Orientador: Eugenio Spano Rosa

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: Na busca contínua da redução dos custos de produção do petróleo, um método de elevação artificial que vem se destacando é o sistema de produção através de bombas de cavidades progressivas conhecido, simplesmente, por BCP. Este método que, inicialmente, era destinado à produção de poços rasos...

Resumo: Na busca contínua da redução dos custos de produção do petróleo, um método de elevação artificial que vem se destacando é o sistema de produção através de bombas de cavidades progressivas conhecido, simplesmente, por BCP. Este método que, inicialmente, era destinado à produção de poços rasos (500 m) e de baixas vazões (5m3/d), hoje, com o desenvolvimento de novos materiais, já é utilizado em poços com vazões de até 300 m3/d e profundidades que chegam a 2000 m. Com a utilização de vazões cada vez maiores, as perdas hidrodinâmicas ao longo do anular tubo/haste passaram a representar uma quantia significativa da energia total a ser fornecida ao fluido e, consequentemente, sua determinação assumiu um papel importante no dimensionamento do sistema BCP, exigindo-se, desta forma, uma maior atenção. Visando conhecer melhor o escoamento ao longo da coluna de produção, construiu-se, em laboratório, um modelo na escala de 1:1,88 de um poço equipado com tubo de produção de 2 7/8", haste de 7/8" e luva de 1 5/8", onde o escoamento foi considerado monofásico. A partir deste modelo foram simuladas as faixas de vazão de 0a 300 m3/d, rotação de 100 a 400 rpm e viscosidade de 100 a 4000 cP, que abrangem quase a totalidade das condições de campo dos poços brasileiros equipados com BCP. Foram investigados os efeitos das restrições ao fluxo causadas pela mudança de geometria nas extremidades das hastes e pela presença das luvas (utilizadas nas interligações das hastes). Além das restrições estudou-se a influência da rotação no diferencial de pressão ao longo do anular tubo/haste, para os arranjos concêntricos e excêntricos, tanto para haste sem luva como para haste com luva. Os resultados obtidos, experimentalmente, confirmam, para o caso concêntrico, a não interferência da rotação no gradiente de pressão e para o arranjo excêntrico, nas faixas de vazão, viscosidade e rotação investigadas, observa-se um ligeiro aumento no diferencial de pressão com a rotação. O diferencial de pressão no anular tubo/luva foi determinado utilizando-se as mesmas equações empregadas no cálculo do diferencial de pressão no anular tubo/haste. Para considerar-se a mudança de geometria das extremidades das bastes, sugere-se um majoramento de 50 % nos valores obtidos para as luvas

Abstract: In the continuous search to reduce the petroleum production cost, a distinguished artificial lift method is the Progressive Cavity Pumping system, or simply BCP. lnicially, it was only used to produce shallow wells (1600 ft or 500m) and low flow rates (30 bbl/d or 5m3/d), but with the...

Abstract: In the continuous search to reduce the petroleum production cost, a distinguished artificial lift method is the Progressive Cavity Pumping system, or simply BCP. lnicially, it was only used to produce shallow wells (1600 ft or 500m) and low flow rates (30 bbl/d or 5m3/d), but with the development of new materiaIs, the BCP has been applied to wells which produce as much as 2000 bbl/d (300 m3/d) and can be installed in depth up to 6500 fi (2000 m). With higher flow rates, the hidrodynamics losses through out the tubing/rod string annulus turned out to represent a reasonable percentage of the total energy applied to produce fluid from the bottom to the surface of the wells. Thus its determination has taken an important role in the system design, demanding more attention. To get a better knowledge of the tlow through the tubing/rod string annulus, it was built aI: 1,88 scale model of a well equipped with 2 7/8" tubing, 7/8" rod and 1 5/8" coupling, for monofase flow. With this model, it was simulated the flow rates from 0 to 300 m3/d, pump speed from 100 to 400 rpm and viscosity ftom 100 to 4000 cP, values that tipically covers almost the totality of the Brazilian oil wells equipped with BCP. It was investigated the effects of the flow restrictions caused by the complex geometry of the rods' edge and the higher diameter of the couplings. Besides the restrictions, it was studied the influence of the rotation of the rod string in the pressure gradient through out the tubing/rod string annulus for the concentric and eccentric configurations. The experimental results confirmed that in the concentric position, the rotation of the rod string does not interfere in the pressure loss. It was noted in the eccentric case that the rotation of the rod is responsible for a small increase in the pressure loss. The pressure loss caused by the tlow through the tubing/coupling annulus was determinated by the same equations that were used to the tubinglrod annulus. In order to consider the complex geometry of the extremity of the rods, it is suggested to increase the value for the pressure loss along the couplings by 50%