Orientador: Antonio Carlos BannwartDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de GeociênciasResumo: Os efeitos combinados de cisalhamento, forças centrífugas e tensão interfacial durante o escoamento bifásico de água e óleo em uma Bomba Centrífuga Submersa (BCS) podem produzir emulsões com diferentes distribuições de tamanho de gotas (DTG). Informações sobre o desempenho da bomba nesse cenário e do modo com o qual a distribuição é afetada pela bomba são importantes para o desenvolvimento de tecnologias de produção de óleo, melhoramentos na geometria de unidades de BCS e redução de custos em processos e operações pós bombeamento. Nesse trabalho, o escoamento bifásico de água e óleo em uma bomba BCS de 8 estágios foi estudado sob diferentes aspectos. A faixa operacional da bomba operando com escoamento bifásico e a inversão de fases dentro da bomba foram determinadas. Além disso, o desempenho individual de cada estágio e o escoamento bifásico num trecho de linha reto depois da bomba são discutidos. O efeito das condições operacionais da bomba na DTG e diâmetro médio das gotas das emulsões formadas foi determinado usando uma sonda de retrorreflexão óptica (ORM). Algumas propriedades físico-químicas de emulsões sintéticas, determinadas em diferentes temperaturas, como ponto de inversão, tensão interfacial, comportamento reológico e densidade, também são apresentadas e discutidas nesse trabalho. Os resultados indicam que a bomba apresenta um desempenho inferior quando emulsões de água/óleo são formadas. No entanto, depois do ponto de inversão, o comportamento é similar ao bombeio monofásico de água. O ponto de inversão na bomba parece ocorrer na faixa de 10 a 30% de fração de água, em diferentes velocidades de rotação da bomba. O primeiro estágio apresentou alguma dispersão nos resultados de elevação, mas o comportamento foi, no geral similar entre os estágios seguintes. No escoamento depois da bomba, uma acentuada mudança na queda de pressão foi observada no trecho de linha reto na mesma faixa de fração de água em que foi observada a inversão de fases na bomba. A DTG mudou com as condições operacionais, como water cut, velocidade de rotação e caminho do experimento, porém não foi observada uma correlação geral da distribuição final com cada um desses parâmetros. O alto cisalhamento da bomba parece ter produzido emulsões tão estáveis que a distribuição foi muito similar na entrada e na saída da bomba. Os resultados desse trabalho indicam que a emulsão pode reduzir significativamente o desempenho da bomba em determinadas condições e que a bomba exerce um forte efeito na emulsão, que pode ser notado inclusive no escoamento após a saída delaAbstract: The combined action of shear, centrifugal forces and interfacial tension during water-oil two-phase flow in an Electrical Submersible Pump (ESP) can produce emulsions with different droplet size distributions (DSD). Information on the pump performance in this scenario and the way the distribution is affected by the pump are important to develop oil production technologies, improve geometries for ESP units and to achieve cost reduction in upstream systems. In this work, water-oil two-phase flow in an 8-stage ESP has been studied under different aspects. The operational range of the pump operating with two-phase flow and the phase inversion inside the pump has been determined. Also, individual stage performance and two-phase flow in a straight pipeline past the pump are discussed. The effect of the operating conditions of the pump on the DSD and mean droplet diameter of the emulsions formed was determined by using an optical back reflectance (ORM) probe. Some physicochemical properties of synthetic emulsions, determined in different temperatures, like inversion point, interfacial tension, rheological behavior and density, are also presented and discussed in this work. Results indicate that the pump exhibits a poor performance when water/oil emulsions are formed. However, after the inversion point, the behavior is similar to water single-phase pumping. The inversion point in the pump seems to occur in the 10 to 30% water cut range, in different rotation speeds. The first stage displayed some dispersed head results, but the behavior was overall similar for the following stages. In the flow after the pump outlet, a great change in the pressure drop was observed in the straight pipeline in the same range of water cut that phase inversion was observed in the pump. The DSD changed with operational conditions, like water cut, pump rotation speed and experiment path but no general correlation was observed between the final distribution and each of these parameters. The high shear in the pump seems to have produced emulsions so stable that the distribution was very similar at the pump inlet and outlet. The results of this work indicate that the emulsion can reduce significantly the pump performance in certain conditions and that the pump exerts a strong effect on the emulsion, which can be noted even on the flow after its outletMestradoExplotaçãoMestre em Ciências e Engenharia de Petróleo