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Título: Modelagem do deslocamento de uma fronteira sólida em um meio sólido-líquido
Título(s) alternativo(s): Modeling the displacement of a solid boundary immersed in a solid-liquid medium
Autor(es): Miyoshi, Maryelen Hissae Miyoshi
Orientador(es): Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro
Palavras-chave: Poços de petróleo - Perfuração
Escoamento bifásico
Modelagem - Matemática
Dinâmica dos fluidos
Simulação (Computadores)
Engenharia mecânica
Oil well drilling
Two-phase flow
Modelyng - Mathematics
Fluid dynamics
Computer simulation
Mechanical engineering
Data do documento: 1-Dez-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: MIYOSHI, Maryelen Hissae. Modelagem do deslocamento de uma fronteira sólida em um meio sólido-líquido. 2017. 94 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.
Resumo: Dentre as técnicas de perfuração utilizadas, é na perfuração horizontal que há maiores chances de ocorrer a formação de um leito de cascalhos. Nessas condições, o efeito da gravidade faz com que os fragmentos de rocha gerados durante a perfuração se depositem na parte inferior do poço. Quando a coluna de perfuração está sendo retirada do poço, esse acúmulo de partículas sólidas restringe a movimentação dos equipamentos de fundo que constituem o BHA (Bottom Hole Assembly), podendo ocasionar a obstrução do anular e o seu consequente aprisionamento. O presente trabalho tem por objetivo estudar a interação do leito de cascalhos com o fluido de perfuração na região crítica entre o BHA e a parede do poço. O problema é estudado através da simulação numérica bidimensional do deslocamento de uma fronteira sólida, representando uma parte do BHA, em um meio sólido-líquido, em que a fase sólida representa o leito de cascalhos e a fase líquida o fluido de perfuração. Com isto pretende-se investigar o comportamento do leito nesta região crítica avaliando a influência de variáveis operacionais como velocidade de deslocamento da fronteira, altura do leito de cascalhos, viscosidade da fase líquida e concentração da fase sólida. As simulações são realizadas no software de dinâmica de fluidos computacional (CFD) ANSYS FLUENT® utilizando o modelo multifásico Euler-Euler Granular. A partir dos resultados obtidos foi possível identificar que o aumento da velocidade de retirada e da altura inicial do leito podem ocasionar a obstrução da região crítica entre a parede do poço e o BHA. O modelo utilizado possui dificuldade em prever o fenômeno que ocorre na região crítica em casos de obstrução resultando em valores de força normal negativos na fronteira vertical.
Abstract: Among the drilling techniques used, it is in horizontal drilling that there is a bigger possibility of the formation of a cuttings bed. Under these conditions, the effect of gravity causes the sedimentation of the rock fragments generated during the drilling in the low part of the well. When the drill string are been pulled out of the well, this accumulation of solid particles disturbs the movement of the well bottom equipment that constitutes the BHA (Bottom Hole Assembly), which may cause obstruction of the annular and its consequent sticking. It is the aim of the present work to study the interaction between the cuttings bed with the drilling fluid in the critical region limited by the BHA and the well wall. The problem was approached through the bi-dimensional simulation of the boundaries displacement, which represent an element of the BHA, in a solid-liquid system, where the solid phase represents the cuttings bed and the liquid phase is the drilling fluid. This study intends to investigate the behavior of cuttings bed in this critical region evaluating the influence of operational variables such as boundary velocity, cuttings bed height, viscosity of the liquid phase and cuttings concentration. The simulations are performed in the ANSYS FLUENT® computational fluid dynamics (CFD) software using the Euler-Euler Granular multiphase model. From the obtained results it was possible to identify that the increase of the pull-out velocity and the initial height of the cuttings bed can cause obstruction of the critical region between the wall of the well and the BHA. The model used has difficulty predicting the phenomenon that occurs in the critical region in cases of obstruction resulting in negative normal force values at the vertical boundary.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9594
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