Estudo prático comparativo para validação da curva de desempenho de bombas centrífugas submersas operando com fluidos viscosos

Abstract

Este trabalho tem o objetivo de analisar o desempenho de uma bomba centrifuga submersa operando com fluidos viscosos e confrontar os resultados dos testes experimentais com as previsões de métodos teóricos. O trabalho contribui com a avaliação de um novo método teórico, proposto por Ofuchi et al. (2017), que sugere previsões mais próximas aos resultados práticos. Para alcançar tal objetivo, foram realizados procedimentos necessários para construção e validação da curva de desempenho de uma bomba centrífuga submersa operando com fluido viscoso, uma vez que os fabricantes das bombas fornecem apenas o desempenho das mesmas operando com água. Foi apresentado um estudo comparativo entre os métodos de correção de viscosidade propostos por Turzo et al. (2000), Stepanoff (1957), Hydraulic Institute-USA (1955) e Ofuchi et al. (2017) com resultados experimentais obtidos no laboratório de elevação artificial que contêm uma bomba centrífuga submersa de 70 estágios em um poço de 32 metros localizado na Universidade Federal da Bahia – Escola Politécnica. Analisou-se o desempenho da bomba em operação com óleos de 6 cP, 12 cP e 111 cP em temperaturas de operação em torno de 50 ºC. Deste modo, foi observado que os embasamentos teóricos e os testes práticos apresentam resultados próximos, conforme um critério de 5% de erro relativo de acordo com o limite de aceitação da norma API RP 11S2 (2008) para o Head. Com a aplicação dos métodos descritos nesta obra, concluiu-se que a teoria proposta por Ofuchi et al. (2017) reproduz melhor os experimentos realizados com a bomba em diversas velocidades de rotação, apresentando erros menores que 5%. Apesar das análises serem realizadas em um poço de baixa profundidade, os procedimentos e os cálculos envolvidos neste trabalho podem ser aplicados em diversos projetos de BCS. A análise sugere que o estudo é genérico e auxilia na previsão do desempenho de bombas centrifugas operando com fluidos viscosos.

This work aims to analyze the performance of a ESP pump operating with viscous fluids and to compare the results of the experimental tests with the predictions of theoretical methods. The work contributes to the evaluation of a new theoretical method, proposed by Ofuchi et al. (2017), which suggests prediction closer to the practical results. To achieve this goal, was analyzed necessary procedures for the construction and validation of the performance curve of a Electric Submersible Pump operating with viscous fluid, since the pump manufacturers only provide the performance of the same operating with water. A comparative study was performed between the most present viscosity correction methods such as Takacs et al (2000), Stepanoff (1957), Hydraulic Institute method (1955) and Ofuchi (2017) with experimental results obtained at artificial lift laboratory which contain a ESP pump with seventy stages in a 32-meter well located at the Universidade Federal da Bahia - Escola Politécnica, the performance of this pump was analyzed with oils of 6 cP, 12 cP and 111 cP at operating temperatures around 50 ºC. Then, it was observed that the theoretical bases and the practical tests present similar results, according to a criterion of 5% of relative error according to the acceptance limit of API RP 11S2 (2008) for Head. With the application of the methods described in this work, it was concluded that the theory proposed by Ofuchi et al. (2017) better reproduce the experiments carried out with the pump different speeds of rotation. Although the analysis were performed in a operating at shallow well, the procedures and calculations involved in this work can be applied to several BCS projects. This demonstrates that the study is generic and help to predict the performance of centrifugal pumps operating with viscous fluids.