Foam generation and transport in horizontal pipes : an experimental study

This work, carried out in collaboration with Eni S.p.A., both at Politecnico di Milano Multiphase Flow Laboratory and Eni Laboratories in Bolgiano, presents the results of some experimental campaigns aimed at the characterization of static and dynamic foams behaviour. The foams are obtained by addition of surfactants to water or to water/glycol mixtures. The goal of the entire process is to verify if the surfactants usage may effectively reduce the liquid holdup in horizontal pipelines for natural gas transportation from the production well to the first collection centre. The experimental part consisted of static tests and dynamic tests. The aim of the former was to assess the foam formation process and its variations in the presence of glycol, thus enabling the selection of the most suitable surfactants. Then, the dynamic behaviour was investigated with emphasis on the effect on void fraction. In order to estimate such quantity starting from pressure drop measurements, different models, taken from the literature, were implemented. Above all, the Taitel and Dukler model performed at the best and, hence, was adopted as reference. Plug/slug flow regimes appeared the most effective in lowering the liquid holdup, achieving percentage reductions up to 174%. Accordingly, further investigations to explore broader ranges of operating conditions as well as different additives would be recommended, together with a refinement of the modelling approaches to take into account the peculiar behaviour of foams.

Questo lavoro, svolto in collaborazione con Eni S.p.A., presso il Laboratorio di Fluidodinamica Multifase del Politecnico di Milano e presso i laboratori Eni di Bolgiano, presenta i risultati di alcune campagne sperimentali volte a caratterizzare il comportamento statico e dinamico di schiume da tensioattivo. Le schiume sono ottenute aggiungendo tensioattivi in acqua o a una miscela di acqua e glicole. Obiettivo del processo è di validare se l’uso di tensioattivi possa effettivamente ridurre il liquid holdup in condotte orizzontali utilizzate per trasportare gas naturale dal pozzo di estrazione al primo centro di raccolta. La parte sperimentale è stata suddivisa in prove statiche e prove dinamiche. Lo scopo delle prime è stato quello di valutare il processo di formazione della schiuma e le variazioni dello stesso in presenza di glicole, andando così a determinare il tensioattivo più adatto. In seguito è stato studiato il comportamento dinamico, particolare attenzione è stata posta sull’effetto concernente la frazione di vuoto. Al fine di stimare la suddetta quantità partendo da misure di cadute di pressione, diversi modelli, presi dalla letteratura, sono stati implementati. Su tutti il modello di Taitel & Dukler ha dato i migliori risultati e in ragione di ciò è stato preso come modello di riferimento. Regimi di moto caratterizzati da plug e slug sono i più efficaci nel ridurre il liquid holdup, raggiungendo percentuali di riduzione fino al 174%. Pertanto successivi studi, che comprendano sia un maggior campo di condizioni operative sia diversi additivi, dovrebbero essere condotti, insieme al miglioramento dell’approccio modellistico in modo tale da tener in considerazione il comportamento specifico delle schiume.