Modelagem Euler-Lagrange do processo de incrustação
Scale in downhole equipment and completion systems can cause productivity issues, with limited oil output, equipment damage and safety issues. This work proposes a numerical model for simulating liquid-solid flow for the scaling formation process in a cylindrical duct, inspired by the experimental t...
| Autor principal: | Mazuroski, Marina Elizabeth |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2021
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25068 |
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riut-1-250682021-05-30T06:11:42Z Modelagem Euler-Lagrange do processo de incrustação Euler-Lagrange modelling of the scaling process Mazuroski, Marina Elizabeth Junqueira, Silvio Luiz de Mello https://orcid.org/0000-0001-5935-4266 http://lattes.cnpq.br/2213804390733564 Pereira, Fabio de Assis Ressel https://orcid.org/0000-0002-1500-2952 http://lattes.cnpq.br/5476118728173549 Marcelino Neto, Moises Alves https://orcid.org/0000-0001-5492-6640 http://lattes.cnpq.br/2071333457212415 Junqueira, Silvio Luiz de Mello https://orcid.org/0000-0001-5935-4266 http://lattes.cnpq.br/2213804390733564 Mariani, Viviana Cocco https://orcid.org/0000-0003-2490-4568 http://lattes.cnpq.br/1851884209044569 Adesão Escoamento bifásico Aglomeração Cristalização Termodinâmica Modelos matemáticos Métodos de simulação Adhesion Two-phase flow Agglomeration Crystallization Thermodynamics Mathematical models Simulation methods CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica Scale in downhole equipment and completion systems can cause productivity issues, with limited oil output, equipment damage and safety issues. This work proposes a numerical model for simulating liquid-solid flow for the scaling formation process in a cylindrical duct, inspired by the experimental test Dynamic Tube Blocking (DTB), incorporating the effects of crystal growth and adhesion through User Defined Functions (UDF). The solution is obtained using an Euler-Lagrange approach, with the numerical formulation done by the CFD-DEM coupled method and a four-way interaction between phases. The results are presented for scenarios with and without adhesion and particle growth, with evaluation of the effects of fluid flow Qβ (2,5; 5,0; 10 mL/min), particle diameter dp (20; 30; 40 μm), particle-fluid specific mass ratio ρp/β (2,5; 4,5; 6,5) and ratio of the adhesive force to the weight of the particle χ (0; 25; 50; 75; 100 (x103)). The analysis is done based on the shape of the particle bed, the fluid velocity field and through the pressure response over time. It was verified that fluid flow and particle diameter change the flow regime and the particle bed, producing different effects on the adhesion and pressure response. Furthermore, it was noticed the increase of pressure with the adhesive force ratio χ, with the highest tested value resulting in a 16-fold pressure increase over the single-phase flow. The proposed model allowed the analysis of the influence of growth and adhesion on the interaction between phases, indicating the relevance of different properties in the scaling problem. The results emphasize the pertinence of a numerical model for the detailed study of predominant effects. As incrustações em equipamentos e sistemas de completação de poço podem causar problemas de produtividade, com extração limitada de petróleo, danos a equipamentos e riscos de segurança. No presente trabalho propõe-se um modelo numérico para simulação do escoamento líquido-sólido no processo de formação de incrustações em geometria de duto cilíndrico, com base no teste experimental Dynamic Tube Blocking (DTB), incorporando os efeitos de crescimento de cristais e adesão entre partículas e em superfícies através de User Defined Functions (UDF). A solução é obtida utilizando abordagem Euler-Lagrange, com modelagem numérica feita pelo acoplamento CFD-DEM com interação de quatro vias entre as fases. Resultados são apresentados para cenários com e sem adesão e crescimento, avaliando os efeitos da vazão de fluido Qβ (2,5; 5,0; 10 mL/min), do diâmetro da partícula dp (20; 30; 40 μm), da razão de massa específica partícula-fluido ρp/β (2,5; 4,5; 6,5) e da razão de intensidade da força adesiva em relação ao peso da partícula χ (0; 25; 50; 75; 100 (x103)). A análise é feita com base no formato do leito de partículas, do campo de velocidades do fluido e através da resposta da pressão dimensional e adimensional ao longo do tempo. Foi constatado que a vazão de fluido e o diâmetro da partícula alteram o regime de escoamento e o leito de partículas, proporcionando diferentes efeitos na resposta da adesão e da pressão. Além disso, percebeu-se aumento na pressão com a razão de força adesiva χ, sendo que para o maior valor testado foi observado aumento de 16 vezes na pressão em relação ao escoamento monofásico. O modelo proposto permitiu a análise da influência do crescimento e da adesão na interação entre as fases, indicando a relevância de diferentes propriedades no problema de incrustação. Os resultados reforçam a pertinência de um modelo numérico para estudo detalhado dos efeitos predominantes. 2021-05-30T00:00:02Z 2021-05-30T00:00:02Z 2021-03-19 masterThesis MAZUROSKI, Marina Elizabeth. Modelagem Euler-Lagrange do processo de incrustação. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25068 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Adesão Escoamento bifásico Aglomeração Cristalização Termodinâmica Modelos matemáticos Métodos de simulação Adhesion Two-phase flow Agglomeration Crystallization Thermodynamics Mathematical models Simulation methods CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica |
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Adesão Escoamento bifásico Aglomeração Cristalização Termodinâmica Modelos matemáticos Métodos de simulação Adhesion Two-phase flow Agglomeration Crystallization Thermodynamics Mathematical models Simulation methods CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica Mazuroski, Marina Elizabeth Modelagem Euler-Lagrange do processo de incrustação |
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Scale in downhole equipment and completion systems can cause productivity issues, with limited oil output, equipment damage and safety issues. This work proposes a numerical model for simulating liquid-solid flow for the scaling formation process in a cylindrical duct, inspired by the experimental test Dynamic Tube Blocking (DTB), incorporating the effects of crystal growth and adhesion through User Defined Functions (UDF). The solution is obtained using an Euler-Lagrange approach, with the numerical formulation done by the CFD-DEM coupled method and a four-way interaction between phases. The results are presented for scenarios with and without adhesion and particle growth, with evaluation of the effects of fluid flow Qβ (2,5; 5,0; 10 mL/min), particle diameter dp (20; 30; 40 μm), particle-fluid specific mass ratio ρp/β (2,5; 4,5; 6,5) and ratio of the adhesive force to the weight of the particle χ (0; 25; 50; 75; 100 (x103)). The analysis is done based on the shape of the particle bed, the fluid velocity field and through the pressure response over time. It was verified that fluid flow and particle diameter change the flow regime and the particle bed, producing different effects on the adhesion and pressure response. Furthermore, it was noticed the increase of pressure with the adhesive force ratio χ, with the highest tested value resulting in a 16-fold pressure increase over the single-phase flow. The proposed model allowed the analysis of the influence of growth and adhesion on the interaction between phases, indicating the relevance of different properties in the scaling problem. The results emphasize the pertinence of a numerical model for the detailed study of predominant effects. |
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MAZUROSKI, Marina Elizabeth. Modelagem Euler-Lagrange do processo de incrustação. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
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