tubo. Vários reservatórios podem ainda existir ao longo do tubo. O sistema conta ainda com um elemento pressurizador à montante de um dos reservatórios, adaptado para pressurizar o fluido no tubo.

[0016] As patentes a seguir enumeradas fazem uso de diferentes procedimentos para o escoamento de fluidos gelificados.

[0017] A patente US 3.791.395, de titularidade de Atlantic Richfield Company, já em domínio público, fornece um método para reiniciar o escoamento de um óleo gelificado na tubulação, a uma pressão com valor abaixo do usual. O método descrito compreende a aplicação cíclica de picos de pressão na região bloqueada da tubulação. Esses picos de pressão causam a degradação da estrutura do óleo gelificado por cisalhamento, reduzindo a sua resistência ao escoamento, sendo que cada pulso de pressão subsequente é aplicado antes que o óleo recupere a resistência ao escoamento original. Tal processo é feito até o momento em que se alcance a redução desejada na pressão de reinício. Este método permite um reinício de escoamento com maiores vazões para as mesmas pressões de entrada, quando comparadas às vazões obtidas nos casos em que os pulsos de pressão não são empregados.

[0018] Já a patente US 4.745.937, de titularidade da empresa venezuelana Intevep, SA, já em domínio público, está relacionada a um processo para reiniciar o escoamento em forma de plugue de óleos altamente viscosos em uma tubulação após uma longa interrupção no escoamento. O método compreende introduzir um fluido com baixa viscosidade, como água, na tubulação através de uma bomba, aumentando gradualmente o escoamento de tal fluido, preferencialmente de forma linear, até que se alcance uma condição de estado estacionário desejada, assim como a velocidade necessária para formar um escoamento anular. A partir disso, o escoamento do óleo gelificado é iniciado e é aumentado gradualmente através do ajuste da velocidade de um motor conectado à bomba que induz o escoamento, ou, ainda, pelo ajuste de uma válvula de controle na tubulação. Além disso, o método visa reduzir o pico de pressão aplicado durante a operação de reinício do escoamento através da introdução de um agente tensoativo ao fluido de baixa viscosidade.

[0019] Por fim, a patente US 6.110.238, de titularidade, de Clariant GmbH, provê um método para melhorar as propriedades do escoamento (ponto de fluidez e ponto de entupimento) à frio de óleos combustíveis através da adição de aditivos, tais como copolímeros de olefinas inferiores e ésteres vinílicos, enquanto preserva a filtrabilidade dos óleos. De forma similar, a patente US 3.048.479, de titularidade de Exxon Research Engineering Co., já em domínio público, fornece um método para melhorar a fluidez de combustíveis derivados do petróleo, que possuem uma faixa específica de temperatura de ebulição, através da introdução de um copolímero de etileno e de um éster vinílico de ácido graxo.

[0020] Com relação às tecnologias mais atuais, a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) desenvolveu um aparato experimental descrito no artigo científico intitulado “Startup - Flow Visualization of Viscoplastic Fluid in horizontal pipes geometries using particle image velocimetry”, onde é revelado um sistema experimental para estudar o reinício do escoamento de fluidos viscoplásticos. Assim como na presente invenção, o artigo também descreve meios para a visualização do reinício de escoamento através da técnica de velocimetria de imagens de partículas (VIP). No entanto, os meios utilizados para realizar o escoamento do fluido são diferentes. No artigo, utiliza-se uma bomba para que o fluido saia de um tanque, passe por um tubo principal interno a uma caixa de visualização e retorne para o referido tanque, completando um ciclo. Enquanto na presente invenção, utilizam-se meios para pressurizar o fluido em um tanque para que o fluido escoe em direção a um segundo tanque, passando por um tubo principal interno a uma caixa de visualização.

[0021] Sendo assim, a presente invenção possui uma configuração de imposição de força externa (perturbação imposta ao fluido) totalmente diferente, ou seja, enquanto o aparato experimental da UTFPR utiliza imposição de vazão por meio de bomba hidráulica, a presente invenção utiliza um sistema de controle com alta sensibilidade e precisão para controlar a pressão do ar comprimido, ou seja, imposição de pressão. Portanto, ao impor vazão, o fluido vai escoar, não importa quão pequena seja a vazão. Já a imposição de pressão dá a possibilidade de ir gradativamente impondo uma força até o escoamento reiniciar.

[0022] Além disso, a presente invenção funciona em faixas de pressão muito mais baixas do que as relatadas no artigo. Estes valores de pressão mais baixos permitem obter números de Reynolds iguais ou inferiores a Re < 1, o que do ponto de vista da dinâmica do escoamento proporciona uma melhor compreensão do comportamento do fluido durante o reinício do escoamento (regime transitório). O aparato experimental relatado pela UTFPR permite apenas Re > 10, impossibilitando o estudo dos efeitos elásticos e a desestruturação gradual de fluidos dependentes do tempo durante o reinício do escoamento, uma vez que este processo é um fenômeno que ocorre em baixos Reynolds.

[0023] A seção de visualização da unidade da presente invenção é formada por uma caixa de acrílico transparente que é preenchida com água e uma seção tubular também de acrílico, enquanto a seção de visualização do aparato experimental desenvolvido pela UTFPR é feita de acrílico puro. Este simples fato afeta o índice de refração da luz. Portanto, a qualidade das imagens exibidas utilizando o aparato da UFPR é inferior às da presente invenção.

[0024] As válvulas de fechamento rápido localizadas na entrada e saída da seção de teste da presente invenção permitem avaliar e analisar os efeitos da compressibilidade em fluidos dependentes do tempo, fechando-as de acordo com a configuração de operação. O aparato experimental da UTFPR não permite a realização deste estudo por não possuir esses acessórios.

[0025] A seção de testes da presente invenção permite a análise do reinício do escoamento em tubulações com paredes lisas e rugosas, avaliando assim os efeitos de grandezas hidrodinâmicas como o fenômeno de deslizamento em diferentes superfícies, enquanto o aparato experimental da UTFPR não permite fazer essa comparação.

[0026] A Patente US 7.437.247, de titularidade do Instituto Francês de Petróleo, refere-se a um método para determinar as condições de retomada do escoamento de óleo parafínico considerando parâmetros de saída como pressão e fatores térmicos que influenciam no processo. No entanto, este documento não apresenta nenhuma evidência que visualize e avalie o processo de forma transitória, ou seja, a desestruturação do núcleo fluido em função do tempo. A presente invenção, além de apresentar um método, propõe uma unidade que permite visualizar, analisar e avaliar o reinício do escoamento, bem como os fenômenos presentes no processo de desestruturação e partida de fluidos dependente do tempo. A presente invenção permite ainda a caracterização reológica de qualquer fluido dependente do tempo utilizando perfis de velocidade (a primeira derivada da velocidade). Este método de caracterização é mais prático e requer um número menor de pontos, comparado aos ensaios reológicos.

[0027] Como pode ser percebido a partir do exposto acima, as patentes e artigos apresentados no estado da técnica descrevem unidades, aparatos experimentais ou sistemas que se propõem a utilizar diferentes dispositivos que auxiliam no estudo do reinício de escoamento de fluidos gelificados. Da mesma forma, são propostos métodos que vão desde a implementação de processos de transporte até a utilização de produtos químicos que favoreçam o início do escoamento.

[0028] No entanto, as invenções relatadas não fornecem informações relevantes para o cálculo da pressão mínima para quebrar o fluido gelificado e reiniciar o escoamento, e tampouco é indicado como essa pressão pode ser afetada pelos efeitos do fenômeno de escorregamento.

[0029] Além disso, não há evidências reportadas sobre a visualização do processo de degradação transitória do gel gelificado, e como é possível estabelecer uma relação entre o escorregamento, as forças de cisalhamento e os gradientes de velocidade durante esse processo de quebra do gel (quebra transiente).

[0030] Diante de todos os problemas vislumbrados pelos documentos do estado da técnica, a presente invenção procurou desenvolver uma unidade cuja principal vantagem se refere à redução dos custos de novos projetos, particularmente os relacionados com a definição da estrutura das tubulações, que são dimensionadas para suportar pressões muito acima das reais, devido ao desconhecimento das condições de reinício do escoamento. Além disso, com a possibilidade de obtenção de uma curva de escoamento obtida na unidade, a presente invenção propõe a obtenção de parâmetros reológicos mais próximos do que são verificados nas operações diárias, podendo trazer economia em termos operacionais. A possibilidade de visualização da quebra do gel e o conhecimento do processo de quebra trazem vantagens no desenvolvimento de futuros dispositivos e processos, que facilitem (reduzam a pressão) o reinício do escoamento. O conhecimento de como surgem e se formam os vazios também darão subsídios para avaliação do processo real de operação em casos de início de escoamento.

[0031] Ademais, a partir da presente invenção, um melhor conhecimento do processo de quebra do gel evitará ainda uma possível ruptura da tubulação quando em operação, resguardando, assim, o meio ambiente e evitando custos de perda de produção e custos relacionados à recuperação do meio ambiente afetado por algum acidente.

[0032] Assim, fica claro que os documentos citados e comentados acima não apresentam estudos ou processos similares e nem as possíveis vantagens técnicas da presente invenção, como relatadas acima. Logo, é possível notar que o estado da técnica carece de uma unidade para o estudo de informações técnicas para o processo de escoamento de fluidos após interrupções na produção ou reinício do escoamento de fluidos de perfuração gelificados após paradas no processo de perfuração, como detalhada a seguir.

Sumário da invenção

[0033] A presente invenção tem como objetivo principal prover uma unidade para o cálculo da pressão necessária para iniciar/reiniciar o escoamento de fluidos gelificados usando o sistema de velocimetria de imagem de partículas (Sistema VIP). Através da unidade, o processo de quebra temporária da estrutura do gel pode ser analisado bem como o fenômeno de deslizamento da parede que está correlacionado com a tensão de cisalhamento e gradientes de velocidade na parede.

[0034] Assim de forma a alcançar tal objetivo, a presente invenção propõe uma unidade para visualização do reinício de escoamento de fluidos dependentes do tempo compreendendo dois tanques reservatórios hidraulicamente conectados, dois tubos auxiliares, um tubo principal entre os tanques reservatórios e entre os tubos auxiliares, uma caixa de visualização, um sistema de pressurização, um software de aquisição de dados e um sistema de Velocimetria por Imagem de Partículas (VIP), em que o tubo principal é feito de um material acrílico transparente que permite a visualização do fluido dentro do mesmo, em que a caixa de visualização engloba o tubo principal e permite a sua visualização, e em que a unidade visualiza o reinício do escoamento de fluidos dependentes do tempo em regime transiente.

Breve descrição das figuras

[0035] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência, representando as modalidades da presente invenção.

[0036] A Figura 1 mostra uma modalidade da unidade para visualização do reinício de escoamento de fluidos dependentes do tempo da presente invenção.

[0037] A Figura 2 mostra a unidade para visualização do reinício de escoamento de fluidos dependentes do tempo da presente invenção com o banho termostático.

[0038] A figura 3 mostra o sistema de pressurização ampliado da unidade para visualização do reinício de escoamento de fluidos dependentes do tempo da presente invenção.

Descrição detalhada da invenção

[0039] A presente invenção descreve uma unidade para visualização do reinício de escoamento de fluidos dependentes do tempo representada pela Figura 1 na qual é definido dois tanques reservatórios, um esquerdo denominado LH (1) e um direito denominado RH (2), hidraulicamente conectados, e dois tubos auxiliares (3) feitos de PVC que conectam os tanques reservatórios (1) e (2) ao tubo principal (4). A Figura 1 ilustra a configuração da unidade para visualização do sistema de reinício de escoamento de fluidos dependentes do tempo da presente invenção.

[0040] Os tanques reservatórios (1, 2) possuem um adaptador (16) na tampa superior de cada tanque e que permite a entrada de ar comprimido para que o fluido seja pressurizado e escoe através dos tubos de um tanque ao outro. Além disso, os tanques contêm um manômetro (12) do tipo Bourdon, uma válvula de alívio de pressão (11) e um visor de nível (9) instalado na lateral de cada tanque para visualizar o nível do fluido no interior dos tanques (1, 2).

[0041] O tubo principal (4) é feito de polimetilmetacrilato (PMMA), um material acrílico que concede boa resistência mecânica para suportar a pressão aplicada e transparência para que a observação do escoamento através do tubo seja possível, e está localizado dentro de uma caixa de visualização (15) feita de acrílico. O tubo principal (4) e a caixa de visualização (15) são transparentes e compõem a seção de teste para visualizar o escoamento.

[0042] O sistema de pressurização (20) responsável por fornecer a pressão necessária para reiniciar o escoamento é composto pela válvula reguladora de pressão (10), pelas válvulas solenoides (14), pelos manômetros (12) e pelas válvulas de alívio de pressão (11), sendo que as duas primeiras estão localizadas à montante dos tanques reservatórios (1) e (2) e os dois últimos estão instalados na tampa superior de cada tanque (1) e (2).

[0043] A válvula reguladora de pressão (10) permite o controle do valor da pressão a ser aplicado no sistema através de uma interface com o Software de aquisição de dados. Por meio desse controle, é possível monitorar e aplicar valores constantes e pré-definidos de pressão que permitem a obtenção de informações importantes para avaliar o reinício do escoamento, como os perfis de velocidade.

[0044] Por sua vez, as válvulas solenoides (14) definem o tanque a receber o ar comprimido utilizado para pressurizar o fluido, ou seja, quando um tanque é pressurizado, o outro é bloqueado e vice-versa.

[0045] Durante o reinício do escoamento, a pressão de operação é medida através de sensores de pressão (5) instalados no tubo auxiliar (3), externamente à caixa de visualização (15), que conectam a entrada e a saída do tubo principal (4).

[0046] Já a temperatura de operação do reinício do escoamento é monitorada através de quatro termopares (7) fixados no exterior do tubo principal (4) e internamente à caixa de visualização (15), e outros dois termopares (7) fixados no interior de cada tanque reservatório (1, 2). Com os termopares, é possível registrar a temperatura em que o sistema se encontra durante os testes de reinício do escoamento, permitindo a análise do comportamento do escoamento e das propriedades do fluido para cada valor de temperatura a uma determinada pressão aplicada.

[0047] Para auxiliar o controle da temperatura, um banho termostático (19) está instalado próximo da unidade e conectado à caixa de visualização (15), através de duas mangueiras termicamente isoladas (17, 18) de dois metros de comprimento.

[0048] O sistema de controle de temperatura é mostrado na figura 2 e funciona da seguinte forma: pela mangueira de entrada (inlet water) (17) entra água com uma determinada temperatura (temperatura do teste) e pela mangueira de saída (out water) (18) a água volta no banho termostático (19) para ser resfriada novamente. Este ciclo é mantido durante todo o tempo do teste. Este sistema é responsável por fornecer e manter a seção de teste na temperatura desejada.

[0049] Duas válvulas de retenção/corte (6) manuais, feitas de PVC, são instaladas nos tubos auxiliares (3), sendo que uma está localizada antes da entrada do fluxo no tubo principal (4) e a outra na saída do fluxo do tubo principal (4). O estado de cada uma (aberto ou fechado) depende do procedimento de teste de reinício do escoamento utilizado.

[0050] A presente invenção pode ser facilmente adaptada para altas pressões e uma faixa de temperaturas entre 4 °C a 60 °C, condições existentes na produção e na perfuração de poços offshore.

[0051] Para que os perfis de velocidade, a velocidade de deslizamento na parede do tubo e a quebra do fluido possam ser analisadas e avaliadas, a unidade faz uso do Sistema de Velocimetria por Imagem de Partículas (VIP) (8). Tal sistema é composto por subsistemas menores representados pelo laser pulsado, pela câmera (que captura a imagem do escoamento), por um temporizador (responsável por sincronizar a emissão do laser com a câmera para capturar a imagem) e pelo software de tratamento de imagens (responsável por processar a imagem capturada). Na presente invenção, a configuração mais adequada tem o ângulo entre o laser pulsado e a câmera ajustado em 90o, para que se obtenha as imagens do plano formado pelo feixe de laser no escoamento.

[0052] Uma vez obtidas as imagens do escoamento, o software de processamento e tratamento de imagens permitirá calcular os perfis e os gradientes de velocidade.

[0053] A tensão limite de escoamento é calculada diretamente a partir dos perfis de velocidade por meio de sua primeira derivada (gradientes de velocidade). De acordo com a forma de um perfil de velocidade, sua primeira derivada, que também representa a velocidade de cisalhamento real para um escoamento unidirecional, deve se tornar zero na posição onde a tensão de cisalhamento atinge o valor de fluência. Então, a primeira derivada da velocidade em função da posição radial (dv/dr) para o perfil obtido para cada Δp indica a posição em que dv/dr = 0, e que corresponde a um valor de tensão de cisalhamento limite (Ty) .

[0054] Finalmente, com o valor de tensão limite de escoamento (TLE), a pressão mínima de reinicialização é calculada usando a equação (Ty = ΔpD/4L).

[0055] Em função dos perfis de velocidade, é possível extrapolar o valor da velocidade em r = R, isto é, o valor do deslizamento na parede. Então, usando um ajuste polinomial (y = ax2 + bx + c) de segunda ordem nessa posição é possível calcular a velocidade de escorregamento na parede.

[0056] Na sequência, com os valores da tensão de cisalhamento e dos gradientes de velocidade na parede, é possível estabelecer uma relação com a velocidade de deslizamento para cada valor de queda pressão imposto em função do tempo.

[0057] A quebra transitória do fluido gelificado também é estabelecida em função de cada valor de pressão e em função do tempo de aplicação desta pressão, permitindo assim avaliar a degradação da estrutura gelificada.

Exemplo de concretização/testes/resultados

[0058] Os experimentos e testes específicos que foram realizados utilizando a unidade da presente invenção envolvem diretamente o reinício do escoamento de fluido dependente do tempo, através do qual foi possível obter dados sobre tensões de cisalhamento na parede, gradientes de velocidade de parede, perfis de velocidade e que por sua vez permitiram obter dados mais realistas de valores da pressão mínima a ser imposta para reiniciar o escoamento. Como exemplo de experimento realizado para avaliar a resposta transitória dos fluidos em função da queda de pressão (tensão de cisalhamento), foram realizados ensaios experimentais na temperatura de 22°C, seguindo o protocolo (passo a passo) descrito a seguir:1 - Definição da pressão necessária;2 - Início do registro das medições de pressão 10 segundos antes de impor a pressão;3 - Início do registro das medições de pressão e imagens de escoamento usando a técnica PIV dez segundos antes de abrir a válvula reguladora de pressão;4 - Abertura da válvula reguladora de pressão;5 - Gravação das imagens em t = 300s usando a técnica PIV;6 - Gravação das imagens em t = 600s usando a técnica PIV;7 - Finalização da gravação de dados em t = 600s;8 - Processamento dos dados de pressão e das imagens obtidas pelo sistema PIV;9 - Caracterização do fluido pelo cálculo da tensão limite de escoamento (TLE) usando dados de perfis de velocidade obtidos usando a técnica PIV;10 - Comparação dos dados de reinício do escoamento obtidos nos testes reológicos com os dados obtidos usando a visualização do reinício do escoamento com a técnica PIV.

[0059] Com o procedimento experimental realizado na unidade, obteve-se a tensão limite de escoamento (TLE) e então calculou-se a queda de pressão necessária para reiniciar o escoamento do fluido parado (Δpθxp) . Os resultados de Δpθxp obtidos através dos dados da unidade mostraram que o Δpreo calculado através da TLE dos dados reológicos estava superestimado em mais de 80%. Os resultados foram verificados para três fluidos dependentes do tempo e nos três casos os dados de TLE obtidos dos testes reométricos forneceram um Δpreo muito maior do que o realmente necessário. Em outras palavras, enquanto na unidade da presente invenção o TLE obtido fornecia um Δpexp menor para reiniciar o escoamento, os dados de TLE reométricos indicavam que era necessário o dobro do valor (2xΔpθxp) .

[0060] Diante dos resultados obtidos, pode-se concluir que a TLE obtida na unidade da presente invenção permite calcular um Δp de reinício de escoamento muito menor que aquele calculado com testes reométricos, indicando que os Δp calculados através de testes reométricos são superestimados em mais de, aproximadamente, 100%. Uma superestimação da TLE pode incorrer em gastos desnecessários com equipamentos, diâmetros de tubulações de transporte de fluidos, podendo até inviabilizar a execução de grandes projetos devido ao alto custo operacional.

[0061] Portanto, em vista do exposto e dos experimentos realizados, fica claro que a invenção ora descrita provê uma unidade para o estudo de informações técnicas e visualização do processo de reinício do escoamento de fluidos, após interrupções ou paradas no processo de perfuração, com dados mais precisos e mais próximos da realidade. Desta forma, os equipamentos utilizados nas perfurações podem ser melhor dimensionados.

Claims (15)

1. Unidade para visualização do reinício de escoamento de fluidos dependentes do tempo caracterizada por compreender:dois tanques reservatórios (1, 2) hidraulicamenteconectados;dois tubos auxiliares (3);um tubo principal (4) entre os tanques reservatórios (1, 2) e entre os tubos auxiliares (3);uma caixa de visualização (15);um sistema de pressurização (20);um software de aquisição de dados; eum sistema de velocimetria por imagem de partículas (VIP)(8);em que o tubo principal (4) é feito de um material acrílico transparente que permite a visualização do fluido dentro do mesmo;em que a caixa de visualização (15) engloba o tubo principal (4) e permite a sua visualização; eem que a unidade visualiza o reinício do escoamento de fluidos dependentes do tempo em regime transiente.

2. Unidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato dos dois tanques reservatórios (1, 2) serem hidraulicamente conectados ao tubo principal (4) através dos tubos auxiliares (3) que permitem o escoamento do fluido dos tanques reservatórios (1, 2) para o tubo principal (4).

3. Unidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato dos tanques (1, 2) possuírem ainda um adaptador (16) na tampa superior de cada tanque, permitindo a entrada de ar comprimido para que o fluido seja pressurizado e escoe através dos tubos de um tanque ao outro; um manômetro (12); uma válvula de alívio de pressão (11); um visor de nível (9) instalado na lateral de cada tanque (1, 2) para visualizar o nível do fluido no interior dos tanques (1, 2); e um termopar (7) fixado no interior de cada tanque reservatório (1, 2) para registrar a temperatura em que o sistema se encontra durante os testes de reinício do escoamento.

4. Unidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do tubo principal (4) ser de polimetilmetacrilato (PMMA), estar imerso em água e localizado no interior da caixa de visualização (15).

5. Unidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do sistema de pressurização (20) ser composto pela válvula reguladora de pressão (10), pelas válvulas solenoides (14), pelos manômetros (12) e pelas válvulas de alívio de pressão (11).

6. Unidade, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato da válvula reguladora de pressão (10) e da válvula solenoide (14) estarem localizadas à montante dos tanques reservatórios (1, 2) e do manômetro (12) e da válvula de alívio de pressão (11) estarem instalados na tampa superior de cada tanque reservatório (1, 2).

7. Unidade, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato da válvula reguladora de pressão (10) ser adaptada para pressurizar o fluido nos tanques.

8. Unidade, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato das duas válvulas solenoides (14) instaladas à montante de cada tanque reservatório (1) e (2) permitirem a pressurização de apenas um tanque reservatório e bloquearem a pressurização do outro tanque reservatório.

9. Unidade, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato das duas válvulas solenoides (14), instaladas à montante de cada tanque reservatório (1) e (2) e após a válvula reguladora de pressão (10), permitirem o escoamento em ambos os sentidos.

10. Unidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do tubo auxiliar (3) possuir ainda dois sensores de pressão (5) para medir a pressão de operação e/ou a variação de pressão no reinício do escoamento e assim estimar a tensão de cisalhamento na parede (Tw) •

11. Unidade, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato dos tubos auxiliares (3) possuírem ainda duas válvulas de corte (6) instaladas na entrada e na saída do tubo auxiliar (3) para controlar o escoamento durante os testes de reinicio do fluido.

12. Unidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do tubo principal (4) possuir ainda quatro termopares (7) fixados no seu exterior e internamente à caixa de visualização (15) para registrar a temperatura do reinício do escoamento.

13. Unidade, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato das válvulas de alívio de pressão (11) instaladas na tampa de cada tanque reservatório (1, 2) serem para despressurizar o sistema.

14. Unidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do software de aquisição de dados monitorar e registrar os valores de pressão e temperatura dados pelos sensores de pressão e termopares (7).

15. Unidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do software de processamento e tratamento de imagens do sistema (VIP) (8) calcular os perfis e gradientes de velocidade, em que a tensão limite de escoamento é calculada diretamente a partir dos perfis de velocidade por meio de sua primeira derivada (gradientes de velocidade).