Sistema de medição de escoamento e fração de vazio em dutos utilizando lasers

Abstract

A busca constante por melhora na eficiência e nas formas de realizar as medições necessárias para detecção dos produtos derivados do petróleo extraídos de poços faz dos medidores multifásicos um produto de grande importância para a indústria. Estes podem ser utilizados diretamente nas tubulações, de forma não intrusiva e coletando dados em tempo real. Técnicas não invasivas vêm sendo empregadas para aquisições de dados, visando constantemente o aperfeiçoamento da precisão dos equipamentos e redução de custos de produção. É neste contexto que este trabalho se insere, com o objetivo de desenvolver um sistema de medição de escoamento e fração de vazio utilizando laser (Light Amplification by Stimulated Emission os Radiation). Com a técnica de absorção luminosa, é possível determinar a relação existente entre o feixe emito pelo laser e o feixe recebido após passar pelo escoamento. Utilizando quatro comprimentos de onda, sendo dois deles que melhor se relacionam com água (1490nm e 1310nm) e dois que melhor se relacionam com óleo crude (980nm e 850nm). Testes com líquido estático foram realizados, para caracterizar o funcionamento do sistema e encontrar a constante de inclinação da reta, que é importante para a obtenção dos valores de fração de vazio. Foram emulados dois regimes de escoamento diferentes na bancada de testes de escoamento dinâmico, o estratificado ondulante e o pistonado, com um escoamento bifásico composto por água e ar e utilizando os lasers com comprimento de onda de 1310nm e 980nm. Os resultados encontrados para a ocupação de água nos testes com fluído dinâmico, foram comparados com os valores obtidos pelo Tomógrafo por Capacitância Elétrica (ECT). Os experimentos apresentados mostram que o comprimento de onda de 1310nm obteve sucesso em identificar o regime de escoamento que percorre a tubulação, além disso, possui resultados, para a ocupação do duto, similares aos encontrados pelo tomógrafo. Aperfeiçoamentos são necessários para que em trabalhos futuros o sistema consiga ser utilizado para medição de água, óleo e ar em testes multifásicos dinâmicos.

Abstract: The constantly seek for improvement of the efficiency and the ways of perfomance the necessary measurements to detect of petroleum derivated products extraced from the wells makes from multiphase meters an fundamental tool for the industry. Those can be used directly in the pipe in a non-intrusive way, collecting data in real time. Non-invasive techniques have been employed for data aquisiton, aiming the precision impovemento of equipments and reduction of pruction costs. In this context this work is inserted, with the objective of developing a flow measure and void fraction system using laser (Light Amplification by Stimulated Emission os Radiation). With the luminous absortion technique it is possible to determine the relation between the beam emitted from the laser and the one received after it pass trhought the flow. Using four length waves, being two of them those which is better reated with watter (1490nm e 1310nm) and the other two better related with crude oil (980nm e 850nm). Experiments with static liquid had been run to caracterize the behavior of the system and find the line slope constant, wich is important to obtain the value of the void fraction. Two different flow regimes were emulated in the dinamic flow bench, the wavy stratified and the slug, with a biphasic flow made of water and air using the 1310nm and 980 nm length wave lasers. The founded results for water ocupation in the dinamic flow experiments were compared with the value obtained for the Eletrical Capacitance Tomography (ECT). The experiments presented showed that the 1310nm wave length had success in indentify the flow regime wich run trougth the pipe, beyond that, it has showed results for pipe ocupation similar to the one founded for the tomograph. Improvements are needed so the in future works the system could be able to measure water, oil and air in dinamic multiphasics experiments