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Título: Efeito da variação da temperatura no reinício do escoamento de fluidos de perfuração
Título(s) alternativo(s): Temperature variation effect during the start-up of drilling fluids
Autor(es): Cavalli, Filipe
Orientador(es): Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro
Palavras-chave: Perfuração de poços
Poços de petróleo - Perfuração
Métodos de simulação
Escoamento
Calor - Transmissão
FORTRAN (Linguagem de programação de computador)
Engenharia mecânica
Shaft sinking
Oil well drilling
Simulation methods
Runoff
Heat - Transmission
FORTRAN (Computer program language)
Mechanical engineering
Data do documento: 5-Jul-2016
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: CAVALLI, Filipe. Efeito da variação da temperatura no reinício do escoamento de fluidos de perfuração. 2016. 82 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.
Resumo: O reinício do escoamento do fluido de perfuração é um grande problema em águas profundas e em poços de grande extensão como os do pré-sal. Devido à estreita janela operacional (faixa de pressão de operação) em águas profundas e dependendo da geometria do poço e das propriedades do fluido de perfuração, picos de pressão significativos podem ocorrer comprometendo a estrutura do poço. Somado a isso, entre o fundo do poço e a superfície existe uma diferença de temperatura significativa e os efeitos dessa variação de temperatura podem alterar as propriedades reológicas do fluido e, por conseguinte, a variação da pressão no interior do poço. O que pode comprometer o controle de pressão durante o processo de perfuração, principalmente no reinício de circulação, onde as pressões de operação são mais rigorosas devido à quebra da fase gel. O objetivo do presente trabalho é desenvolver um modelo matemático para simular o escoamento compressível, transitório e com transferência de calor, com o intuito de prever os perfis de pressão e temperatura ao longo do poço e os efeitos da variação da temperatura nas propriedades reológicas de fluidos de perfuração durante o reinício do escoamento. O modelo geométrico foi definido como um tubo vertical rígido, com área de secção transversal constante, e o fluido de perfuração é tratado como fluido não newtoniano de Bingham. O modelo é baseado nas equações de conservação da massa e quantidade de movimento, que são resolvidas pelo método das características, e conservação da energia, resolvida pelo método das diferenças finitas. As equações algébricas resultantes são, então, resolvidas iterativamente através de um algoritmo escrito em linguagem FORTRAN. O modelo só é capaz de simular escoamento de fluidos com baixíssimo coeficiente de expansão térmica e compressibilidade, em que a variação desses parâmetros não pode ser observada. Os efeitos dos parâmetros adimensionais λ , Bi e Φ são mais evidentes nas oscilações nos patamares dos picos das ondas de pressão e λ, Bi tem maior efeito dissipativo, sendo que o aumento gradual de Bi eleva a pressão em regime permanente.
Abstract: The fluid flow start-up is a significant problem in deepwater and in long wells such as those of the Brazilian subsalt layers. Due to the narrow operating window (operating pressure range) in deepwater and depending on the wells geometry and fluid properties, significant pressure peaks may take place affecting the wellbore structure. Besides that, between the wellbore and the surface of the ocean there is a significant difference of temperature and the effects of this temperature variation can change the rheological properties of the fluid and, consequently, and the pressure variation in the wellbore. This can damage the pressure control during the drilling process, especially during the flow start-up, where operating pressures are higher because of the breaking of the gel phase. The objective of this study is develop a mathematical model to simulate the compressible and transitory flow, with heat transfer, in order to predict the profiles of pressure and temperature along the well and the variation temperature effects on the rheological properties of drilling fluids during the flow start-up. The geometrical model was defined as a rigid tube, with a constant cross section area, and the drilling fluid is treated as non-newtonian Bingham fluid. The model is based on the conservation equations of mass and momentum, which are solved by the method of characteristics, and conservation of energy, solved by the finite difference method. The resulting algebraic equations are solved iteratively through an algorithm written in FORTRAN computer language. The model is only able to simulate fluid flow with very low thermal expansion coefficient and compressibility, in which the variation of these parameters cannot be observed. The effects of the dimensionless parameters λ , Bi and Φ are more evident in the fluctuations in the levels of the peaks of pressure waves and λ , Bi have more dissipative effect, and a gradual increase of Bi raises the pressure in steady state.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9280
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