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Título: Análise dimensional e eficiência de limpeza em poços com circulação direta e reversa
Título(s) alternativo(s): Dimensional analisys and cutting cleaning capacity on wells with direct and reverse circulation
Autor(es): Jorge, Matheus de Moura
Heine, Matheus Strapação
Orientador(es): Germer, Eduardo Matos
Palavras-chave: Análise dimensional
Poços de petróleo - Perfuração
Dinâmica dos fluidos
Escoamento
Reologia
Engenharia mecânica
Dimensional analysis
Oil well drilling
Fluid dynamics
Runoff
Rheology
Mechanical engineering
Data do documento: 30-Nov-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: JORGE, Matheus de Moura; HEINE, Matheus Strapação. Análise dimensional e eficiência de limpeza em poços com circulação direta e reversa. 2017. 72 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.
Resumo: Bancadas experimentais em escala reduzida, que representam perfurações de poços de petróleo, são utilizadas devido à dificuldade em reproduzir situações de perfuração e/ou extração de petróleo em escala real. Para garantir a representatividade dos resultados, de forma que possam ser extrapolados para o campo, usa-se a teoria do modelo. Segundo ela, experimentos similares guardam entre si três tipos de semelhança, a geométrica, a cinemática e a dinâmica. Para uma melhor aproximação de experimentos com escoamento de fluidos, como os escoamentos que ocorrem em operações de perfuração, onde o fluido carrega os cascalhos para a superfície, deve-se ainda respeitar a semelhança cinemática e a semelhança dinâmica, representada por grupos adimensionais, como o número de Reynolds. Destas condições de semelhança, a mais difícil de ser respeitada é a semelhança dinâmica, devido ao grande número de adimensionais envolvidos no processo. Uma forma de resolver isto é definindo quais os grupos adimensionais são mais representativos no escoamento. A primeira parte deste trabalho teve com objetivo definir que grupos são estes para o caso em estudo. Através de revisão bibliográfica verificou-se que para o caso estudado, os principais números adimensionais são os de Reynolds e Stokes. Com isto, foi desenvolvida uma planilha com a faixa de Re de vários poços, a qual foi utilizada para determinar os parâmetros utilizados na bancada. Em seguida, foi analisado o adimensional de Stokes para determinar os parâmetros das partículas utilizadas. Para simplificar a geometria da broca, foram usadas duas colunas, com razões de contração (β) de2,12 e de 4,25, manteve-se o Reynolds no anular em 4600 e foram analisadas as retiradas de partículas com a contração a 45 e 90 mm de distância do fundo do poço, usando circulação direta e reversa. Os resultados mostraram que operando na circulação direta, ambas as contrações apresentaram uma maior taxa de limpeza estando a 90 mm do fundo do poço. O contrário foi observado na circulação reversa, a altura menor, 45 mm, apresentou uma melhor taxa de limpeza. Já comparando as duas contrações, em ambas as circulações, a coluna com β = 2,12 obteve melhores resultados.
Abstract: Small scale experimental stands, which represent oil and gas drilling wells, are often used due the difficulty to reproduce drilling situations in real scale. To assure the representation of outcome, in a way that they might be extrapolated to field, it is used the model theory. According to it, similar experiments have geometrical, kinematics and dynamics similarities. To a better representation of experiments that use a fluid flowing, like the one that occurs on well drillings, where the fluid carry the cuttings to the surface, the kinematic and dynamic similarity must be observed, represented by dimensionless groups, such as Reynolds number. From these conditions of similarity, the most difficult to represent is the dynamic, due the large number of dimensionless involved. A way to solve it is to define which are the dimensionless that better represent the flow. The first part of this paper aimed to define wich groups are the best to the case studied. Through the literature review it could be noted that for the case studied, the two main dimensionless numbers are Reynolds and Stokes. With this in mind, it was created a spreadsheet with a range of Re from various wells, wich was used to determine parameters that would be used in the experimental stand. Then, the dimensionless number of Stokes was analyzed to ascertain parameters of the particle used. To simplify the geometry of the bit, two contractions were used (β=2,12 and 4,25), the annulus Reynolds number was kept at 4600 and the cuttings carrying capacity was analyzed with the contraction at 45 and 90 mm from the bottom of the well, using both direct and reverse circulations. Results show that working with direct circulation, both contractions present a better carrying capacity being at 90 mm from the bottom of the well. The opposite was observed using reverse circulation, the lower height, 45 mm, presented a better carrying capacity. However, comparing both contractions, operating on both circulations, the column with contraction β=2,12 presented better results.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9656
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