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Título: Avaliação da eficiência de limpeza em bancada experimental utilizando circulação direta e reversa
Título(s) alternativo(s): Experimental evaluation of cuttings removal using direct and reverse circulation
Autor(es): Vieira, Tiago Augusto de Moura
Orientador(es): Franco, Admilson Teixeira
Palavras-chave: Perfuração de poços
Hidrodinâmica
Fluidos não-newtonianos
Fluidos newtonianos
Reologia
Engenharia mecânica
Shaft sinking
Hydrodynamics
Non-Newtonian fluids
Rheology
Rheology
Mechanical engineering
Data do documento: 22-Jun-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: VIEIRA, Tiago Augusto de Moura. Avaliação da eficiência de limpeza em bancada experimental utilizando circulação direta e reversa. 2017. 96 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.
Resumo: No ramo petrolífero utilizam-se duas técnicas principais de bombeio de fluido de perfuração. A circulação direta, ou convencional, consiste na injeção do fluido através da coluna de perfuração, com seu retorno pelo anular. O bombeio do fluido na circulação reversa, por sua vez, é realizado através do anular e sua saída ocorre pela coluna de perfuração. Cada técnica apresenta peculiaridades quanto à hidrodinâmica do escoamento, afetando a capacidade de remoção de cascalhos do interior do poço. Dessa forma, foi conduzido um estudo experimental a fim de comparar as técnicas de bombeio de fluido. Os parâmetros analisados foram a eficiência de limpeza e a força média exercida pelo fluido no fundo do poço. A geometria da broca foi simplificada a uma contração abrupta com razão de contração β=2,7, e o fluido de trabalho utilizado foi água. Variações na vazão de bombeio do fluido apresentaram maiores alterações na força média determinada para a circulação reversa, quando comparada à direta. Isto ocorre, pois, na circulação reversa, a perda de carga devido à presença da contração ocorre somente após o impacto do fluido. A variação na altura da contração ocasionou alterações semelhantes na força média para ambas as técnicas. Quanto à eficiência de limpeza, a circulação direta se mostrou mais eficaz com a contração mais distante do fundo da bancada. Por outro lado, detectou-se que a circulação reversa pode se equiparar à direta, em termos de remoção de partículas, ao reduzir a distância da contração ao fundo do poço. Por fim, a visualização do escoamento permitiu concluir que, ao operar em circulação direta, partículas são aprisionadas em recirculações na região da contração. No contexto de perfuração isto representa partículas sendo retrabalhadas nas arestas cortantes da broca, causando possível desgaste precoce da ferramenta. Na circulação reversa, por outro lado, as partículas não são recirculadas ao redor da contração.
Abstract: In the oil and gas industry, two main techniques are used in drilling operations to pump the drilling mud. The direct circulation, or convetional circulation, consists of the injection of the fluid through the drilling pipe, and returning through the annulus. For the reverse circulation, however, the injection of the drilling mud is performed through the annulus and its outcome exits the drilling pipe. Each technique has its own specific traits, regarding the flow hydrodinamics, affecting the cuttings carrying capacity. Thus, an experimental study was conducted in order to compare the convetional and the reverse circulation. The analyzed parameters were the cuttings carrying capacity and the force exerted by the fluid at the bottom of the well. The geometry of the bit was simplified as a contraction (β=2,7) and the fluid used waswater. As the flow rate was increased, the reverse circulation showed greater variations in the mean force, when compared to the direct circulation. This occurs because energy losses due to the presence of the contraction, in reverse circulation, only happens after the fluid’s impact. The variation of the distance from the contraction to the bottom of the well resulted in similar effects for both techniques. Regarding the cuttings carrying capacity, the convetional circulation showed to be more effective for greater contraction heights. On the other hand, it was detected that the reverse circulation can match the direct as the distance from the contraction to the bottom of the well is reduced. From the flow visualization, in the conventional circulation, it was noticed that particles are kept in recirculations close to the contraction. In field context this means that cuttings are reprocessed by the drilling bit, which may lead to reduction of the bit life. When the experimental aparattus is operating in reverse circulation, however, the particles are not recirculated close to the contraction.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9365
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