[pt] Ao longo deste trabalho, diversas características importantes para a dinâmica do escoamento intermitente foram analisadas experimentalmente. Todos os testes foram realizados numa tubulação com 0,0508 m de diâmetro interno, em configuração horizontal, utilizando água e ar e abrangendo uma região onde o escoamento passa por uma complexa transição do regime de bolha alongada, caracterizado por longas bolhas de gás localizadas próximo ao topo da tubulação, para o regime golfada, caracterizado por uma intensa quantidade de bolhas dispersas de gás e bolhas alongadas com formatos distorcidos e frentes mais distantes do topo da tubulação. Nesta região verifica-se uma notável carência de técnicas experimentais capazes de extrair informações quantitativas dos fenômenos característicos desses regimes. Através de um sistema de interruptores de feixe de infravermelho, o comportamento estatístico dos comprimentos dos pistões de líquido, das frequências de passagem dos pistões e do comprimento da bolha alongada puderam ser investigados. Uma extensa comparação dos dados com trabalhos disponíveis na literatura foi realizada, validando os resultados experimentais obtidos. Em conjunto, foi utilizada a técnica óptica, não intrusiva, conhecida como técnica de sombra (shadow technique), combinada com uma câmera digital de alta taxa de aquisição de imagens. Um procedimento inovador de processamento das imagens foi desenvolvido, permitindo a extração de informações quantitativas de regimes complexos com intensa quantidade de bolhas dispersas. Resultados importantes como o abaixamento do nariz da bolha como uma função da competição entre as forças de gravidade e de inércia puderam ser verificados e confirmados quantitativamente pela primeira vez. / [en] The present work experimentally studied several relevant dynamic characteristics of gas-liquid intermittent flow through a horizontal pipe. All tests were performed in a test section formed by 50.8 mm internal diameter pipe using air and water as working fluids. The tests covered a region where the flow undergoes a complex transition from elongated bubble flow regime, characterized by long gas bubbles located near the top of the pipe, to the slug flow regime, characterized by a large amount of dispersed gas bubbles in the liquid slug and elongated bubbles with distorted shapes and fronts displaced from the top of the pipe. In this region there is a notable lack of experimental techniques capable of extracting quantitative information of the characteristic dynamic phenomena involved. A set of infrared optical switches was employed to obtain statistical information on liquid piston lengths and frequency, as well as the elongated bubble lengths. An extensive comparison of the data obtained with works available in the literature was performed, validating the experimental results and the technique employed. Also, a high frame rate camera with back illumination was employed to capture images of the nose and tail of gas bubbles. An innovative procedure for image processing was developed, allowing for the extraction of original quantitative information on the complex shapes of the bubble and its relationship with flow variables. Relevant information such as the lowering of the bubble nose as a result of competing gravitational and inertial forces could be verified and confirmed quantitatively seemingly for the first time.

[pt] Neste trabalho é apresentada a implementação e aplicação de uma técnica experimental ótica, já descrita na literatura, para a medição instantânea do campo de velocidades gerado em escoamento bifásico líquido- gás. O trabalho concentrou-se no regime de escoamento em golfadas. Água e ar foram utilizados como fluidos de trabalho nos testes. A técnica implementada combina Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV - Particle Image Velocimetry), com Fluorescência Induzida por Laser (LIF - Laser Induced Fluorescence) e Iluminação Pulsada de Fundo (PST - Pulsed Shadow Technique), o que permite determinar simultaneamente o campo instantâneo de velocidade na água gerado pela passagem da bolha de ar, assim como a forma e velocidade da bolha. Processamento digital de imagens foi utilizado para extrair as informações sobre o campo de velocidade do líquido e as características da bolha. A técnica implementada foi aplicada no escoamento gerado pela passagem de uma bolha de gás em uma coluna de líquido estagnado. A técnica PIV foi utilizada para determinar o campo de velocidades na fase líquida iluminando-se o escoamento com um plano de luz laser pulsada. O uso de partículas fluorescentes em conjunto com filtros óticos posicionados em frente a uma câmera digital permitiram suprimir a reflexão intensa proveniente das interfaces líquido-gás e das paredes do tubo. Entretanto, esta técnica não é capaz de determinar a exata posição da interface líquido-gás. O uso da iluminação pulsada de fundo proveniente de um painel de LED`s permite a visualização da interface gáslíquido com boa definição. Uma única câmera digital posicionada ortogonalmente ao plano de luz laser e em oposição ao painel de LED`s foi usada para o registro das imagens. Os resultados obtidos revelaram com excelente resolução os detalhes do escoamento na esteira, filme na parede e nariz de uma bolha ascendente, comprovando a eficácia da técnica implementada. / [en] This work presents the implementation of a non-intrusive optical technique for measuring the hydrodynamic characteristics of liquid- gas, two-phase flows. The work was limited to the study of air-water slug flows. The technique implemented, already described in the literature, combines Particle Image Velocimetry - PIV, Laser Induced Fluorescence - LIF, and pulsed background illumination, known as Pulsed Shadow Technique - PST. The combination of these techniques allows the simultaneous measurement of the instantaneous flow field generated in the liquid by the passage of the air bubble, together with the shape and velocity of the bubble. The technique was employed in the study of an air bubble rising in a stagnant liquid layer. The PIV technique was employed in the determination of the instantaneous flow field in the liquid using fluorescent particles illuminated by a pulsed laser sheet. An optical high-pass filter was used to block the light scattered by the air-water interfaces and by the pipe walls, allowing the digital camera employed to only capture the particle positions. A LED panel furnished back illumination at a wave length that passed through the high-pass filter and allowed an accurate determination of the bubble shape. A digital image processing procedure was employed to determine the bubble shape, velocity and liquid flow field. The results obtained revealed, with excellent resolution, the details of the liquid flow at the wake, wall film and nose of the rising bubble, thereby attesting to the quality of the technique implemented.

[pt] A produção de óleo diminui e a produção de água aumenta com o passar do tempo na vida de um reservatório. A mistura de óleo e água é geralmente produzida na forma de uma emulsão. A formação da emulsão começa no escoamento bifásico no interior do reservatório e sua estrutura muda na medida em que os líquidos escoam através de tubulações, bombas e válvulas até as instalações de superfície. Durante a produção, as gotas maiores da fase dispersa quebram-se mudando a distribuição do tamanho das gotas. É importante conhecer a distribuição de tamanho de gota da fase dispersa da emulsão a fim de projetar as unidades de separação e prever as quedas de pressão ao longo do escoamento. O objetivo do presente trabalho é o estudo do processo de quebra de gotas em capilares retos e válvulas agulha a fim de prever o tamanho das gotas resultantes em função das condições de escoamento. O principal desafio é entender como os diferentes parâmetros operacionais de escoamento afetam o processo de quebra. Duas bancadas experimentais foram utilizadas para o estudo do processo. Na primeira, foi realizada uma análise paramétrica de formação de emulsões em um escoamento laminar através de capilares retos. Os experimentos foram realizados utilizando duas seringas conectadas através de um capilar. A emulsão óleo-emágua foi forçada a uma passagem de ida e vinda através do capilar. O diâmetro médio de gota e a superfície específica da fase dispersa foram obtidos em função da vazão de injeção, taxa de cisalhamento, tempo de residência e trabalho dissipado na parede do capilar. Como esperado, o diâmetro médio da fase dispersa diminui com o aumento do tempo de cisalhamento atingindo um valor assintótico e possui uma grande dependência com a taxa de cisalhamento na parede do capilar. Na segunda bancada, foi realizada uma análise paramétrica de um escoamento turbulento de emulsão óleo-em-água através de uma válvula agulha. Os experimentos foram realizados utilizando uma bomba helicoidal para controlar a vazão através da válvula. O diâmetro médio de gota e a superfície específica da fase dispersa a montante e a jusante da válvula foram obtidos em função da queda de pressão, vazão e taxa de dissipação de energia na válvula. O diâmetro médio da fase dispersa diminui e a superfície específica aumenta com o aumento da queda de pressão na válvula agulha até atingir um valor assintótico. / [en] Oil production decreases and water production increases as time goes by in the life of a hydrocarbon reservoir. The mixture of oil and water is usually produced as an emulsion. Emulsion formation starts in the two-phase flow inside the reservoir. The emulsion structure changes as it flows through pipes, pumps and valves up to the surface facilities. During all stages, large drops of the dispersed phase break up leading to smaller drops. It is important to know the droplet size distribution of the dispersed phase in order to design separation units and predict the pressure drop along the flow. The aim of the this work is to study the droplets break-up process that takes place in capillaries and in a needle valve in order to make predictions of the size of the resulting droplets that emerge from this process. The main challenge is to understand how the different operating flow parameters affect the break up process. In order to achieve this goal, two laboratory scale experimental set-ups have been used. In the first experiment, we conducted a parametric analysis of oil-water emulsion formation in laminar flow through straight capillaries. The experiments were carried out using two syringe pumps connected by a double-hubbed capillary pipe. The oil-water emulsion is forced back and forth through the pipe. The mean diameter and the specific surface area of the dispersed phase were obtained as a function of flow rate, shear rate, residence time and rate of energy dissipation at the capillary wall. As expected, keeping all other variables fixed, the dispersed phase mean diameter decreases with the shearing time, reaching an asymptotic value, which was a strong function of the shear rate at the capillary wall. Secondly, we conducted a parametric analysis of turbulent oil-in-water emulsion flow through a needle valve. The experiments were carried out using a helicoidal pump to control the flow rate through the needle valve. The mean diameter and the specific surface area of the dispersed phase upstream and downstream of the valve were obtained as a function of the pressure drop in the valve, flow rate, and rate energy dissipation of the flow. The dispersed phase mean diameter falls and the specific surface area rises with the pressure drop in the valve until reaching an asymptotic value.

[pt] Escoamentos intermitentes bifásicos são caracterizados pela sucessão de golfadas de líquido separadas por bolhas de diferentes tamanhos, escoando com frequência variável. A previsão deste tipo de escoamento é muito importante, uma vez que o mesmo pode ser encontrado em diversas aplicações industriais. No presente trabalho, é realizado um estudo do regime intermitente em tubulações verticais, utilizando o Modelo de Dois Fluidos uni-dimensional, juntamente como o método de Volumes Finitos. O Modelo de Dois Fluidos uni-dimensional requer a inclusão de diversas relações de fechamento para as fases líquida e gasosa. Estas relações devem representar realisticamente o fenômeno físico de interesse, e as equações resultantes devem ser bem postas. No presente trabalho, duas relações de fechamento foram consideradas: salto de pressão devido à curvatura da interface e parâmetro de distribuição de fluxo de quantidade de movimento. A presença do salto de pressão não se mostrou significativa, enquanto que o parâmetro relacionado a distribuição da fase líquida ampliou a região em que o sistema de equações é bem posto. Para os casos analisados, o parâmetro de distribuição da fase líquida apresentou influência nas características do escoamento. As principais grandezas do regime estatisticamente permanente, como comprimento e velocidade de translação da golfada e da bolha, foram comparadas com dados experimentais disponíveis na literatura, apresentando boa concordância. / [en] Intermittent two phase flows are characterized by a succession of liquid slugs separated by bubbles of different sizes, with varying frequency. The prediction of this type of flow is very important, since it can be found in several industrial applications. In the present work, studies of intermittent flows in vertical pipes are performed, employing the Two Fluid Model along with the Finite Volume method. The one-dimensional Two Fluid Model requires the inclusion of several closure relations for both gas and liquid phases. These relations should realistically represent the physical phenomenon of interest, and the resulting equations should be well posed. In this work, two closure relations were considered: pressure jump due to the interface curvature and momentum flux distribution parameter. The inclusion of the pressure jump did not present a significant influence, whereas the momentum flux parameter of the liquid phase increased the region in which the system of equations is well posed. For the cases analyzed, the momentum flux parameter of the liquid phase affected the flow characteristics. The main statistical slug quantities, such as length and translational speed of the bubble and slug, were compared with experimental data available in the literature, showing good agreement.

[pt] A produção de petróleo offshore tem requerido cada vez mais a utilização de equipamentos de bombeio no leito marinho para a produção de poços a longas distâncias das unidades de produção. A grande maioria destes equipamentos tem dificuldade de operar com a presença de gás, ainda mais em condições de golfadas, onde a fração de vazio na sucção pode variar significativamente. Isto limita enormemente a janela operacional dos equipamentos. Uma forma de minimizar os efeitos das golfadas e, assim, ampliar a janela de operação destes equipamentos é a instalação de misturadores de fluxo na sucção das bombas, que atuam de forma a garantir uma maior sobrevida ao equipamento. Portanto, o projeto e a previsão do comportamento deste tipo de equipamento são fundamentais para bom funcionamento dos sistemas de bombeamento submarino. O presente trabalho investiga numericamente, com o modelo de dois fluidos, a eficiência de um tipo de misturador em uniformizar as frações de vazio. Diferentes configurações geométricas são analisadas e a influência das vazões de admissão de ambas as fases é discutida. A metodologia é validada através da comparação da queda de pressão através do misturador com dados experimentais disponíveis, onde se observou boa concordância. O modelo numérico mostra ainda que uma reserva de líquido é mantida no interior do equipamento e, o gás é forçado a se dispersar na corrente de líquido para sair do misturador. O comportamento do misturador frente à presença de golfadas também é investigado. Ao final do trabalho é proposta uma nova geometria, que se mostra mais tolerante a intermitências no escoamento. / [en] The offshore oil production is increasingly using pumping equipment at the seabed for production of wells at long distances from production units. Most of these devices have difficulty to operate in the presence of gas, especially in slug flow conditions, where the pump suction s void fraction can vary significantly. This problem limits the equipment s range of operation. One way to minimize the effects of slugging and thus enlarge the operation range of these devices is to use flow mixers at the pump s suction, which helps to ensure the operation even in the presence of large gas bubbles. Therefore, the design and prediction of the behavior of this type of equipment are essential for proper operation of subsea pumping systems. At the present work, the efficiency of a type of flow mixer to provide uniform void fractions at its outlet is numerically investigated, with the two fluid model. Different geometric configurations are analyzed and the influence of intake flow of both phases is discussed. The methodology is validated through comparison of the pressure drop through the flow mixer with available experimental data, where good agreement was observed. The numerical model also shows that a buffer of liquid is maintained inside the equipment and the gas is forced to disperse in the liquid stream to exit the mixer. The mixer s behavior in the presence of slugs is also investigated. Finally, a new geometry is proposed, which seems to be more efficient to avoid flow s intermittencies.

[pt] Escoamentos intermitentes gás-líquido são encontrados em diversas aplicações de engenharia, como em linhas de produção de petróleo e em sistemas de refrigeração de reatores nucleares. O conhecimento detalhado deste padrão de escoamento é indispensável para a construção de modelos matemáticos representativos deste fenômeno físico complexo. No presente trabalho, foi desenvolvido um estudo experimental com o objetivo de fornecer informações que possibilitem a melhoria dos modelos existentes para o escoamento bifásico intermitente em duto horizontal. A técnica de velocimetria por imagem de partículas estereoscópica (SPIV) de alta frequência foi empregada, em conjunto com a técnica de fluorescência induzida por laser (LIF), permitindo a obtenção de campos de velocidade na região do pistão de líquido, a jusante da bolha alongada, e na região do filme líquido, a montante da bolha. O arranjo experimental possibilitou a medição das três componentes do vetor velocidade do escoamento bifásico água-glicerina e ar na seção transversal de uma tubulação horizontal de 40mm de diâmetro interno. Os resultados obtidos, originais na literatura, mostraram a evolução detalhada das três componentes dos campos médios do vetor velocidade ao longo da passagem da bolha alongada durante o escoamento intermitente. / [en] Gas-liquid intermittent flows can be found in many engineering applications, such as oil production lines and nuclear reactors cooling systems. The detailed knowledge of this flow pattern is necessary for the development of accurate mathematical models of this complex phenomenon. In this work, an experimental study was developed with the goal to provide data that could be used to improve the existing models for two-phase intermittent flow in horizontal pipes. The high-frequency stereoscopic particle image velocimetry (SPIV) technique was employed along with the laser induced fluorescence (LIF) technique, allowing the measurement of velocity fields in the liquid slug, downstream of the elongated bubble, and in the liquid film, upstream of the elongated bubble. The experimental arrangement allowed the measurement of the three components of the velocity vector in an intermittent two-phase water-glycerine and air flow, in a transversal sections of a 40mm internal diameter horizontal pipe. The results obtained revealed original detailed information on the evolution of the three components of the averaged velocity field associated with the passage of the elongated bubble characteristic of the intermittent flow.

[pt] Uma técnica óptica não intrusiva foi desenvolvida para fornecer imagens instantâneas do filme líquido em escoamento anular horizontal ar-água. Imagens instantâneas das seções longitudinais e tranversais do escoamento revelaram o comportamento dinâmico do filme de líquido ao redor do tubo. A técnica PLIF – Planar Laser Induced Fluorescence – foi utilizada para separar a luz emitida pelo filme daquela (mais intensa) refletida na interface ar-água. A seção de testes utilizada foi fabricada em material com índice de refração próximo ao da água, o que permitiu que regiões muito próximas às paredes fossem estudadas sem distorções ópticas apreciáveis. Imagens longitudinais do filme de líquido foram capturadas utilizando uma câmera de alta velocidade sincronizada com um laser de alta taxa de repetição de pulsos. Foram realizados testes com frequências de aquisição de 250 e 3000 Hz. Um algoritmo computacional foi especialmente desenvolvido para medir automaticamente a posição da interface ar-água em cada imagem. A espessura de filme líquido foi medida em duas posições axiais em cada imagem, gerando dados para a variação temporal da espessura do filme de líquido em duas posições diferentes. As velocidades de propagação das ondas de líquido foram calculadas através da correlação cruzada dos sinais de espessura de filme em função do tempo das duas posições axiais. O espectro de frequência das ondas foi obtido a partir do sinal transiente de espessura do filme de líquido capturado. Os resultados obtidos permitiram estudar a dependência das propriedades do filme líquido com os parâmetros globais do escoamento, tais como as velocidades superficiais de gás e líquido. O trabalho realizado também implementou uma técnica de visualização transversal, empregando para isso duas câmeras digitais de alta velocidade em uma montagem estereoscópica. O laser de alta repetição foi montado de modo que seu feixe iluminasse a seção tranversal do tubo. Imagens obidas com as duas câmeras foram distorcidas usando um alvo de calibração e um polinômio para correção das imagens. Estas imagens distorcidas foram unidas para reconstruir a forma completa do filme de líquido na seção tranversal do tubo em função do tempo. Os resultados obtidos com a técnica estereoscópica desenvolvida constituem-se em uma contribuição original na área de medição de escoamentos bifásicos. Comparações com os resultados disponíveis na literatura indicam que o presente trabalho fornece resultados com níveis de incerteza experimentais equivalentes a outras técnicas bem estabelecidas. Os resultados obtidos com as técnicas desenvolvidas forneceram informações úteis para auxiliar o entendimento do comportamento dinâmico do filme de líquido em escoamentos bifásicos anulares. / [en] A non-intrusive optical technique was employed to provide time-resolved images of the lower portion of the liquid film of horizontal annular flow of air and water, revealing the interfacial wave behavior. Time-resolved images of the pipe cross section revealed the dynamics of the complete liquid film around the pipe wall. The planar laser induced fluorescence technique (PLIF) was implemented to allow for the optical separation of the light emitted by the film from that (more intense) scattered by the air-water interface. The visualization test section was fabricated from a tube material which has nearly the same refractive index as water, what allowed for the visualization of the liquid film at regions very close to the pipe wall. Longitudinal images of the liquid film were captured using a high speed digital video camera synchronized with a high repetition rate laser. Data sets were collected with sampling camera frequencies ranging from 250 to 3000 Hz. A specially developed image processing algorithm was employed to automatically detect the position of the air-water interface in each image frame. The thickness of the liquid film was measured at two axial stations in each processed image frame, providing time history records of the film thickness at two different positions. Wave velocities were measured by cross-correlating the amplitude signals from the two axial positions. Wave frequency information was obtained by analyzing the time-dependent signals of film thickness recorded. The results obtained allowed for the verification of the variation of the liquid film characteristics with global flow parameters, such as the liquid and gas flow superficial velocities. For the film cross section observations, two high speed digital video cameras were used in a stereoscopic arrangement. The high repetition rate laser had its laser sheet mounted so as to illuminate a pipe cross section. Images from the left and right cameras were distorted by the use of a calibration target and an image correction algorithm. Distorted images from each camera were then joined to yield the complete instantaneous cross section image of the liquid film. Comparisons with results from different techniques available in literature indicate that the present technique presents equivalent accuracy in measuring the liquid film properties. The stereoscopic technique developed is an original contribution of the present work to the set of experimental techniques available for the study of two-phase flows. Time–resolved images of longitudinal and cross section views of the film were recorded and analyzed, what constitutes in valuable information for the understanding of the dynamics of the liquid film in horizontal annular flow.

[pt] Na produção de gás e petróleo em campos de águas profundas são comumente encontrados trechos verticais de dutos (risers) na aproximação final à plataforma. Nesta configuração, podem ocorrer escoamentos bifásicos no regime de golfadas severas (severe slug) que gera alternância na produção da fase gasosa e líquida. Esta alternância é caracterizada por períodos de produção de gás sem líquido seguido de altas taxas de produção de ambas as fases. O regime severo de golfadas é geralmente descrito em quatro fases: formação da golfada, produção da golfada, rompimento da golfada pela fase gás e fluxo reverso do que restou da fase líquida. Este regime induz o escoamento a condições mais extremas do que um outro regime, visto que resultam em um aumento de pressão no duto durante a formação da golfada e em um aumento na taxa de produção durante a expulsão da mesma. O presente trabalho consiste da simulação numérica do regime de golfadas severas para um trecho de tubulação horizontal seguido de outro vertical, assim como apresentar uma análise de um regime estatisticamente permanente. A previsão do escoamento é obtida utilizando-se uma formulação unidimensional baseada no modelo de Drift. A freqüência das golfadas é comparada com outros estudos numéricos da literatura, obtendo-se uma concordância bastante satisfatória. / [en] In the gas and oil offshore deep water production is usual to find risers in Production Unit final approach. Regarding to this configuration, two-phase flows can evolve to a severe slug regime that create gas and liquid alternate production. This cyclic behavior is characterized by periods of gas production followed by very high liquid and gas flow rates. The severe slug flow regime is normally described as occurring in four phases: slug formation, slug production, blowout, and liquid fallback. This flow regime introduces new conditions that can be found in other regimes because of the pressure increase during the slug formation and the large flow rates during the slug production. The present work consists of the numerical simulation of the severe slug flow regime into a horizontal pipeline section followed by a vertical section, as well as to present an statistically steady state analysis. The flow prediction is obtained through a one-dimensional formulation based on the Drift Flux Model. The slug frequency is compared with other numerical studies available in the literature, and a very satisfactory agreement is obtained.

[pt] Esse trabalho apresenta um modelo numérico para a análise de processos acoplados de efeitos mecânicos e escoamento bifásico em meios porosos fraturados, com a utilização de diferentes métodos numéricos combinados (Elementos finitos contínuos e descontínuos), e utilizando uma mesma malha de elementos finitos para representar uma célula de modelo de simulação de reservatório. As descontinuidades são inseridas na malha como elementos de nós duplicados colapsados. Empregam-se procedimentos numéricos desenvolvidos em dois grupos distintos. Um primeiro grupo de simulações trata de um procedimento numérico de escoamento bifásico, com ênfase à obtenção de um balanço de volumes verdadeiramente conservativo. Nesta fase, avalia-se uma formulação numérica que emprega um processo em três etapas: o método dos elementos finitos (EF), para a aproximação da equação da pressão; intermediariamente, utiliza-se o método de Raviart-Thomas de mais baixa ordem para aproximação da velocidade; e a aproximação da equação da saturação pelo método dos elementos finitos descontínuos (MEFD), que utiliza um limitador de inclinação multidimensional de modo a evitar oscilações na reconstrução dos dados de saturação. Para fins de validação da formulação desenvolvida, comparam-se os resultados obtidos com simulações utilizando o Método do Volumes Finitos (VF). O segundo grupo de simulações trata de acoplar o módulo mecânico (em EF) ao simulador de escoamento bifásico, de modo que a variação do estado de tensões, decorrente da explotação, seja considerada nas simulações. Essa análise permite uma melhor representação do fenômeno estudado além de proporcionar melhores resultados quanto à chegada da água nos poços produtores, afetando a produtividade do modelo. / [en] This work presents a numerical model for the analysis of coupled processes of mechanical effects and two-phase flow in fractured porous media using different numerical methods (continuous and discontinuous finite elements), and using the same finite element mesh to represent a cell of reservoir simulation model. The discontinuities are inserted into the mesh as elements of collapsed duplicate nodes. Numerical procedures developed in two distinct groups are used. A first group of simulations deals with a numerical two-phase flow procedure, with special emphasis on obtaining a truly conservative volume balance. At this stage, a numerical formulation using a three-step process is evaluated: The Finite Element Method (EF), for the approximation of the pressure equation; the lower order of Raviart-Thomas method is used to velocity approximation; and the approximation of the saturation equation by the discontinuous finite element method (MEFD), using a multidimensional slope limiter in order to avoid oscillations in the reconstruction of the saturation data. For the validation of the developed formulation, the results obtained are compared with simulations using the Finite Volume Method (VF), with focus on the analysis of the conservation of volumes. The second group of simulations couple the mechanical module (in EF) to twophase flow computer program, so the variation of the stress state, due to exploitation, is considered in the simulations. This analysis allows a better representation of the phenomenon. In addition to providing better results regarding the arrival of water in the producing wells, affecting the productivity of the model.

[pt] No presente trabalho foi realizado um estudo experimental sobre escoamento bifásico em regime intermitente através de tubos horizontais e de pequena inclinação, com o objetivo de determinação dos campos de velocidade instantâneos nas regiões a montante do nariz, a jusante da cauda das bolhas de gás, assim como na região do filme de líquido sob as bolhas. Foi implementada uma combinação de três técnicas ópticas não invasivas. Velocimetria por Imagem de Partículas bi-dimensional (Particle Image Velocimetry – PIV) foi utilizada para determinar os campos de velocidade instantâneos nas regiões de interesse, enquanto luz de fundo pulsada e sincronizada proveniente de uma matriz de LED’s vermelhos iluminava os contornos das bolhas aumentando o contraste das interfaces líquido-gás (Pulsed Shadow Technique – PST). Uma técnica baseada na fluorescência induzida por laser foi utilizada (Laser Induced Fluorescence - LIF) para separar a luz verde intensa proveniente do laser associado à técnica PIV. Os testes foram conduzidos em seção transparente tendo água e ar como fluidos de trabalho. Os resultados obtidos revelaram informações detalhadas sobre o escoamento de líquido no escoamento intermitente. Foram produzidos também resultados estatísticos de algumas variáveis globais do escoamento como, a velocidade e os comprimentos das bolhas e pistões de líquido, além da frequência de passagem desta estruturas do escoamento. / [en] instantaneous liquid velocity fields at the film, nose and tail regions of slugs in horizontal and inclined two phase flow. To this end, a combination of three nonintrusive optical techniques was employed. Two-dimensional particle image velocimetry (PIV) was used to measure the instantaneous liquid velocity field at a meridional plane of the horizontal pipe test section, while a synchronized pulsed back lighting, provided by a matrix of red LED s, illuminated the bubble contours thereby enhancing contrast of the interfaces (Pulsed Shadow Technique - PST). A laser-induced fluorescence technique (LIF) was employed to separate the strong reflections coming from the gas-liquid interfaces produced by the green PIV laser, The tests were conducted on a specially built transparent pipe test section, using air and water as the working fluids. The velocity fields were obtained for flow regimes where the slugs were lightly aerated. The velocity field results in the nose, tail and film regions revealed valuable detailed information that helped to better understand the physics of the flow, besides contributing to the formation of a data bank for supporting the development of two-phase, horizontal slug flow simulations. The work conducted also provided statistical information on the main global variables that characterize the flow, such as, speed and length of gas bubbles and liquid slugs, and the frequency of passage of these structures.