Separação natural

A separação natural do gás, também conhecida como separador de gás por fluxo reverso, é o método mais simples e eficiente que tem sido utilizada desde o inicio das operações de BCS para poços sem packer. Ela é utilizada para uma fração de gás livre baixa a moderada.

O princípio de funcionamento é assentar a bomba abaixo dos canhoneados fazendo com que haja a segregação gravitacional, forçando o líquido a mudar de trajeto e permitindo que o gás livre evacue pelo anular. Isso ocorre porque o líquido possui uma massa especifica maior que o gás. Contudo esse método só pode ser utilizado a baixas vazões, pois é preciso que a velocidade superficial do líquido seja bem menor que a das bolhas de gás, que normalmente são 0,5 ft/seg. (Takacs, 2009) Além de que é necessário a utilização do shroud para que haja a refrigeração do motor.

Figura 18 - Esquema do funcionamento do método de separação natural do gás em

uma bomba de BCS.

2.3.3.4.2. Separadores de gás

Em poços com uma alta razão gás-óleo, uma bomba padrão pode ser incrementada com um separador de gás para ajudar no desempenho da separação do gás livre antes que entre no primeiro estágio da bomba. Esta forma evita que haja o fenômeno chamado de gas locking.

O princípio de funcionamento de um separador de gás ocorre quando o fluido entra e passa por um indutor rotacional, que nada mais é que uma helicoide móvel giratória, que aumenta a pressão da mistura. Depois passa o fluido para a câmara de separação, que é onde muda a trajetória do fluido, onde o fluido com maior massa especifica é forçado para a parede, enquanto o fluido de menor massa especifica no caso o gás, permanece ao centro. A separação é causada pela força centrífuga criada pelo rotor do separador. O gás, então, é direcionado para o anular e produzido, enquanto o fluido é direcionado para a entrada dos estágios da bomba e é bombeado até a superfície.

Figura 19 – Primeiro separador gás-líquido rotativo chamado paddle-wheel com o

indutor.

De acordo com (Takacs, 2009), a eficiência de separação de qualquer separador de gás depende de dois fatores: o tempo em que o fluido permanece na câmara de separação e a magnitude em que ocorre a turbulência no separador. E como mostrado na figura abaixo, quando maior a vazão, menor será a eficiência de separação por causa da velocidade da mistura entrando no separador de gás.

Figura 20 - Gráfico da eficiência de separação utilizando a Centrilift série 400

2.3.3.4.3. Configurações de shrouds

Além dos métodos citados acima, o BCS com shroud é utilizado para direcionar o fluxo e utiliza a segregação gravitacional como aliada. Para que isso aconteça, o shroud fica localizado abaixo dos canhoneados ao redor do motor onde sua extremidade inferior fica aberta, forçando assim o líquido a seguir uma rota para baixo, enquanto o fluxo de gás é elevado para superfície. Além disso, para que o líquido seja redirecionado para baixo, segundo (Tacaks, 2009) faz-se necessário que sua velocidade superficial seja menor que 0,5 ft/seg para que aumente a separação gás-líquido.

Já no caso em que a configuração do sistema tenha que estar acima dos canhoneados, adota-se o shroud invertido onde apenas a extremidade superior do shroud fica aberta e ele fica fixado na entrada da bomba agindo como um separador de gás de fluxo reverso. A utilização desse ultimo método é vantajoso para poços com configuração horizontal sob efeitos do escoamento do tipo de golfadas, já que o shroud

invertido acaba se tornando um reservatório de líquido, garantindo que o fluido na entrada da bomba seja apenas líquido.

Figura 21 - Ilustração da utilização do shroud e shroud invertido

2.3.3.4.4. Formas de manusear o gás

A seção anterior mostrou como o gás livre pode ser evitado na entrada da bomba de BCS e como o gás pode ser separado antes de entrar nos estágios da bomba no caso em que ele consiga entrar no sistema de BCS. Caso nenhuma dessas opções acima possa ser adotada, faz-se necessário a modificação da configuração do sistema, seja por adicionar mais estágios ou pela utilização de equipamentos especiais.

2.3.3.4.4.1. Superdimensionamento de estágios

O superdimensionamento ocorre no intuito de utilizar mais estágios na bomba do que normalmente o sistema requeira. Isso faz com que haja uma compensação para os primeiros estágios da bomba que sofre a interferência do gás, pois ajuda a manusear o gás livre dentro dos estágios da bomba.

2.3.3.4.4.2. Manuseadores de gás

Os manuseadores de gás são equipamentos especiais que são instalados para melhorar a eficiência do BCS com relação a produção de gás livre. Seu principio de funcionamento promove a recirculação do fluido através dos estágios da bomba, com o objetivo de diminuir o tamanho das bolhas de gás, resultando assim em uma dificuldade de segregação das fases, consequentemente tendo uma homogeneização do escoamento.

Desta forma, a tolerância do BCS aumenta em manusear gás facilitando assim a elevação do fluido até a superfície. Um exemplo de um manuseador de gás é a bomba centrífuga chamada de Poseidon que contem rotores helicoaxial e estatores que promovem um fluxo axial suave, fazendo com que os estágios proporcionem um escoamento com uma distribuição quase homogênea. Isto ocorre porque a velocidade do fluxo radial que é responsável pela segregação no rotor é quase que eliminada por causa da pouca força centrifuga desenvolvida no fluxo axial, em adição temos também uma eficiência de mistura muito boa das fases. Esse manuseador pode trabalhar com a pressão de sucção da bomba contendo mais de 75% de gás livre.

Figura 22 - Ilustração da comparação de uma bomba fluxo misto e um manuseador

de gás Poseidon

2.3.3.4.4.3. Associação de bombas em série

Por fim temos uma solução bastante eficiente quando se trata de manusear gás, que são chamadas de associação de bombas em série. Esse método utiliza pelo menos a mistura de dois tipos de configuração dos estágios da bomba