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Título: Estudo numérico do escoamento bifásico líquido-sólido em poços de petróleo horizontais
Título(s) alternativo(s): Numerical study of the solid-liquid flow in horizontal wellbores
Autor(es): Pivovarski, Roderick Gustavo
Orientador(es): Franco, Admilson Teixeira
Palavras-chave: Poços de petróleo - Perfuração
Escoamento bifásico
Dinâmica dos fluidos computacional
Métodos de simulação
Engenharia mecânica
Oil well drilling
Two-phase flow
Computational fluid dynamics
Simulation methods
Mechanical engineering
Data do documento: 12-Dez-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: PIVOVARSKI, Roderick Gustavo. Estudo numérico do escoamento bifásico líquido-sólido em poços de petróleo horizontais. 2018. 118 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.
Resumo: Durante a perfuração de poços de petróleo, cascalhos originados a partir da quebra da rocha devem ser carreados do espaço anular formado pela parede do poço e a coluna de perfuração. Recentemente, a extração de petróleo em poços de longo alcance se tornou prática constante no pré- sal brasileiro. A orientação horizontal, no entanto, induz a formação de aglomerado de partículas na parte inferior do espaço anular, conhecido como leito de partículas. O leito é danoso para o sistema, pois acarreta em efeitos indesejados como maior demanda energética para limpeza do poço, desgaste prematuro da broca, etc. A limpeza dos poços é feita com fluido conhecido como fluido de perfuração, sendo que a interação entre o fluido e os cascalhos gera o escoamento bifásico líquidosólido. Para que a limpeza do poço seja feita da maneira mais eficiente possível, é necessário entender quais variáveis desempenham papel importante. Visando entender quais os parâmetros mais relevantes, simulações numéricas de escoamentos bifásicos líquido-sólido são realizadas neste trabalho. A interação entre as fases é contabilizada através de abordagem euleriana para a fase líquida e abordagem lagrangiana para a fase sólida, através do acoplamento DDPM-DEM. Casos de validação para uma única partícula são realizados e os resultados comparados com a literatura. Simulações de escoamentos em espaços anulares horizontais são feitas. Resultados mostram que o aumento na vazão do fluido de limpeza utilizado é um parâmetro importante para se aumentar a eficiência da limpeza de poços de petróleo horizontais. Por outro lado, quando se varia o diâmetro das partículas utilizadas, a eficiência da remoção de cascalhos permanece praticamente inalterada. Correlações para a estimativa do comprimento de desenvolvimento do leito e da queda de pressão são investigadas.
Abstract: During the drilling of wellbores, cuttings originated from the fracture of rocks must be carried away from the annular space formed by the bore walls and the drill pipe. Recently, the extraction of oil in extended reach drilling wells (ERD) has become common in the Brazilian pre-salt. The horizontal orientation, however, induces the formation of an agglomerate of particles in the bottom of the annular space, known as particle bed. The bed is hazardous to the system, because it results in undesired effects such as a higher power demand to clean up the well, early bit wear and stuck pipe.. In order to have a more efficient wellbore cleaning, it is necessary to understand how the operational and geometric parameters affect the outcome. Aiming to understand the relative importance of the parameters, numerical simulations of solid-liquid flows are made.The fluid phase is treated via an eulerian framework and the solid phase through a lagrangian framework, with the aid of a DDPM-DEM coupling. Validation tests for a single particle were performed and compared with experimental data available in the literature. Simulations of flows in horizontal annular spaces are carried out for several values of mud flow rate and cuttings diameter. Results show that an increase in the flow rate is of great importance in order to obtain a better cleaning of horizontal wellbores. On the other hand, when the cuttings diameter changes, the efficiency of the cleaning process remains unchanged. Correlations for development length and pressure drop are given for the whole range investigated.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/11793
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