Simulação numérica do reinício de escoamento de fluido de perfuração gelificado
During the oil well drilling, a pressure gradient develops along the well. This gradient needs to be carefully controlled, since the well only accepts a narrow operational pressure interval. Such pressures are difficult to measure, therefore, they are usually estimated by numerical simulation. To as...
| Autor principal: | Silva, Hiago Souza da |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2024
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34594 |
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riut-1-345942024-08-27T06:09:19Z Simulação numérica do reinício de escoamento de fluido de perfuração gelificado Numerical simulation of the start-up flow in gelled drilling fluid Silva, Hiago Souza da Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro https://orcid.org/0000-0001-7090-2729 http://lattes.cnpq.br/4344790398205987 Oliveira, Gabriel Merhy de https://orcid.org/0000-0001-6123-3631 http://lattes.cnpq.br/7704582305770348 Franco, Admilson Teixeira https://orcid.org/0000-0002-7977-6404 http://lattes.cnpq.br/3561428456009236 Negrão, 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 Poços de petróleo - Perfuração Simulação (Computadores) Tixotropia Tubos - Dinâmica dos fluidos Modelos matemáticos Fluidos newtonianos Oil well drilling Computer simulation Thixotropy Tubes - Fluid dynamics Mathematical models Newtonian fluids CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica During the oil well drilling, a pressure gradient develops along the well. This gradient needs to be carefully controlled, since the well only accepts a narrow operational pressure interval. Such pressures are difficult to measure, therefore, they are usually estimated by numerical simulation. To assure reliability to the process, the prediction methods must be as precise as possible. In this context, the mathematical models employed have central role. The drilling fluid itself requires considerable complexity for the modelling, specifically because of its elasticviscoplastic behavior. Transient effects in the flow also have maximum relevance, and are essential to take into account. The main goal of this work is to develop a mathematical model to describe the start-up flow of gelled drilling fluids. The model is composed by the equations of mass and momentum balance, equation of state and the thixotropy model equation. The geometry of the problem consists in a horizontal pipe, with the flow being taken as onedimensional, transient and compressible. The thixotropy model relies on the unbalance between the equilibrium viscosity and the current viscosity. Mass and momentum equations are coupled and solved by the Method of Characteristics. The kinetic equation of the model was compared with experimental results from rheometric tests over drilling fluid, and a good agreement was reached after the parameters fitting. From the sensitivity analysis, it was observed the dissipative character of the problem, as well as the influence of the fluid inertia as an advancer or a retardant of the gelled fluid break-up. The gel break mechanism is represented as the change in the velocity plateau, which results in the pressure variation: after the local gel breakage, pressure rises until the full break, when it starts to relieve, until its steady state. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Petróleo Brasileiro (Petrobrás) Durante a perfuração de poços de petróleo, um gradiente de pressão se desenvolve ao longo do poço. Esse gradiente precisa ser controlado cuidadosamente, uma vez que o poço somente aceita um estreito intervalo operacional. As pressões ao longo do poço são de difícil medição, sendo, portanto, estimadas por simulação numérica na maioria das vezes. De modo a agregar confiabilidade ao processo, os métodos de predição devem ser os mais precisos possível. Nesse contexto, a modelagem matemática empregada exerce papel fundamental. A natureza do fluido de perfuração agrega considerável complexidade à modelagem, especificamente em razão do comportamento elasto-viscoplástico. Efeitos transientes no escoamento também são de máxima relevância, sendo imprescindível sua contabilização. Dessa forma, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo matemático, visando descrever o reinício de escoamento de fluidos de perfuração gelificados. A modelagem matemática é composta pelas equações de balanço da massa e da quantidade de movimento, equação de estado e equações referentes ao modelo de tixotropia. A geometria do problema consiste em um tubo horizontal reto, sendo o escoamento considerado unidimensional, transiente e compressível. O modelo de tixotropia baseia-se no desbalanço entre a viscosidade de equilíbrio e a atual. As equações de balanço da massa e da quantidade de movimento são acopladas e resolvidas por meio do Método das Características. Foi apresentada uma comparação do modelo cinético com resultados experimentais proveniente de testes reométricos em fluido de perfuração, os quais apresentaram boa concordância após calibração dos parâmetros. A partir do teste de sensibilidade, verificouse o caráter dissipativo do problema, além das influências da inércia do fluido injetado como agente acelerador ou retardante da quebra da estrutura gelificada do fluido. O mecanismo da quebra do gel pôde ser representado pela mudança de patamar da velocidade, refletindo-se em variação de pressão: após quebra local do gel, a pressão sobe até a quebra total, onde é aliviada até seu valor de regime permanente. 2024-08-26T19:21:29Z 2024-08-26T19:21:29Z 2023-04-24 masterThesis SILVA, Hiago Souza da. Simulação numérica do reinício de escoamento de fluido de perfuração gelificado. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34594 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/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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During the oil well drilling, a pressure gradient develops along the well. This gradient needs to be carefully controlled, since the well only accepts a narrow operational pressure interval. Such pressures are difficult to measure, therefore, they are usually estimated by numerical simulation. To assure reliability to the process, the prediction methods must be as precise as possible. In this context, the mathematical models employed have central role. The drilling fluid itself requires considerable complexity for the modelling, specifically because of its elasticviscoplastic behavior. Transient effects in the flow also have maximum relevance, and are essential to take into account. The main goal of this work is to develop a mathematical model to describe the start-up flow of gelled drilling fluids. The model is composed by the equations of mass and momentum balance, equation of state and the thixotropy model equation. The geometry of the problem consists in a horizontal pipe, with the flow being taken as onedimensional, transient and compressible. The thixotropy model relies on the unbalance between the equilibrium viscosity and the current viscosity. Mass and momentum equations are coupled and solved by the Method of Characteristics. The kinetic equation of the model was compared with experimental results from rheometric tests over drilling fluid, and a good agreement was reached after the parameters fitting. From the sensitivity analysis, it was observed the dissipative character of the problem, as well as the influence of the fluid inertia as an advancer or a retardant of the gelled fluid break-up. The gel break mechanism is represented as the change in the velocity plateau, which results in the pressure variation: after the local gel breakage, pressure rises until the full break, when it starts to relieve, until its steady state. |
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SILVA, Hiago Souza da. Simulação numérica do reinício de escoamento de fluido de perfuração gelificado. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
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