Estudo da contração térmica e formação de vazios na garantia de escoamento de petróleos parafínicos

Abstract

Programa de Recursos Humanos da Agência Nacional de Petróleo e Gás - PRH-ANPDurante paradas operacionais, a produção de petróleo parafínico offshore enfrenta problemas quanto à cristalização de parafinas em baixas temperaturas, que levam à gelificação do material e ao entupimento das tubulações. O gel formado apresenta características tixotrópicas elastoviscoplásticas e são passíveis da formação de vazios, os quais, ao serem negligenciada pelos modelos, levam a superestimativa da pressão de repartida e maiores custos operacionais. Diante disso, este trabalho tem como objetivo a quantificação dos vazios formados em amostras de óleo parafínico modelo no reômetro, além da simulação da interface inicial deste processo. Para isso, foram estudadas amostras com concentração de 5%, 12,5% e 20% m/m que foram resfriadas no reômetro em geometria placa-placa de 80 °C a 4 °C, a taxas de 1 °C/min e 10 °C/min, permitindo a obtenção da contração radial do material por meio de fotografias. Em paralelo, foi proposto um modelo de densidade para estimar a contração volumétrica total do óleo e foram realizados testes de densimetria e calorimetria diferencial de varredura (DSC). Também foram conduzidas simulações fluidodinâmicas computacionais no software Comsol Multiphysics 6.0 utilizando o método level set, com foco em reproduzir a interface inicial do fluido no reômetro. Os resultados mostraram que o modelo proposto representou de forma satisfatória o aumento de densidade e da contração total do óleo durante o resfriamento, com maiores contrações observadas nas amostras com maior teor de parafinas. Por outro lado, as contrações radiais experimentais foram mais acentuadas nas menores concentrações e taxas de resfriamento. A diferença entre as contrações total e radial permitiu estimar a fração de vazios, que se mostrou mais significativa nas maiores concentrações de parafina e somente ocorreu após o início da cristalização. As simulações confirmaram que o método level set representou com eficácia a interface, revelando um perfil coerente de pressão negativa no interior do líquido, compatível com o deslocamento da interface em sua direção. Por fim, a análise da viscosidade cinemática demonstrou que maiores viscosidades dinâmicas reduzem a velocidade deescoamento da interface, e menores densidades resultam em curvaturas menos acentuadas, devido à diminuição do gradiente de pressão. Assim, a metodologia experimental se mostrou eficiente na quantificação dos vazios, e as simulações numéricas foram capazes de representar adequadamente o comportamento da interface observada experimentalmente