[pt] O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho metrológico e o potencial de aplicação do medidor tipo v-cone para medição de vazão de gás natural em condições de gás úmido. Observa-se que os medidores do tipo placa de orifício, geralmente utilizados na medição de vazão de gás no segmento de Exploração e Produção (E e P), podem não representar a tecnologia mais adequada. O medidor v-cone representa uma tecnologia relativamente recente, que vem demonstrando bom desempenho para a medição de vazão e vem ganhando aceitação de órgãos reguladores. O interesse e a motivação do pesquisador residem na busca de maior exatidão na medição de vazão em condições operacionais adversas (gás úmido não especificado), sem impacto significativo sobre o custo do sistema. O presente trabalho, por meio de uma pesquisa bibliográfica e documental, apresenta o estágio atual de desenvolvimento da tecnologia de medição por v-cone e detalha as características dos sistemas de medição de vazão de gás natural, além de abordar as normas e regulamentos relacionados ao tema em questão. A fase experimental busca avaliar o desempenho do medidor por meio de uma investigação empírica realizada em laboratório, simulando condições de gás úmido encontradas em campo. Essa análise envolve também a determinação de erros e incertezas de medição. A pesquisa realizada, em conjunto com a avaliação dos resultados dos testes e das correlações utilizadas, demonstra que o medidor v-cone apresenta boa confiabilidade na medição de vazão de gás natural em escoamento de gás úmido, podendo ser utilizado em aplicações encontradas no segmento de E e P. / [en] The aim of this study is to evaluate the metrological performance and potential of use of the v-cone type meter for measuring the natural gas flow rate under wet gas conditions. The orifice plate type meters, that are usually used to measure the gas flow rate in the Exploration and Production segment (E and P), may not represent the most appropriate technology. The v-cone meter represents a relatively recent technology, which has shown good performance for the flow rate measurement and is gaining acceptance from the regulators. The interest and motivation of the researcher are related to the quest for greater flow rate measurement accuracy in adverse operating conditions (unspecified wet gas), with no significant impact on the cost of the system. This work, through a literature and documentary search, presents the current stage of development of the v-cone flow rate measurement technology and details the characteristics of natural gas flow rate measurement systems, in addition to addressing the standards and regulations relating to the subject. The experimental phase aims to evaluate the meter performance through an empirical research conducted in laboratory, by simulating wet gas conditions found in the field. This analysis also involves the determination of measurement errors and uncertainties. The research and the evaluation of test results and correlations show that the v-cone meter has good reliability in natural gas flow rate measurement under wet gas conditions, allowing it to be used in applications found in E and P.

[pt] Esta dissertação teve como objetivo de avaliar o desempenho metrológico de sistemas de medição de petróleo com medidores de vazão do tipo ultrassônico, Coriolis e deslocamento positivo quando submetidos a variadas condições de BSW, temperatura do fluido e vazão do escoamento por meio de Planejamento de Experimentos e da Metodologia de Superfície de Resposta. Conforme regulamentação brasileira vigente, caso os volumes produzidos de petróleo utilizados como referência para o pagamento de participações governamentais e a terceiros contenham um BSW superior a 2 por cento v/v, estes volumes devem ser majorados de forma arbitrária entre 1,44 por cento e 10,89 por cento em função exclusivamente do BSW, o que tem acarretado problemas operacionais às empresas petrolíferas como diferenças entre os volumes produzidos e os volumes comercializados, e pagamentos adicionais de participações governamentais e à terceiros. Os resultados dos experimentos realizados indicam que a contribuição de cada parâmetro analisado para o desempenho metrológico do sistema de medição varia conforme a tecnologia de medição utilizada pelo medidor de vazão, entretanto a temperatura do fluido demonstrou-se um parâmetro relevante comum para todas as tecnologias de medição avaliadas. Todas as tecnologias de medição avaliadas sofrem influência do BSW na faixa de 0 por cento a 10 por cento v/v, sendo o erro de medição inferior a 0,2 por cento, quando comparado a um medidor padrão do tipo deslocamento positivo, em quase todas as condições experimentais. O medidor de vazão do tipo Coriolis foi o que apresentou o menor erro dentre as tecnologias de medição avaliadas. / [en] This dissertation aimed to evaluate the metrological performance of oil measurement systems with ultrasonic, Coriolis and positive displacement flowmeters when subjected to various conditions of BSW, fluid temperature and flow rate by using Design of Experiments and Response Surface Methodology. According to current Brazilian regulations, if the produced oil volumes used as a reference for the payment of government takes and to landowners contain a BSW greater than 2 percent v/v, these volumes must be arbitrarily increased by 1.44 percent up to 10.89 percent due exclusively to the BSW value, which has caused operational problems for oil companies such as differences between the produced oil volumes and oil volumes sold, and additional payments of government takes and landowner fees. The results of the experiments carried out indicate that the contribution of each parameter analyzed to the metrological performance of the measurement system varies depending on the flowmeter measurement technology, however, the fluid temperature proved to be a relevant parameter common to all measurement technologies evaluated. All measurement technologies evaluated are influenced by BSW in the range of 0 percent to 10 percent v/v, with the measurement error being less than 0.2 percent, when compared to positive displacement master flowmeter, in almost every experimental condition. The Coriolis flowmeter was the one with the lowest error among all measurement technologies evaluated.

[pt] No Brasil, a medição de petróleo é regulada pela ANP e pelo INMETRO. O Regulamento Técnico de Medição de Petróleo e Gás Natural exige que os medidores de vazão de petróleo sejam calibrados nas condições mais próximas das encontradas no local de medição, tanto para o fluido (massa específica e viscosidade) quanto operacionais (vazão, pressão e temperatura). Replicar todas estas condições nos laboratórios de calibração nacionais é muito complicado e dispendioso. Assim, neste trabalho foram avaliados os comportamentos de 7 medidores Altosonic V calibrados com 5 tipos de fluidos (oural, condensat, fuel, heavy fuel e água). Os fatores de calibração dos medidores foram submetidos a avaliações estatísticas e curvas de calibração foram ajustadas buscando identificar possíveis tendências de comportamento. Após supor-se que vazões e viscosidades teriam influência na aleatoriedade dos fatores, chegou-se à conclusão que, utilizando as calibrações de fábrica (fingerprint) do medidor, que cobrem toda a faixa de viscosidade e vazão de medição com a utilização do número de Reynolds, os limites requeridos por norma de erros para medição fiscal de são atendidos. Assim, sugere-se que as verificações periódicas do Altosonic V sejam feitas com o fluido disponível no laboratório de calibração, observando a coerência dos fatores obtidos nesta calibração e na calibração inicial, buscando o atendimento aos limites legais da aplicação. / [en] In Brazil, the measurement of oil is regulated by ANP and INMETRO. The Technical Regulation for Petroleum and Natural Gas requires that the oil flow meters be calibrated in conditions close to those found at the measurement site, both regarding the fluid (density and viscosity) and operational conditions (flow rate, pressure and temperature). It is very difficult to replicate all these conditions in national calibration facilities and expensive too. Thus, this study evaluated the behavior of 7 Altosonic V meters calibrated with 5 types of fluids (oural, condensat, fuel, heavy fuel and water). The calibration factors of the meters were subjected to statistical evaluation and calibration curves were fitted looking for possible behavior trends. Supposing that flow rates and viscosities would influence randomly the factors, a conclusion was reached that, by using the factory meter calibrations (fingerprint), that cover the entire measurement range of viscosity and flow rates, by using Reynolds number, the required by norm fiscal measurement error limits are met. Thus, it is suggested that periodic checks of Altosonic V could be made with the fluid available in the calibration facility, verifying the consistency of the factors obtained in this calibration and in the fingerprint, aimed at complying with the legal limits of the application.

[pt] O desenvolvimento de um motor de quatro tempos, de ignição por centelha, com injeção direta de combustível dentro da câmara de combustão foi uma iniciativa importante para o mercado automobilístico mundial. O potencial termodinâmico deste tipo de motor e sua notória melhoria na economia de combustível têm feito com que a tecnologia seja foco de um grande número de projetos de pesquisa, com o objetivo de entender, desenvolver e aperfeiçoar o sistema de injeção direta de combustível. No entanto, para atender aos novos limites de emissões estabelecidas pela especificação EURO 5, foi necessária uma reavaliação do projeto da geometria do injetor, o que ocasionou no desenvolvimento de um novo componente com um maior número de furos e com uma redução do diâmetro dos mesmos (injetor multifuros). Essa alteração no projeto visa garantir uma melhor pulverização, otimização da relação ar/combustível e, consequentemente, um melhor processo de queima na câmara de combustão, atendendo dessa forma os limites de emissões estabelecidos pela diretriz normativa vigente. Os processos de preparação da mistura, injeção, vaporização e controle do escoamento de ar dentro do cilindro têm sido as principais fontes de publicações de periódicos que estudam o sistema de injeção direta. O presente trabalho, por sua vez, tem por finalidade avaliar a formação de depósitos de compostos inorgânicos nos injetores, provenientes da utilização de combustíveis formulados com diferentes teores de sulfato. O motor utilizado para execução dos testes foi o EP6CDT da PSA Peugeot Citroen. No estudo foram realizados ensaios em bancada de testes e em veículos (estrada e dinamômetro). Outros veículos com a mesma tecnologia, disponíveis no mercado brasileiro, também foram testados. As variáveis avaliadas durante o projeto foram: a composição química de diferentes combustíveis, fator de correção do tempo de injeção (FRA) e a vazão através dos bicos injetores no decorrer dos testes. Os estudos indicaram que a mudança na geometria dos injetores, somada a composição das gasolinas nacionais testadas, originou a formação dos depósitos que será discutida ao longo deste trabalho. / [en] The development of a four-stroke engine, spark ignition, with direct injection of fuel into the combustion chamber was an important initiative for the global automotive market. The thermodynamic potential of this type of engine and its significant improvement in fuel economy have meant this technology as focus of a large number of research projects, with the objective to understand, develop and improve the system of direct fuel injection. However, to meet new emission limits set by Euro 5 specification, it was necessary to reevaluate the geometry design of the injector, which resulted in the development of a new component with a larger number of holes and with a diameter reduction (multi-holes injector). This change in the project aims to ensure a better spray, optimizing air / fuel ratio and, consequently, a better process of combustion inside the combustion chamber, satisfying the emission limits established by the applicable norms. The processes for preparing the mixture, injection, atomization and air flow control inside the cylinder have been the main source of periodic publications that study the direct injection system. Therefore, this paper purpose is to evaluate the formation of inorganic deposits in the injectors using fuels formulated with different amounts of sulfate. The engine used for running the tests was the EP6CDT of PSA Peugeot Citroen. For this study one has performed tests on test bench and in vehicles (road and dynamometer). Other vehicles, with the same technology available in Brazil, were also tested. The variables evaluated during the project were: the chemical composition of different fuels, the correction factor from the injection time (FRA) and flow through the injectors during the tests. This study has indicated that the injector geometry modification, coupled with tested compositions of gasoline, resulted in the formation of deposits that will be discussed throughout this work.

[pt] Acidentes com influxo descontrolado de hidrocarbonetos em um poço de petróleo (blowouts) são eventos com baixa probabilidade de ocorrência na indústria, porém têm impactos catastróficos. O evento de Macondo, com uma sonda afretada pela British Petroleum (BP) no Golfo do México (GoM), mostrou que um acidente dessa proporção tem um impacto significativo nas pessoas, no meio ambiente, nos ativos e na imagem da empresa. Portanto, uma resposta rápida e definitiva para o problema se mostra necessária. Dentre as possibilidades de se conter um derramamento de óleo ocasionado por um blowout, a mais efetiva para cessar o vazamento com segurança e abandonar definitivamente o poço em descontrole é o poço de alívio. Trata-se de um poço direcional perfurado a uma determinada distância do poço em blowout, respeitando-se critérios mínimos de segurança, com o objetivo de interceptar este no ponto estabelecido em projeto. Após a interceptação, injeta-se fluido de alta densidade que, quando preenche o poço que estava em blowout, gera uma contra-pressão capaz de cessar o influxo de hidrocarbonetos do reservatório. Quando é feita essa contra-pressão e o poço que estava em blowout estiver estável e sem influxo, injeta-se cimento pelo poço de alívio para que seja tamponado o reservatório e o poço possa ser abandonado de forma definitiva. No presente trabalho o enfoque é no amortecimento do poço em blowout através do poço de alívio e, portanto, parte-se do pressuposto que a detecção e interceptação do poço em influxo foi feita com sucesso no ponto desejado. A detecção, a interceptação e o abandono no poço em blowout não são estudados com detalhes. O trabalho é desenvolvido tomando como base um poço exploratório de gás a ser simulado, trabalhando os requisitos de pressão e vazão que melhor se adequam ao proposto. O objetivo do amortecimento do poço em blowout pelo poço de alívio é cessar o influxo descontrolado de forma eficaz, otimizando os parâmetros de pressão, vazão e volume de fluido às capacidades de sondas e embarcações disponíveis no mercado. Caso não seja possível o amortecimento variando a densidade do fluido injetado e a pressão nas bombas de injeção, parte-se para mudanças na estratégia de amortecimento como, por exemplo, variação no número de poços de alívio a serem perfurados para amortecer o poço em blowout ao mesmo tempo. Não será objetivo do presente trabalho a modificação no projeto do poço com o objetivo de facilitar o amortecimento. / [en] Accidents with uncontrolled influx of hydrocarbons into an oil well (blowouts) are events with a low probability of occurrence in the industry. Although, if they occur, the impact may be catastrophic. The Macondo event, with British Petroleum s rig (BP) in the Gulf of Mexico (GoM), showed that an accident of this proportion has a significant impact on people, environment and an image of the company. Therefore, a quick and definitive response for the problem is necessary. There are several possibilities to contain an oil spill caused by a blowout. However, the most effective way to safely plug and abandon (P and A) the blowout well is the relief well. This technique consists of the construction of a directional well at a certain distance from the blowout well, respecting minimum safety criteria, in order to intercept this at the point established in the project. After the interception, kill mud is pumped at high rates what makes a backpressure capable of killing the blowout well. When this backpressure is enough to kill the blowout well, cement is pumped through the relief well to plug and abandon permanently the well. In the present work, the objective is to kill the blowout well and we consider that detection and interception of the blowout well was successfully been made at the target point. Detection, interception and P and A of the blowout well are not covered in detail. This work is developed based on an exploratory gas well to be simulated, working the pump rate and pump pressure requirements that best fit in the proposed one. The purpose of well killing is to kill the well optimizing the parameters of pressure, flow and volume of fluid considering the rig and vessels available in the market. If well killing is not possible by varying the density of the kill mud and pump pressure it will be tried new strategies like changing the number of relief wells at the same time to be drilled killing the blowout well. It s not a purpose of this study to change the well design.

[pt] Se por um lado à privatização do setor de energia, que induz acirrada concorrência, tem estimulado a inovação tecnológica e a adoção de mecanismos de incentivos à eficiência operacional, a regulação do mercado introduz mecanismos de controle requerendo maior responsabilidade no uso consciente da energia de sorte a assegurar a eficiência energética e a proteção ambiental. Pressões de organizações ambientalistas internacionais e a crescente demanda por energia explicam a tendência mundial pelo uso de combustíveis fósseis mais limpos. O baixo nível de emissões e resíduos associados ao processo de combustão de gás natural qualifica esta commodity energética como um elemento estratégico para integrar a matriz energética de organizações e países comprometidos com a sustentabilidade global. O impacto econômico associado à medição de gás natural exige uma otimização do controle do balanço de massa no sistema de entrega. A aplicação da Metodologia de Reconciliação de Dados constitui o objetivo deste trabalho. A técnica provou ser uma ferramenta eficaz para a avaliação do balanço de massa em um gasoduto durante o período de operação associado ao transporte de gás natural. A natureza intrínseca do seu algoritmo de cálculo, que leva em conta a redundância nas medições, qualifica a metodologia para aumentar a confiabilidade da medição assim reduzindo a incerteza individual associada a cada grandeza física capaz de interferir na medição e identificar erros grosseiros. Fundamentado na avaliação metrológica do balanço de massa de um gasoduto brasileiro, os resultados do estudo permitem discutir a adequação da técnica proposta de reconciliação de dados. Dentre as conclusões do trabalho, foi possível mostrar que o uso da técnica de tratamento dos dados do gás não contado (unaccounted for gas) pode atingir valores inferiores a 0,3 porcento, comparando-se, assim, à tolerância preconizada em nível internacional. / [en] If on the one hand, privatization of the energy sector, which induces keen competition, has stimulated technological innovation and the adoption of incentive mechanisms for operational efficiency, regulation of the market introduces control mechanisms requiring greater responsibility in the conscious use of energy so as to ensure energy efficiency and environmental protection. Pressure from international environmental organizations and the growing demand for energy, explain the worldwide tendency for the use of cleaner fossil fuels. The lower levels of emissions and residues associated with the combustion process of natural gas classify this energy commodity as a strategic element to enter into the energy matrix of organizations and countries committed to global sustainability. The economic impact associated with the measurement of natural gas, demands optimization in controlling the mass balance in the delivery system. Application of the Data Reconciliation Methodology constitutes the objective of this work. The technique proved to be an efficient tool for the evaluation of the mass balance in a gas pipeline for the period of operation associated with the transport of natural gas. The intrinsic nature of its calculation algorithm, which takes into account the redundancy of measurements, qualifies the methodology to increase the confidence of measurement, thereby reducing the individual uncertainty associated with each physical volume capable of interfering with the measurement and identify gross errors. Based on the metrological evaluation of the mass balance of a Brazilian pipeline, the results of the study enable discussion on the adequacy of the data reconciliation technique proposed. Among the conclusions of the work, it was possible to demonstrate that the use of the technique in treating the data of unaccounted for gas, could achieve values lower than 0.3 percent, thereby comparable with the tolerances advocated at international level.

[pt] A energia desempenha um papel estratégico global, com a indústria do petróleo sendo uma fonte crucial. No entanto, iniciativas visando reduzir a dependência do petróleo surgem, impulsionadas principalmente por preocupações ambientais, como as mudanças climáticas. A transição energética ganha destaque nas agendas nacionais, refletindo a interligação entre energia e meio ambiente. Apesar da redução na previsão de crescimento da demanda a indústria global de petróleo e gás, a indústria do petróleo permanece vital, sustentando fontes de energia, gerando receitas e empregos. Contudo, a indústria enfrenta pressões ambientais crescentes, destacando a necessidade de investir continuamente em segurança nas operações de exploração de poços. O blowout, apesar de ser evento com baixa probabilidade de ocorrência, representa uma ameaça grave, não apenas para a imagem da empresa, mas também para o meio ambiente e a vida das pessoas. O exemplo do blowout de Macondo, ocorrido no Golfo do Mexico, em operação da British Petroleum (BP) evidencia os impactos significativos. O combate ao blowout envolve mitigação de impacto e controle da fonte. Estratégias essenciais para mitigação de impactos e o controle da fonte incluem o fechamento do poço com equipamento de bloqueio (capping) e a construção de um poço de alívio. O primeiro é uma ação rápida para fechar o poço e cessar o vazamento de hidrocarboneto para o meio ambiente, enquanto o segundo visa construir um poço adicional para interceptar, amortecer e abandonar de forma definitiva o poço em blowout. O presente trabalho concentra-se em apresentar soluções para amortecimento do poço em blowout via poço de alívio em situações que exigem altas vazões e volumes. Simulações revelam desafios técnicos, como demandas de grandes volumes e altas vazões de amortecimento. Portanto, a pesquisa busca oferecer soluções diferenciadas para atender a essas demandas específicas e contribuir para a segurança e eficácia das operações. / [en] Energy plays a global strategic role, with the oil industry being a crucial source. However, initiatives aimed at reducing dependence on oil are emerging, mainly driven by environmental concerns such as climate change. Energy transition gains prominence in national agendas, reflecting the interconnectedness between energy and the environment. Despite the reduction in the demand growth forecast, the global oil and gas industry, the oil industry remains vital, sustaining energy sources, generating revenue, and jobs. However, the industry faces increasing environmental pressures, highlighting the need for continuous investment in safety in well drilling operations. Blowouts, although events with low probability of occurrence, represent a serious threat not only to the company s image but also to the environment and people s lives. The example of the Macondo blowout in the Gulf of Mexico, during British Petroleum (BP) operation, illustrates significant impacts. Combatting blowouts involves impact mitigation and source control. Essential strategies for impact mitigation and source control include well capping and the construction of a relief well. The former is a rapid action to close the well and stop hydrocarbon leakage into the environment, while the latter aims to build an additional well to intercept, killing, and permanently abandon the blowout well. This work focuses on presenting solutions for blowout well killing via relief well in situations requiring high flow rates and volumes. Simulations reveal technical challenges, such as demands for large volumes and high pump rates. Therefore, the research seeks to offer differentiated solutions to meet these specific demands and contribute to the safety and effectiveness of operations.