OPTIMIZATION OF THE INTERFACIAL SHEAR STRESS AND ASSESSMENT OF CLOSURE RELATIONS FOR HORIZONTAL VISCOUS OIL-GAS FLOWS IN THE STRATIFIED AND SLUG REGIMES

• Main Author: MARCELO DE ALENCASTRO PASQUALETTE
• Other Authors: ANGELA OURIVIO NIECKELE
• Language: English
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2017
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=32458@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=32458@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR === PROGRAMA DE EXCELENCIA ACADEMICA === O atual esgotamento de campos de petróleo tradicionais tem aumentado a demanda pela produção e transporte óleos não convencionais, que podem possuir uma alta viscosidade dinâmica. Neste contexto, o estudo do escoamento simultâneo de gás e óleos viscosos em tubulações é de grande importância para a indústria de Óleo e Gás. Simulações numéricas uni-dimensionais desempenham um papel essencial nestes estudos, especialmente aquelas baseadas no Modelos de Dois-Fluidos 1D, cuja solução numérica em malhas refinadas consiste na Metodologia de Captura de Regimes. O propósito deste trabalho é utilizar esta abordagem para reproduzir dados experimentais de escoamentos óleo viscoso-gás em golfadas e estratificado ondulado em um duto horizontal em escala laboratorial. Para aprimorar os resultados desta metodologia, dados experimentais foram usados conjuntamente com um procedimento de otimização e uma versão simplificada do Modelos de Dois-Fluidos 1D para criar duas novas expressões para o fator de atrito interfacial, as quais mostraram maior eficiência que correlações padrão da literatura. O efeito da introdução da pressão dinâmica, difusão axial de quantidade de movimento e tensão interfacial dinâmica no Modelo de Dois-Fluidos 1D foi analisado. Resultados de gradiente de pressão e de fração volumétrica de líquido (histogramas, valores médios e perfis transientes) foram comparados com dados experimentais. Observou-se, com o auxílio de análises de boa-colocação, que a pressão dinâmica e as novas expressões para o fator de atrito interfacial fornecem resultados satisfatórios. === The current depletion of traditional oil fields is increasing the demand for the production and transport of unconventional oils, which might possess a high dynamic viscosity. In this context, the study of the simultaneous flow of gas and viscous oils in pipelines is of paramount importance for the Oil and Gas industry. One-dimensional numerical simulations play a key role in such studies, especially the ones based on the 1D Two-Fluid Model, whose numerical solution in fine meshes consists in the Regime Capturing Methodology. The purpose of this work is to use this approach for reproducing the experimental data of isothermal slug and stratified wavy viscous oil-gas flows in a horizontal laboratory-scale pipe. For improving the results of the methodology, experimental data were used together with an optimization procedure and a simplified version of the 1D Two-Fluid Model for successfully creating two new expressions for the interfacial friction factor, which showed better efficiency than standard literature correlations. The effect of introducing a dynamic pressure, axial momentum diffusion and dynamic interfacial shear in the 1D Two-Fluid Model was examined. Results of pressure gradient and liquid holdup (histograms, mean values and transient profiles) were compared against experimental data. It was seen, with the aid of well-posedness analyses, that the dynamic pressure and the new expressions for the interfacial shear stress provided satisfactory results.