Resumo: A emulsificação na indústria de petróleo e gás há muito tempo apresenta desafios técnicos relacionados à garantia de escoamento. Uma vez que a emulsificação ocorre, a demanda de energia no sistema de bombeamento eleva-se devido à alta viscosidade do fluído. Um método para mitigar os efeitos da emulsificação é a adição de desemulsificantes. Esse químico pode ser dosados diretamente no fluxo, especialmente em estágios anteriores à separação de fases em tanques de separação. Quantificar o desemulsificante dosado requer uma avaliação da eficiência da desemulsificação. Adicionar pouco desemulsificante pode não alcançar a eficiência desejada, enquanto a adição excessiva pode levar a um efeito de overdose, além de ser dispendioso. Numerosos estudos na literatura relatam o uso de estratégias de controle de desemulsificação nas fases de separação de petróleo. No entanto, não foram encontradas estratégias de controle para controlar os padrões de escoamento na desemulsificação que ocorre no fluxo. Nesse sentido, empregar uma estratégia de controle automático para dosar o desemulsificante no fluxo e controlar o padrão de escoamento resultante para garantir um escoamento menos viscoso seria de grande interesse. No entanto, desenvolver um sensor que quantifique/classifique adequadamente o escoamento é necessário para alcançar esse objetivo. Nesse contexto, os sensores ultrassônicos oferecem vantagens sobre outras técnicas de caracterização de emulsões, pois são sensores não intrusivos capazes de analisar amostras concentradas e opacas. Essas características tornam o ultrassom um sensor ideal para aplicação em fluxo. Portanto, este estudo teve como objetivo desenvolver um sensor ultrassônico para caracterizar o fluxo de emulsão e atuar como um classificador de desemulsificação, possibilitando a aplicação de uma estratégia de controle para dosar desemulsificantes automaticamente em linha. A classificação ocorre usando as propriedades acústicas da amostra e aplicando um sistema de controle fuzzy para identificar os padrões de escoamento que ocorrem durante a desemulsificação. Em seguida, a vazão ideal de desemulsificante é calculada e dosada automaticamente na tubulação. Os principais resultados alcançados podem ser divididos em três pontos. Primeiro, foi possível caracterizar a dinâmica da desemulsificação no escoamento e como variáveis como temperatura, taxa de fluxo, cisalhamento e fração de água a influenciam. Em segundo lugar, observou-se que as propriedades acústicas, como velocidade do som, atenuação e impedância, eram altamente sensíveis a mudanças na morfologia da emulsão que ocorreram com a desemulsificação. Isso foi especialmente sensível quando a desemulsificação se intensificou e a fase segregada pôde ser vista no fluxo. Finalmente, essa sensibilidade permitiu a aplicação de um sistema de controle fuzzy para identificar os padrões de escoamento que ocorrem durante a desemulsificação e dosar o desemulsificante. O controle teve um desempenho adequado no sistema, mantendo o escoamento separado em um padrão de fluxo desejado. Esse controle foi avaliado em um circuito fechado (com recirculação de amostra) e em um circuito aberto Ver menos

Abstract: Emulsification in the oil and gas industry has long posed technical challenges concerning flow assurance. Once emulsification occurs, the pumping system’s energy demand is elevated due to high viscosity. One method to mitigate emulsification’s effects is by adding demulsifiers. These demulsifiers can be dosed directly into the flow, especially in stages preceding phase separation in separation tanks. Quantifying the dosed demulsifier requires assessing the demulsification efficiency. Adding too little demulsifier may not achieve the desired efficiency, while excessive addition may lead to an overdose effect, besides being costly. Numerous studies in the literature report the use of demulsification control strategies in the phases of oil separation. However, no control strategies were found for controlling flow patterns in the demulsification that occurs in the flow. In this regard, employing an automatic control strategy to dose demulsifier into the flow and control the resulting flow pattern to ensure less viscous flow would be of great interest. However, developing a sensor that adequately quantifies/classifies the flow is necessary to achieve this goal. In this context, ultrasonic sensors offer advantages over other emulsion characterization techniques as they are non-intrusive sensors capable of analyzing concentrated and opaque samples. These characteristics make ultrasound an ideal sensor for flow application. Therefore, this study aimed to develop an ultrasonic sensor to characterize emulsion flow and act as a demulsification classifier, enabling the application of a control strategy to dose demulsifiers in-line automatically. The classification occurs by using the acoustic properties of the flow and applying a fuzzy control system to identify flow patterns occurring during demulsification. Then, the ideal demulsifier flow rate is automatically calculated and dosed in the system. The main results reached can be split into three points. First, it was possible to characterize the dynamic of the demulsification in the flow and how variables such as temperature, flow rate, shear, and water fraction influence it. Second, it was observed that the acoustic properties, such as sound velocity, attenuation, and impedance, were highly sensitive to changes in emulsion morphology that occurred with the demulsification. This was especially sensitive when the demulsification intensified, and the segregated phase could be seen in the flow. Finally, this sensitivity enabled the application of a Fuzzy control system to identify flow patterns occurring during demulsification and dose the demulsifier. The control had a suitable performance in the system, keeping the flow separated in a desired flow pattern. This control was evaluated in a closed circuit (with sample recirculation) and an open circuit Ver menos