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Título: Simulação numérica da circulação direta e reversa em broca PDC na perfuração de poços de petróleo
Título(s) alternativo(s): Numerical simulation of the direct and reverse circulations with a PDC bit during the drilling of an oil well
Autor(es): Bacelar Junior, Fernando Luiz
Orientador(es): Franco, Admilson Teixeira
Palavras-chave: Poços de petróleo - Perfuração
Métodos de simulação
Brocas (Ferramenta)
Fluidos newtonianos
Oil well drilling
Simulation methods
Bits (Drilling and boring)
Newtonian fluids
Data do documento: 21-Jun-2016
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: BACELAR JUNIOR, Fernando Luiz. Simulação numérica da circulação direta e reversa em broca PDC na perfuração de poços de petróleo. 2016. 70 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.
Resumo: As reservas de petróleo estão localizadas várias centenas de metros, ou até mesmo quilômetros, abaixo da superfície terrestre. Atualmente, a principal forma de exploração desse recurso natural é por meio da técnica de perfuração rotativa, na qual uma broca é usada para construção de um poço e assim possibilitar o acesso ao reservatório. No estudo em questão foi realizada a simulação numérica do escoamento de fluido durante a etapa de perfuração. A geometria consiste de uma broca do tipo PDC (polycrystalline-diamond-compact) acoplada à coluna de perfuração. As simulações foram feitas no programa ANSYS CFX 15.0®, com o escoamento sendo modelado como turbulento (modelo de Transporte de Tensões Cisalhantes ou SST). Pelo motivo de não existirem modelos de turbulência para fluidos não newtonianos, o fluido de perfuração foi considerado como newtoniano e incompressível. Foram comparadas as circulações direta e reversa, com a avaliação da influência da viscosidade dinâmica e da massa específica do fluido, assim como a atuação da velocidade de rotação da coluna e da vazão de entrada. Análises foram feitas entre esses parâmetros e a força média de impacto do fluido no fundo do poço, a perda de carga, a tensão de cisalhamento média na broca e a velocidade média de saída. Os resultados mostraram que a vazão tem a maior influência no escoamento e a circulação reversa é mais eficiente para a maioria dos aspectos operacionais estudados, exceto em relação à limpeza da região da broca.
Abstract: The oil reserves are located hundreds of meters, or even kilometers, below the Earth’s surface. Nowadays, this natural resource exploration is made by the rotary drilling process, where a bit is used to build a well and enable the access to the reservoir. In the present study, a numerical simulation of the fluid flow during the drilling was performed. The geometry consists of a PDC (polycrystalline-diamond-compact) bit attached to a drillstring. The simulations were executed by the ANSYS CFX 15.0® software, with the flow being modeled as turbulent (Shear Stress Transport model or SST). For the reason that there aren’t turbulence models for non-Newtonian fluids, the drilling fluid was considered as Newtonian and incompressible. The direct and reverse circulations were compared, analyzing the influence of the fluid’s dynamic viscosity and density, and also the rotation speed and flow rate effects. Relations were studied between these variables and the fluid’s averaged impact force in the bottom of the well, the head loss, the averaged shear stress in the bit and the averaged speed at the exit. The results showed that the flow rate has the biggest influence to the fluid flow and the reverse circulation is more efficient for the majority of the investigated aspects, except the bit region cleaning.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9309
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