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DAS 5946 Agustinho Plucenio. Temas: DIAGRAMA DE FASES ARTIFICIAL LIFT METHODS – GAS LIFT CONTÍNUO (GLC) – GAS LIFT INTERMITENTE –BOMBEIO MECÂNICO (BM)

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1 DAS 5946 Agustinho Plucenio

2 Temas: DIAGRAMA DE FASES ARTIFICIAL LIFT METHODS – GAS LIFT CONTÍNUO (GLC) – GAS LIFT INTERMITENTE –BOMBEIO MECÂNICO (BM) – BOMBEIO DE CAVIDADE PROGRESSIVA (BCP) – BOMBEIO CENTRÍFUGO SUBMERSO –BOMBEIO HIDRÁULICO

3 Diagrama de fases de substância pura Duas classes de fluidos: Sistemas componente puro. Misturas Exemplo de diagrama de fase 1 componente:água A Temperatura de ebulição da água é 100 ºC... a pressão de 1 atm. Em termodinâmica referimo-nos ao Ponto de ebulição normal como a temperatura de ebulição do fluído a presão de 1 atm. Portanto 100 ºC (212ºF é o ponto de ebuilição normal da água) Curva de pressão de vapor de 1 substância

4 Definições importantes: PRESSÃO DE VAPOR: A pressão que a fase vapor exerce sobre seu próprio líquido em equilíbrio em uma dada temperatura. PONTO DE ORVALHO: A condição de pressão e temperatura na qual uma quantidade infinitesimal de líquido (ou gota) existe em equilíbrio com vapor. Representa a condição incipiente de formação de líquido em um sistema inicialmente gasoso. Pode também ser visualizado como um sistema de líquido onde todo o líquido, exceto por uma gota foi vaporizado. PONTO DE BOLHA: A condição de pressão e temperatura na qual o sistema está todo líquido e em equilíbrio como uma quantidade infinitesimal de gás ( uma bolha ). Esta situação é o oposto daquela do ponto de orvalho.

5 Diagrama de fases NOTA: Para um sistema de um único componente, uma única curva representa todas as 3 condições ( Pressão de Vapor=Ponto de Orvalho=Ponto de Bolha. No ponto crítico, gás e líquido estão em equilíbrio sem qualquer interface para diferencia-las; não podem ser diferenciadas em termos de suas propriedades. A única locação no diagrama P-T onde líquido e gás podem ser encontrados juntos em equilíbrio é ao longo da curva pressão de vapor. Então, o ponto crítico é claramente o maior valor de temperatura e pressão onde líquido e vapor podem existir em equilibrio. A temperatura máxima é chamada de temperatura crítica (Tc) e a pressão máxima é chamada de pressão crítica (Pc).

6 Diagrama de fases substância pura Neste caso a temperatura esta sendo mantida constante; Nossa substância esta sofrendo uma compressão isotérmica. Começando em E (condição de 100% vapor), um aumento na pressão resulta em uma diminuição significativa de volume visto que o gás é compressível. Se continuamos comprimindo isotermicamente, vamos chegar ao ponto F, onde o gás estará saturadoe a primeira gota de líquido vai surgir. Chegamos à condição de duas fases, onde o líquido (L) e o vapor (V) co-existem em equilíbrio, pela primeira vez, apesar de uma quantidade infinitesimal de líquido. Chegando na condição duas fases, o que acontece na sequência não é intuitivo. Enquanto nós continuamos a comprimir diminuindo o volume (F_G) a pressão do sistema permanece constante; esta condição continua até que todo o vapor tenha se transformado em líquido. Ponto G representa a última condição de coexistência de líquido e vapor (L+V), condição de líquido saturado (líquido em equilíbrio com uma quantidade infinitesimal de vapor. Tendo sómente líquido a redução de volume significa aumento abrupto de pressão devido a incompressibilidade do líquido.

7 Diagrama de fases de substância pura Family of P-v isotherms for a pure component

8 Diagrama de fases de substância pura

9 Diagrama de fase sistema binário Cricondentherm (Tcc): 1. The highest temperature in the two-phase envelope. 2. For T > Tcc, liquid and vapor cannot co-exist at equilibrium, no matter what the pressure is. Cricondenbar (Pcc): 1. The highest pressure in the two-phase envelope. 2. For P > Pcc, liquid and vapor cannot co-exist at equilibrium, no matter what the temperature is. For pure substances only: Cricondentherm = Cricondenbar = Critical Point.

10 Princípio dos estados correspondentes (PCS) O Princípio dos Estados Correspondentes foi formulado por Van der Waals: Substâncias comportam-se da mesma forma quando em seus estados reduzidos. Substâncias em seus estados reduzidos estão em estados correspondentes. Isto é, substâncias em estados correspondentes se comportam da mesma forma. Propriedades reduzidas são utilizadas para definir estados correspondentes. Propriedades reduzidas fornecem uma medida da distância das condições da substância de suas condições críticas e são definidas como: Diagrama de Fases

11 Gas gravity (densidade relativa ao ar) Lei real dos gases: –Propriedades pseudo-reduzidas

12 Gas gravity (densidade relativa ao ar) Gas natural é composto de diversos gases com diferentes massa moleculares: ComponenteComposição Química SímboloPeso molecular Pressão crítica (Pc) [ psi ] Temperatura crítica [ °R ] MetanoCH4C EtanoC2H6C PropanoC3H8C Iso-ButanoC4H10i-C n-ButanoC4H10n-C Iso-PentanoC5H12i-C n-PentanoC5H12n-C n-HexanoC6H14n-C n-HeptanoC7H16n-C n-OctanoC8H18n-C NitrogênioN Dióxido de Carbono CO Sulfeto de Hidrogênio H2S

13 Calculando a gravidade de um gás Exemplo: Calcule a gravidade de um gás natural composto de 88% de C1, 8,2% de C2, 2,1% de C3 e 1,7 % de CO2. ComponenteComposição yiPeso molec. MWiy1MWi C C C CO

14 Lei do gás real O comportamento de misturas de gases naturais pode ser aproximado pela lei do gás real: Z é o fator de compressibilidade, também chamado o fator de desvio do gás na literatura do petróleo. R=10.73 psi.ft^3/lb.mol°R – Constante universal dos gases. O valor de Z pode ser obtido com a tabela de Standing and Katz Para isso é necessário calcular antes os valores de P e T pseudo-reduzidos da mistura.

15 Standing-Katz Compressibility Factor Chart (Reference: Standing and Katz, Trans. AIME, 1942

16 Lei do gas real... são respectivamente a pressão e temperatura pseudo críticas da mistura. A temperatura deve ser absoluta (R ou K), °R=°F+460 °K=°C+273 Nas condições padrão:

17 Uso da lei do gas real para calcular o volume do gás nas condições do reservatório Composição molar do gás: C1=0.875, C2=0.083, C3=0.021, i-C4=0.006, n-C4=0.002, i-C5=0.003, n-C5=0.008, n-C6=0.001 and C7+= Calcule o volume de 1 lb-mol da mistura nas condições de reservatório: T=180°F P=4000 psi

18 Solução O primeiro passo é calcular as propriedades pseudo- críticas da mistura. Essas propriedades é simplesmente o somatório das contribuições individuais dos gases componentes proporcionais as suas frações molares. Isto é baseado na lei termodinâmica clássica para mistura ideal e na lei de Dalton para pressões parciais. Cálculo mostrado na tabela a seguir:

19 Cálculo de P e T pseudo críticas ComponenteyiMWiyiMWiPciyiPCiTciyiTCi C , C C i-C n-C i-C n-C n-C C

20 Solução.... As propriedades pseudo reduzidas são: Entrando com ppr e Tpr na tabela de Standing and Katz... Z=0.94

21 Standing-Katz Compressibility Factor Chart (Reference: Standing and Katz, Trans. AIME, 1942

22 GAS LIFT SYSTEM

23 GAS LIFT CONTÍNUO - GLC

24 Calculando a posição da válvula de operadora de gas-lift Pr Pwf H

25 Gas lift Desprezando os termos devido o atrito e mudanças na energia cinética do escoamento,

26 Gas lift Temperatura em °R Problema: Se o gas c/ gravidade=0.7 é injetado a 8000 ft a a psuperf.=900 psi, Tsuper=80ºF e Tinj=160ºF, calcule a pressão no ponto de injeção pinj. Solução: Usando a técnica de tentativa e erro. Assuma que pinj=1100 psi. Calcule ppr e Tpr, Gas gravity -> Tc=390, Pc=668

27 Pressão de injeção Com ppr e Tpr -> chart Standing Katz Z=0.86

28 Relembrando GL equal-slope Caso disp. total de gás cons. somente custo de injeção qoqo q inj. C c /P o Poço 1 Poço 2 Poço 3 Vazão disponível para injeção dq o /dq inj. HB

29 Relembrando GL equal-slope Caso disp. total de gás cons. somente custo de injeção qoqo q inj. C c /P o Poço 1 Poço 2 Poço 3 Vazão disponível para injeção dq o /dq inj. HB

30 Bombeio Mecânico (BM) Sucker rod pump


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