Registro fonte: Análise numérica da perda de circulação: utilização de escoamento de fluido pseudoplástico com partículas aplicado ao preenchimento de fraturas

Análise numérica da perda de circulação: utilização de escoamento de fluido pseudoplástico com partículas aplicado ao preenchimento de fraturas

Lost cirulation is a common problem in the oil and gas industry, defined as the fluid invasion into the formation being drilled. In this work, the mathematical modeling and numerical simulation of the lost circulation caused by the presence of a single and discrete fracture in the drilling process a...

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Autor principal:	Barbosa, Marcos Vinicius
Formato:	Tese
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2021
Assuntos:	Poços de petróleo - Perfuração - Circulação Fluidos não-newtonianos Métodos de simulação Escoamento bifásico Escoamento multifásico Fraturas (Geologia) Partículas (Física, química, etc.) Análise numérica Oil well drilling - Circulation Non-Newtonian fluids Simulation methods Two-phase flow Multiphase flow Faults (Geology) Particles Numerical analysis CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25451
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spelling	riut-1-254512021-07-03T06:04:17Z Análise numérica da perda de circulação: utilização de escoamento de fluido pseudoplástico com partículas aplicado ao preenchimento de fraturas Numerical analysis of lost circulation: particulate flow of pseudoplastic non-newtonian fluid applied to sealing fractures Barbosa, Marcos Vinicius Junqueira, Silvio Luiz de Mello https://orcid.org/0000-0001-5935-4266 http://lattes.cnpq.br/2213804390733564 Franco, Admilson Teixeira https://orcid.org/0000-0002-7977-6404 http://lattes.cnpq.br/3561428456009236 Negrao, Cezar Otaviano Ribeiro https://orcid.org/0000-0001-7090-2729 http://lattes.cnpq.br/4344790398205987 Andrade, Diogo Elias da Vinha https://orcid.org/0000-0002-1191-9931 http://lattes.cnpq.br/5726562903368886 Franklin, Erick de Moraes https://orcid.org/0000-0003-2754-596X http://lattes.cnpq.br/9998483893050793 Junqueira, Silvio Luiz de Mello https://orcid.org/0000-0001-5935-4266 http://lattes.cnpq.br/2213804390733564 Poços de petróleo - Perfuração - Circulação Fluidos não-newtonianos Métodos de simulação Escoamento bifásico Escoamento multifásico Fraturas (Geologia) Partículas (Física, química, etc.) Análise numérica Oil well drilling - Circulation Non-Newtonian fluids Simulation methods Two-phase flow Multiphase flow Faults (Geology) Particles Numerical analysis CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica Lost cirulation is a common problem in the oil and gas industry, defined as the fluid invasion into the formation being drilled. In this work, the mathematical modeling and numerical simulation of the lost circulation caused by the presence of a single and discrete fracture in the drilling process and its respective obturation applying lost circulation materials (LCM) are investigated. Usually, the drilling fluid presents non-Newtonian characteristics and, therefore, a power law fluid will be used in the simulations. It is expected that LCM, which is represented as spherical particles, will be carried by the fluid up to the fracture location and will deposit inside it, forming a fixed bed. For that, the Dense Discrete Phase Model (DDPM) and the Discrete Element Method (DEM) will be combined to correctly account for particle and fluid motion. The problem will be analyzed by its key control parameters, namely, power (0,4≤ n ≤0,6) and consistency index (0,7≤ m ≤1,3 Pa.sn), particle to fluid density ratio (2,00≤ ρp/β ≤2,50), diameter (0,5≤ Dp ≤0,7 mm) and the flow rate at the wellbore (0,130≤ uβ,CH,i ≤0,392 m/s). The response variables are the flow rate of fluid loss at the fracture end Qfuga and the pressure at the bottom of the wellbore (pent). Moreover, geometric characteristics of the particle bed will also be monitored: position (hpct,i), length (hpct) and vertical filling of the fracture (epct). The goal is to provide guidance for how the control parameters influence the response variables in hopes of providing more adequate parameters for the approach of lost circulation. Results show that, for the range of control parameters studied in this work, the filling time did not show significant variations for the power index and was lower when consistency index and flow velocities were also lower, as well as for higher diameters and density ratios. The flow rate fluid loss at the end of the filling process was more sharply reduced when lower consistency index and fluid velocities are employed, with the same behavior observed for bigger diameters and density ratios. Lastly, the pressure at the fractured channel inlet shows to be more sensible to the particle injection process whenever lower power, consistency index and velocity are applied along with higher density ratios and diameter. This indicate that the mixture of non-Newtonian fluid and particles should be prefferred over Newtonian fluid with particles, whenever possible. A perda de circulação é um fenômeno comum na indústria de petróleo e gás, caracterizada pela invasão do fluido de perfuração na formação rochosa sendo perfurada. Neste trabalho, propõe-se modelar e simular numericamente a perda de circulação causada pela presença de uma fratura discreta durante o processo de perfuração e sua respectiva obturação utilizando materiais de combate à perda. Geralmente, o fluido de perfuração possui características não newtonianas e, dessa forma, um fluido de lei de potência foi utilizado. Espera-se que o material de controle de perda, representado por partículas esféricas, seja transportado pelo fluido até a fratura e se deposite em seu interior. Para tanto, uma combinação dos modelos numéricos DDPM (dense discrete phase model) e DEM (discrete element method) foi utilizada. O problema é analisado a partir das principais variáveis de controle nominalmente, o índice de potência (0,4≤ n ≤0,6) e de consistência do fluido (0,7≤ m ≤1,3 Pa.sn), a razão entre massas específicas da partícula e do fluido (2,00≤ ρp/β ≤2,50) e seu diâmetro (0,5≤ Dp ≤0,7 mm) e da vazão no poço (0,130≤ uβ,CH,i ≤0,392 m/s). Para variáveis de resposta, foram utilizados os monitoramentos da perda de fluido através da fratura (Qfuga) e da pressão na entrada do poço (pent). Além disso, parâmetros geométricos do leito de partículas formado no interior da fratura foram analisadas: posição (hpct,i) e comprimento do leito (hpct) e preenchimento vertical da fratura (epct). Os resultados gerais indicam que, para a faixa de parâmetros estudada, o tempo de preenchimento não mostrou alterações para o índice de potência e foi menor quando da utilização de índices de consistência e velocidades de escoamento mais baixos bem como para diâmetros e razões entre massas específicas maiores. A vazão de fuga ao final do processo foi reduzida de maneira mais acentuada quando índices de consistência e velocidades menores são utilizadas, mesmo comportamento observado para diâmetros menores e razões entre massas específicas maiores. Por fim, a pressão na entrada do canal foi mais sensível ao processo de injeção sempre que um índice de potência, de consistência e velocidade menores são utilizados, bem como para diâmetros e razões entre massas específicas maiores. Isso indica que a utilização da combinação fluido não newtoniano e partículas é preferível, sempre que possível. 2021-07-02T19:42:54Z 2021-07-02T19:42:54Z 2021-04-09 doctoralThesis BARBOSA, Marcos Vinicius. Análise numérica da perda de circulação: utilização de escoamento de fluido pseudoplástico com partículas aplicado ao preenchimento de fraturas. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25451 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
institution	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
collection	RIUT
language	Português
topic	Poços de petróleo - Perfuração - Circulação Fluidos não-newtonianos Métodos de simulação Escoamento bifásico Escoamento multifásico Fraturas (Geologia) Partículas (Física, química, etc.) Análise numérica Oil well drilling - Circulation Non-Newtonian fluids Simulation methods Two-phase flow Multiphase flow Faults (Geology) Particles Numerical analysis CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica
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description	Lost cirulation is a common problem in the oil and gas industry, defined as the fluid invasion into the formation being drilled. In this work, the mathematical modeling and numerical simulation of the lost circulation caused by the presence of a single and discrete fracture in the drilling process and its respective obturation applying lost circulation materials (LCM) are investigated. Usually, the drilling fluid presents non-Newtonian characteristics and, therefore, a power law fluid will be used in the simulations. It is expected that LCM, which is represented as spherical particles, will be carried by the fluid up to the fracture location and will deposit inside it, forming a fixed bed. For that, the Dense Discrete Phase Model (DDPM) and the Discrete Element Method (DEM) will be combined to correctly account for particle and fluid motion. The problem will be analyzed by its key control parameters, namely, power (0,4≤ n ≤0,6) and consistency index (0,7≤ m ≤1,3 Pa.sn), particle to fluid density ratio (2,00≤ ρp/β ≤2,50), diameter (0,5≤ Dp ≤0,7 mm) and the flow rate at the wellbore (0,130≤ uβ,CH,i ≤0,392 m/s). The response variables are the flow rate of fluid loss at the fracture end Qfuga and the pressure at the bottom of the wellbore (pent). Moreover, geometric characteristics of the particle bed will also be monitored: position (hpct,i), length (hpct) and vertical filling of the fracture (epct). The goal is to provide guidance for how the control parameters influence the response variables in hopes of providing more adequate parameters for the approach of lost circulation. Results show that, for the range of control parameters studied in this work, the filling time did not show significant variations for the power index and was lower when consistency index and flow velocities were also lower, as well as for higher diameters and density ratios. The flow rate fluid loss at the end of the filling process was more sharply reduced when lower consistency index and fluid velocities are employed, with the same behavior observed for bigger diameters and density ratios. Lastly, the pressure at the fractured channel inlet shows to be more sensible to the particle injection process whenever lower power, consistency index and velocity are applied along with higher density ratios and diameter. This indicate that the mixture of non-Newtonian fluid and particles should be prefferred over Newtonian fluid with particles, whenever possible.
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Análise numérica da perda de circulação: utilização de escoamento de fluido pseudoplástico com partículas aplicado ao preenchimento de fraturas

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