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Título: Simulação computacional de um fluido de Herschel-Bulkley em escoamento de Taylor-Couette
Título(s) alternativo(s): Computational simulation of a Herschel-Bulkley fluid in Taylour-Couette flow
Autor(es): Machado, Vitor Otávio Ochoski
Orientador(es): Barbosa, Marcos Vinicius
Palavras-chave: Simulação (Computadores)
Poços de petróleo - Perfuração
Escoamento
Dinâmica dos fluidos
Computer simulation
Oil well drilling
Runoff
Fluid dynamics
Data do documento: 29-Nov-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Referência: MACHADO, Vitor Otávio Ochoski. Simulação computacional de um fluido de Herschel-Bulkley em escoamento de Taylor-Couette. 2017. 59 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2017.
Resumo: Na operação de exploração de petróleo a invasão do fluido de perfuração no substrato sendo perfurado é um problema que acarreta em um impacto financeiro de milhões de dólares anualmente. Uma das técnicas utilizadas para prevenir o fenômeno de invasão é alterar os parâmetros reológicos do fluido de forma a permitir a formação de uma região não cisalhada adjacente à parede do poço, impermeabilizando a mesma. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é realizar a simulação numérica do escoamento em um poço de petróleo, através do software Ansys Fluent®, simplificado pelo escoamento anular de Taylor-Couette com rotação do cilindro interno, utilizando o modelo de Herschel-Bulkley para viscosidade do fluido. São investigadas as influências dos parâmetros reológicos do fluido (tensão limite de escoamento, índice de potência e índice de consistência), velocidade de rotação do cilindro interno e do Número de Bingham na formação da região não cisalhada, na tensão de cisalhamento nas paredes do poço e da formação e no fator de atrito de Fanning associado a essas superfícies. Os principais resultados mostram que a combinação dos parâmetros reológicos do fluido associados à rotação da coluna permitem a formação de uma região não cisalhada, adjacente à parede do poço. De forma geral, o aumento dos parâmetros do fluido (índice de potência e consistência) resultam na diminuição da região não cisalhada, aumentando a tensão de cisalhamento na parede e o fator de atrito de Fanning. Por sua vez, o acréscimo na tensão limite de escoamento e no Número de Bingham agem de forma contrária, causando um aumento na região não cisalhada, todavia, no que se refere a tensão de cisalhamento nas paredes e no fator de atrito, o aumento da tensão limite de escoamento possui o efeito indesejado de aumentar ambos.
Abstract: In the oil and gas exploration, the drilling fluid invasion into the substrate is an issue that results in a financial impact of millions of dollars yearly. One of the methods used to prevent the invasion phenomenon is alter the rheological fluid parameters in a way to allow the formation of an unyielded region adjacent to the formation wall waterproofing it. Therefore, this study objective is to perform a numerical simulation of the flow in an wellbore, using the software Ansys Fluent®, simplifying it by a Taylour-Couette flow inside an annulus with the inner cylinder rotating, using the Herschel-Bulkley model for the fluid viscosity. The formation of an yielded region is investigated by means of the rheological parameters of the fluid (yield stress, power-law index and consistency index), inner cylinder rotation speed and Bingham number influences are investigated in the formation of the unyielded region, and information regarding the wall shear stress of the well and the formation, and the skin friction coefficient are also provided. The main results show that the combination of the rheological fluid parameters associated with the drill rotation speed allow the formation of an unyield region adjacent to the wellbore wall. In general, the increase of the fluid parameters (power-law index and consistency index) results in the decrease of the unyield region, increasing the wall shear stress and the skin friction coefficient. On the other hand, the increase of the yield stress and the Bingham number influences the unyielded region in the opposite way, resulting in the increase of its size. Finally the increase of the yield stress results in the undesired effect of increasing both the wall shear stress and the skin friction coefficient.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12632
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