[pt] O conhecimento do escoamento no interior das Bombas de Cavidades Progressivas (BCP) é de grande importância para aprimorar o desenho e a aplicação destas bombas em poços de petróleo. A simulação do escoamento na BCP é extremamente complexa devido ao caráter transiente, à presença de paredes móveis e à diferença de escala do tamanho da folga entre o estator e o rotor. Esta complexidade torna impraticável o uso da simulação como ferramenta de projeto. Esta dissertação apresenta um modelo assintótico do escoamento no interior de BCP monolobular com estator metálico. O modelo foi desenvolvido para fluido newtoniano e utiliza a teoria da lubrificação para reduzir as equações tri-dimensionais de Navier-Stokes a uma equação de Poisson bi-dimensional, para o campo de pressão. As equações diferenciais do modelo, escritas com coordenadas cilíndricas, foram resolvidas numericamente pelo método de diferenças finitas de segunda ordem. O programa desenvolvido em Matlab oferece resultados que reproduzem satisfatoriamente os dados experimentais, com tempo de processamento e capacidade computacional significativamente inferiores aos modelos que resolvem o sistema completo de equações. Os resultados obtidos mostram o efeito de parâmetros geométricos e operacionais, tais com folga estator-rotor, número de estágios, viscosidade e densidade do fluido, rotação e diferencial de pressão, nas curvas de desempenho da bomba. / [en] The fundamental understanding of the flow inside Progressive Cavities Pumps (PCP) represents an important step to improve the efficiency of these pumps in the petroleum artificial lift industry. The simulation of the flow in the PCP is extremely complex due to the transient character of the flow, the moving boundaries and the difference in length scale of the channel height between the stator and rotor. This complexity makes the use of CFD as an engineering tool almost impossible. This dissertation presents an asymptotic model to describe a single phase flow through progressive cavities pumps, using the lubrication theory approach. The model was developed for Newtonian fluid and the lubrication theory was used to reduce the three-dimensional Navier-Stokes equations to a two-dimensional Poisson´s equation for the pressure field. The models differential equations were written in cylindrical coordinates and were numerically solved by the finite difference method. A program was developed in Matlab and the results reproduce the experimental data, with a significantly shorter processing time, which is orders of magnitude faster than the model that solves the complete set of equations. The results show the effect of geometry and operational parameters, such as the clearance between stator and rotor, the number of pitches, viscosity and density of the fluid, rotation and differential pressure, in the pump performance curves.

[pt] O gas-lift na base do riser é um dos vários métodos que se provaram eficientes para aumento de produção. Em alguns casos, ele também pode ser utilizado para aumentar a viabilidade do blowdown para prevenção de hidratos. Além disto, o gas-lift pode ser utilizado como um método efetiv para suprimir o fenômeno de golfada severa, que ocorre geralmente em linhas descendentes. Este método tem, então, um grande potencial de viabilizar arquiteturas submarinas mais enxutas, como anel de coleta, aumentando a economicidade de projetos, sem reduzir funcionalidades. A necessidade da aplicação do gas-lift nem sempre é óbvia, pois sua efetividade depende da performance do reservatório, propriedades de fluido, relevo do solo marinho, arquitetura submarina, além de características da flowline e riser. Em muitos casos, o gas-lift para aumento de produção só traz ganhos no fim da vida produtiva, quando o watercut é mais alto. A aplicabilidade do gas-lift como método de elevação artificial e o local ideal de injeção do gás é uma análise direta e objetiva. Por outro lado, sua aplicabilidade no contexto de garantia de escoamento é mais subjetiva, tendo influência forte da filosofia operacional e tolerância ao risco. Baseado em uma envoltória típica do présal brasileiro, no que tange a características de reservatório, fluido e sistema de produção, foi realizado um conjunto de simulações para avaliação da aplicação do gas-lift na base do riser como uma solução multi propósito. Isto inclui quando o gas-lift é benéfico para aumento de produção e para garantia de escoamento, em especial as operações de remediação e prevenção de hidratos. Os resultados da aplicação do gas-lift na base do riser como método de auxílio ao blowdown são muito promissores. É possível realizar as operações de remediação com sucesso, mesmo para vazões baixas de injeção de gás. Nas operações de prevenção, foi possível observar redução da pressão residual em todas as combinações de características de fluido e geométricas, em especial para geometrias descendentes. Para poços de alta produtividade, o gas-lift na base do riser só apresenta desvantagens em relação ao gas-lift downhole, do ponto de vista de aumento de produção, quando o watercut é da ordem de 60 a 70 por cento. / [en] Riser base gas-lift is one of several methods that have been proven to work in subsea developments for production enhancement. In some cases, gas-lift can be used to increase feasibility of blowdown for hydrate prevention. In addition, gas-lift can be used as an effective method to supress severe slugging that usually occurs with downhill inclination. Hence, this method has great potential to enable more compact subsea architectures, such as production loops, enhancing project economics, without reducing functionalities. Meanwhile, the necessity of gas-lift application is not always obvious because its effectiveness depends on reservoir performance, fluid properties, seabed terrain, subsea architecture, and flowline and riser specifications. In many cases, gas-lift for production enhancement is only advantageous at late life production, when oil production rates are low and water rates might be high enough. Whether gas-lift is suitable as an artificial lift method and where the lift-gas should be injected is a direct and objective analysis. On the other hand, its application in a flow assurance context is more subjective, being strongly influenced by operational philosophy and risk tolerance. Based on a typical envoltory from Brazilian pre-salt, concerning reservoir characteristics, fluid and production system, a set of simulations has been performed to evaluate the application of riser base gas-lift as a multi purpose solution. These include when gas-lift is beneficial for production enhancement and for flow assurance. The results of the application of riser base gas-lift as a blowdown method are very promising. It is possible to complete remediation operations successfully, even for low gas injection rates. In prevention operations, it is possible to observe a reduction in residual pressure for all combinations of fluid and geometrical characteristics, specially in downward flow. For high productivity wells, riser base gas-lift is only disadvantageous in comparison with downhole gas-lift, from production enhancement point of view, when watercut is around 60 to 70 per cent.