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Título: Investigação numérica da força de impacto e do coeficiente de descarga em bocais ejetores de brocas de perfuração
Autor(es): Figueiredo, Lucas Machado de
Orientador(es): Franco, Admilson Teixeira
Palavras-chave: Análise numérica
Plataformas de perfuração
Dinâmica dos fluidos
Fluidos newtonianos
Numerical analysis
Drilling platforms
Fluid dynamics
Newtonian fluids
Data do documento: 4-Ago-2014
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: FIGUEIREDO, Lucas Machado de. Investigação numérica da força de impacto e do coeficiente de descarga em bocais ejetores de brocas de perfuração. 2014. 113 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2014.
Resumo: A determinação precisa dos valores do coeficiente de descarga e da intensidade da força de impacto de jatos de brocas de perfuração são fatores importantes em operações de perfuração de poços de óleo e de gás, pois influenciam na taxa de penetração e na eficiência de limpeza do poço. Neste trabalho, é apresentado um estudo numérico que visa a determinação tanto do coeficiente de descarga, quanto da força de impacto em função da vazão do escoamento, da massa específica e da viscosidade dinâmica do fluido e do diâmetro do bocal ejetor utilizando um fluido newtoniano. A geometria de estudo desenvolvida é composta de uma contração abrupta, que ao final ejeta o fluido em um meio confinado, fazendo-o colidir com uma parede. O coeficiente de descarga é estimado com base na queda de pressão ocasionada na contração abrupta, e a força de impacto, com base na pressão que o jato exerce sobre a superfície impactada. Também é apresentada a metodologia de aquisição dos resultados com base nos dados fornecidos pelo ANSYS CFX, programa de dinâmica dos fluidos computacional. Foi elaborada uma metodologia de modo que os resultados obtidos não fossem influenciados pelo tamanho da malha ou por ajustes de parâmetros numéricos inadequados; para isso realizou-se testes de malha com dados críticos em três diferentes níveis e três validações numéricas. Foram obtidos resultados concordantes com literaturas do tema e conclui-se que para o coeficiente de descarga, para faixa de valores analisados, independe da viscosidade dinâmica, da massa específica e da vazão do escoamento, mas depende do diâmetro do bocal ejetor; para a força de impacto observou-se sua independência em relação à viscosidade e sua dependência em relação à massa específica, a vazão volumétrica e ao diâmetro do bocal.
Abstract: The exact determination of the discharge coefficient value and the jet impact force are important factors in drilling operations because they optimize the rate of penetration and the cleaning efficiency of the downhole. This paper shows a numerical study that determines these values with different volumetric flow rates, density, dynamic viscosity and the nozzle jet's diameter. All the fluids in this study are Newtonian fluids. The geometry developed is composed of a circular pipe with a sudden contraction and an annulus pipe for the return of the fluid. The fluid flows beyond the contraction and is ejected against a wall, after that, the fluid returns in an annulus pipe. The discharge coefficient is determined by the pressures drop caused in the contraction, and the impact force by the fluid’s pressure in the impacted wall. This paper also presents a methodology to extract results provided by ANSYS CFX, a computational dynamics fluid program. Method was developed a method so that the results were not affected by the mesh size or incorrect numerical parameters; for that a mesh test and three numerical validations were carried out. The results agree with the literature on the independence of viscosity, density and volumetric flow rate in the discharge coefficient, and the linear dependence on the nozzle diameter. It was also evidenced the independence of the viscosity in the impact force and the dependence of the density, volumetric flow rate and the nozzle diameter.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6637
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