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Título: Modelagem e simulação da quebra do gel no reinício do escoamento de fluidos de perfuração
Autor(es): Ceccon, Emanuel Vitor
Orientador(es): Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro
Palavras-chave: Dinâmica dos fluidos
Poços de petróleo - Perfuração
Métodos de simulação
Fluid dynamics
Oil well drilling
Simulation methods
Data do documento: 24-Abr-2013
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: CECCON, Emanuel Vitor. Modelagem e simulação da quebra do gel no reinício do escoamento de fluidos de perfuração. 2013. 101 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013.
Resumo: O reinício do escoamento de fluidos tixotrópicos é um grande problema na perfuração de poços de petróleo. Dependendo das propriedades do escoamento e do fluido de perfuração utilizado, picos de pressão significativos podem ser formados comprometendo a operação e a estrutura do poço. O presente trabalho apresenta um modelo matemático para simular a quebra do gel e o escoamento compressível transiente de fluidos de perfuração tixotrópicos em uma tubulação horizontal com o objetivo de prever o perfil de pressão e vazão na tubulação ao longo do tempo. O modelo se baseia nas equações de conservação da massa e quantidade de movimento. O fluido é modelado como fluido de Bingham, porém, com a tensão limite de escoamento variável com a deformação. Os efeitos viscosos são avaliados através da variação desta tensão limite de escoamento. Já a variação da tensão limite de escoamento com a deformação é avaliada através de um ajuste da solução de uma equação diferencial de segunda ordem a um conjunto de dados experimentais. Os resultados do ajuste são corroborados com os dados experimentais e com um modelo proposto na literatura para dois casos distintos de evolução da taxa de deformação (rampa e taxa constante). Já os resultados do escoamento são comparados com a solução analítica para o fluido newtoniano. Os resultados observados foram: redução do pico de pressão e da vazão de regime permanente com o aumento da tensão limite de escoamento de regime permanente; perfil de pressão e vazão ao longo do tempo muito próximo ao do fluido newtoniano para casos onde a tensão de quebra do gel ou a tensão limite de escoamento é igual a zero; perfil de pressão e vazão ao longo do tempo muito próximo ao do fluido de Bingham para o caso de tensão de quebra do gel igual a tensão limite de escoamento.
Abstract: The thixotropic fluid flow start-up is a significant problem in the oil well drilling operations. Depending on the start-up flow properties and the drilling fluid applied, significant pressure peaks may take place compromising the operation and the well structure. This work presents a mathematical model to solve the start-up flow and the transient compressible flow of thixotropic drilling fluids in a horizontal pipe in order to get the pressure and flow profiles over the time. The model is based on the mass and momentum conservation equations. The fluid is modeled as a Bingham Fluid, but the yield stress is supposed to be variable with the fluid strain. The viscous effects are evaluated by the variation of the yield stress. However, the yield stress variation with the fluid strain is evaluated according to an adjustment of the second order ordinary differential equation to the experimental data. The adjustment results are compared with the experimental data and with a model of the literature for two different cases of strain rate evolution (gradient and constant strain rate). Therefore, the flow model results are compared with the analytical solution for the Newtonian fluid. The results obtained were: reduction of pressure peaks and steady state flow with the grown-up of the steady state yield stress; pressure and flow development with the time increasing very similar to the Newtonian results for the cases of start-up stress or steady state yield stress equals zero; pressure and flow development with the time increasing very similar to the Bingham fluid results for the case of start-up stress equals to the steady state yield stress.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6394
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