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CPGEI (Mestrado): Jean Paulo Nakatu Longo-28/05/15

Defesa Pública de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 28/05/2015
das 10h00 até 13h00
Onde Sede Central: Sala B-205
Nome do Contato Prof. Marco José da Silva
Participantes Prof. Marco José da Silva, Dr. Orientador UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Marco José da Silva, Dr. Presidente UTFPR
Rafael Horschutz Nemoto, Dr. GE
Prof. Daniel Rodrigues Pipa, Dr. UTFPR
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Medidas de impedância elétrica para monitorar a formação de hidratos

Resumo: Dentre os desafios no processo de produção de hidrocarbonetos na indústria de óleo e gás, uma área em destaque nos últimos anos é conhecida como garantia de escoamento, a qual envolve assegurar de forma contínua que os fluidos (óleo ou gás) escoem pelas tubulações que conectam o poço aos sistemas de separação na superfície. Um dos principais problemas enfrentados está ligado a deposição de hidratos de gás em tubulações, podendo estes diminuir o diâmetro útil ou até obstruir as tubulações, gerando perdas financeiras consideráveis devido a, principalmente, parada de produção. Hidratos ou clatratos são estruturas cristalinas sólidas semelhantes ao gelo, normalmente formados por moléculas de água e gás em determinadas condições de pressão e temperatura. Atualmente não existe uma técnica de medição estabelecida para monitoração da formação de hidratos em tubulações. Uma técnica candidata é a medição da impedância (ou o espectro de impedância) dos fluidos, pois se trata de uma técnica simples, robusta e de baixo custo. Com o objetivo de investigar o processo de formação de hidratos de forma controlada, foram realizados e analisados diversos experimentos com três sistemas de medição diferentes operando três células de medição distintas. Um sistema totalmente comercial, um sistema misto e um sistema dedicado foram utilizados para realizar medidas de impedância do processo de formação de hidratos. Os testes foram realizados com uma substância modelo (tetrahidrofurano – THF) em mistura com água, com a qual é possível a formação de hidratos sem a necessidade do uso de uma célula pressurizada. Os dois primeiros sistemas (comercial e misto) são capazes de medir o espectro de impedância na faixa 101 Hz até 107 Hz. Já o sistema dedicado opera em frequência fixa. Os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito à monitoração da formação de hidratos, já que diferenças consideráveis nos valores de impedância são observadas para a mistura de THF-água em estado líquido e com a presença de hidratos. Dessa maneira, o sistema desenvolvido aliado ao processamento dos dados experimentais pode ser empregado em trabalhos futuros como ferramenta simples para monitorar a formação de hidratos em tubulações.
Palavras-chave: formação de hidratos, garantia de escoamento, medidas de impedância elétrica, espectroscopia de impedância elétrica, sensor de impedância.

Electrical impedance measurements for monitoring hydrate formation

Abstract: Among the challenges in the oil and gas industry for hydrocarbon production, a featured area in recent years it is known as flow assurance, which involves to guarantee the continuously steam of fluids (oil or gas) through pipelines connecting wellhead to separation systems at topside. One of the main problems is related to the deposition of gas hydrates in pipelines, since these deposits may reduce the effective pipe diameter or even clog pipelines, causing considerable financial losses mainly due to production stop. Hydrates or clathrates are crystalline solid ice-like structures, typically formed by water and gas molecules under certain conditions of pressure and temperature. Currently there is no established measurement technique for monitoring the hydrate formation in pipelines. One candidate technique is the impedance (or impedance spectrum) measurement of fluids, since it is a simple, robust and low cost technique. With the objective of investigating the hydrates formation process in a controlled manner, several experiments with three different measuring systems operating three different measuring cells have been performed and evaluated. A fully commercial, a mixed, and a dedicated measuring system were applied for obtaining impedance data of hydrates formation. The experimental tests were performed with a model substance (tetrahydrofuran - THF) in mixture with water which allows the monitoring of hydrates formation at ambient pressures (i.e. no need to use a pressurized cell). The first two systems (commercial and mixed) are able to measure the impedance spectrum in the range 101 Hz to 107 Hz. The dedicated system operates at a fixed frequency. The results show that considerable differences in impedance values are observed for the THF-water mixture in liquid conditions and with the presence of hydrates, hence being promising in hydrates formation monitoring. In this way, the developed measurement system allied to appropriated data processing routines can be applied as simple tool to monitor hydrate formation in pipes.
Keywords: hydrates formation, flow assurance, electrical impedance measurements, electrical impedance spectroscopy, impedance sensor.

Lista de publicações:

LONGO, J. P. N.; WRASSE, A. N.; DOS SANTOS, E. N.; DA SILVA, M. J.; MORALES, R. E. M. Sensor Capacitivo Interdigital para Detecção de Parafina em Oleodutos. In: Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática, p. 391-395, 2014.

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