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Título: Investigação numérica da circulação direta e reversa no processo de perfuração de poços de petróleo
Autor(es): Daroz, Vinicius
Orientador(es): Franco, Admilson Teixeira
Palavras-chave: Modelagem
Turbulência
Escoamento bifásico
Reologia
Poços de petróleo - Perfuração
Engenharia mecânica
Modelyng
Turbulence
Two-phase flow
Rheology
Oil well drilling
Mechanical engineering
Data do documento: 2-Dez-2015
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: DAROZ, Vinicius. Investigação numérica da circulação direta e reversa no processo de perfuração de poços de petróleo. 2015. 100 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015.
Resumo: No presente trabalho, o estudo numérico para a comparação entre as técnicas de circulação direta e reversa utilizadas na perfuração de poços de petróleo é realizado. O entendimento da dinâmica do escoamento se dá pela implementação numérica de um modelo em três dimensões de uma broca do tipo tricônica sujeita ao escoamento turbulento de um fluido newtoniano sem e com a presença de partículas sólidas. O acoplamento fluido-partícula é modelado segundo uma abordagem de uma via. O estudo tem como objetivo comparar o desempenho das duas técnicas na limpeza do poço e remoção dos cascalhos. Para tanto, avalia-se a influência de parâmetros como as propriedades reológicas do fluido, propriedades das partículas, rotação da coluna e vazão de bombeio sobre a dinâmica do escoamento fluido-partícula. O estudo foi conduzido com o auxílio do programa ANSYS CFX 15 e demais programas do pacote ANSYS para pré e pós processamento. Os resultados indicaram que a circulação reversa não é adequada para a geometria utilizada, uma vez que o padrão de escoamento dificulta a limpeza do poço e remoção dos cascalhos. A variação dos parâmetros operacionais indicou, para a circulação reversa, maiores perdas de carga para uma mesma vazão de bombeio devido a não conformidade da geometria da broca com o padrão de escoamento. O padrão encontrado para o escoamento da fase sólida indica que brocas do tipo PDC (Polycrystalline Diamond Compact) são mais adequadas para bombeio reverso, haja vista que a dificuldade no carreamento da fase sólida para dentro da broca está atrelada à distância dos bocais até o fundo do poço, uma região de baixa quantidade de movimento.
Abstract: In this work the comparison of direct and reverse circulation techniques used in oil well drilling is carried out. The understanding of flow dynamics is given by the numerical implementation of a tricone drill bit three-dimensional model subject to a turbulent flow of a Newtonian fluid with and without the presence of solid particles. The fluid-particle coupling is modeled under an one way coupling approach. The study aims to compare the performance of both techniques in cleaning the well and removing the cuttings. Therefore, the influence of parameters such as the rheological properties of the fluid, the particle properties, the drillstring rotation speed and mass flow rate over the flow dynamics of the fluid-particle system is evaluated. The study was conducted with ANSYS CFX 15 and other programs of ANSYS package for pre and post processing. The results indicated that reverse circulation is not suitable for tricone drill bits since the flow pattern makes it difficult to clean the well and remove the cuttings. The variation of operational parameters indicated that, for reverse circulation, higher pressure drops are found for the same flow rate due to the inconsistency of the drill bit geometry with the flow pattern. The pattern found when transporting the solid phase indicates that PDC bits are best suited for reverse circulation, given the difficulty in conduction of the solid phase into the drill is related to the distance from the nozzle to the well bottom, a region of low momentum.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10140
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