Development of a physical simulator for intermittent gas lift and Zadson pneumatic pump in laboratory scale

Orientador: Sérgio Nascimento Bordalo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências Resumo: Apesar dos avanços alcançados, alguns aspectos da operação do gas-lift intermitente (GLI) convencional permanecem inexplorados ou pouco estudados até o presente, como por exemplo, a concomitância de etapas do ciclo apresentada por Carvalho (2004), ou a estabilidade de ciclos em função da temporização da válvula motora e do ajuste da válvula operadora. Ao mesmo tempo, o bombeio pneumático de Zadson (BPZ) tem apresentado bons resultados em sua aplicação em campos no Brasil, motivando-se estudos para se desenvolverem simuladores computacionais para o projeto e análise destes sistemas. Neste trabalho, foi construído um simulador físico para os métodos GLI convencional e BPZ, para validar simuladores numéricos propostos anteriormente por outros autores. O aparato laboratorial é constituído por quatro conjuntos operacionais: o primeiro conjunto representa a coluna de produção do GLI convencional, o segundo conjunto representa a coluna do BPZ, o terceiro conjunto representa o acoplamento poço-reservatório e o quarto conjunto representa a injeção de gás comprimido. Para a medição, há transdutores de pressão localizados em vários pontos do aparato e tanques de medição do volume produzido. O sistema de aquisição de dados e atuação das válvulas operadora e motora é operado por uma placa micro-controlada. Testes foram realizados alterando-se as variáveis operacionais dos métodos. Como conclusões do trabalho foram identificadas a concomitância das etapas do ciclo GLI, avaliado o fallback para várias condições operacionais, estudada a estabilidade dos ciclos de GLI, e desenhado um mapa operacional das condições de um ciclo GLI regular. Além disso, foi testado o funcionamento de três modos de operação do BPZ Abstract: Despite the advances achieved so far, some important aspects of the operation of the conventional intermittent gas-lift (IGL) remain unexplored or poorly studied, as for instance, the concurrency of cycle stages, as presented by Carvalho (2004), or the stability of cycles due to motor valve timing and adjustment of the gas-lift valve. At the same time, the Zadson pneumatic pump (ZPP) has presented good results in Brazilian fields, motivating studies to develop computational simulators for the design of this method. In the course of the present work, a physical simulator was built for the IGL and ZPP, to validate numerical simulators proposed by previous authors. The laboratory apparatus consists of four operational sets; the first set is the production column of conventional IGL, the second set is the column of ZPP, the third set represents the well-reservoir coupling and the fourth set is the injection of compressed gas. For measurement, there are pressure transducers located at various points of the apparatus and tanks for measuring the produced volume. The system of data acquisition and actuation of gas-lift and motor valves are operated by a microcontroller board. Tests were performed by changing the operating variables of the gas lift methods. The results of the study are: the identification of the concurrent stages during the IGL cycle, the fallback for various operating conditions, the stability of IGL cycles, and an operating map for the conditions of a stable IGL cycle. In addition, the operation of three lifting modes of the ZPP were tested Mestrado Explotação Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo