Análise de vibrações em um modelo simplificado de válvula de segurança de subsuperfície (DHSV) sujeita a escoamentos bifásicos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Alegría, Luis Felipe Acuña
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Down-Hole Safety Valve (DHSV); fração de vazio; gradiente de pressão; model valve (MV); pressure gradient; tube without restriction (TWR); tubo sem restrição (TSR); two-phase-flow induced vibrations (2-FIV); válvula modelo (VM); vibrações induzidas por escoamento bifásico (2-FIV); void fraction
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18164/tde-04102024-152520/

 A válvula de segurança de subsuperfície, também conhecida como DHSV (do inglês, Down-Hole Safety Valve), desempenha um papel importante na produção de hidrocarbonetos. A indústria brasileira está tendo prejuízos significativos devido à redução da vida útil desse dispositivo, sem contar os riscos associados à operação e ao ambiente. Uma possível razão para a falha na confiabilidade é o tipo de escoamento interno, já que as normas técnicas propõem testes com escoamentos monofásicos, quando no campo se tem provavelmente escoamento bifásico. Essa afirmação se sustenta após uma análise de dados de campo que sugerem, ademais, que na zona da válvula pode existir o padrão de escoamento pistonado, o qual se caracteriza por produzir vibrações de baixa frequência e elevada amplitude. Nesse contexto, são realizados ensaios experimentais com o intuito de avaliar os efeitos relativos das vibrações induzidas por escoamento bifásico (2-FIV), fração de vazio e gradiente de pressão em um modelo simplificado de válvula. Entre as principais descobertas há o efeito da presença de gás nas amplitudes vibracionais estruturais, associadas ao primeiro modo de vibração, e da velocidade da mistura, que implica numa mudança no padrão de escoamento. Por último, os resultados indicam que a presença de uma restrição interna produz mudanças na fenomenologia da dinâmica estrutural e de escoamento que precisam ser levadas em consideração, já que a amplitude vibracional pode chegar a ser mais de duas vezes maior em comparação com um tubo sem restrição, além de gradientes de pressão mais de dez vezes maiores sob as mesmas condições de escoamento. A presença de escoamento bifásico é uma possível explicação para falhas prematuras de dispositivos mecânicos de segurança instalados em linhas de extração de hidrocarbonetos do Brasil.