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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23961| Título: | Simulação numérica do escoamento de fluido de lei de potência com partículas para o preenchimento de fraturas |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical simulation of power law fluid flow with particles for fracture filling |
| Autor(es): | Barros, Victor de Souza Leão |
| Orientador(es): | Junqueira, Silvio Luiz de Mello |
| Palavras-chave: | Poços de petróleo - Perfuração Fluidos não-newtonianos Escoamento bifásico Metais - Fratura Métodos de simulação Oil well drilling Non-Newtonian fluids Two-phase flow Metals - Fracture Simulation methods |
| Data do documento: | 6-Dez-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | BARROS, Victor de Souza Leão. Simulação numérica do escoamento de fluido de lei de potência com partículas para o preenchimento de fraturas. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. |
| Resumo: | O fenômeno de invasão de fluido de perfuração da região anular para a formação rochosa durante o processo de perfuração poços de petróleo é denominado de perda de circulação. Além dos elevados custos relacionados com a necessidade constante de reposição do fluido perdido, existe a possibilidade de danos à formação nas adjacências do poço. Uma potencial solução é a adição ao fluido de perfuração de sólidos denominados Materiais de Combate à Perda de Circulação (LCM), os quais têm a finalidade de vedar formações de alta permeabilidade ou fraturadas. Geralmente, o fluido de perfuração possui características não newtonianas, sendo assim, um fluido de lei de potência é utilizado. Neste trabalho, é estudado numericamente o uso de fluidos não newtonianos com partículas sólidas para o preenchimento de fraturas. A região anular do poço em contato com uma fratura discreta e transversal é idealizada como um canal vertical de seção transversal retangular em contato com um canal horizontal. O escoamento bifásico líquido-sólido composto por fluido de lei de potência e partículas esféricas é equacionado através da abordagem EulerLagrange. A simulação numérica é realizada através do acoplamento dos métodos numéricos DDPM, o qual soluciona as equações de balanço de massa e quantidade de movimento do fluido e as interações do fluido com as partículas, e o DEM, o qual soluciona as equações de contato mecânico entre partículas e entre partícula e parede. A caracterização do processo de preenchimento de fratura é realizada através da variação dos parâmetros: número de Reynolds no canal vertical ReCH,i=(50; 125; 250; 500; 1250), vazão de fuga percentual inicial na fratura qf=(5; 10; 20%), características reológicas do fluido, sendo considerado fluido de lei de potência com viscosidade aparente μβ =(0,00855; 0,0163; 0,0377 Pa.s) a 1000 s-1 e massa específica das partículas sólidas ρp=(1600, 2500 kg/m3). Os resultados são avaliados em função de variáveis resposta como a vazão de fuga percentual na fratura (qf), a vazão volumétrica perdida na fratura (Qβ,FR,O), a pressão na entrada do canal vertical (PFR,i) e a pressão adimensional na entrada do canal vertical, além de propriedades dimensionais do leito de partículas formado (e.g. altura, comprimento). O incremento do número de Reynolds no canal intensifica o fenômeno de invasão, haja vista que Qβ,FR,O aumenta. A utilização de fluido não newtoniano é capaz de reduzir o efeito da perda de circulação, sendo que o aumento da viscosidade aparente μβ reduz a vazão volumétrica de fuga. O uso das partículas sólidas combate a perda de circulação devido a formação de leito particulado na fratura e a massa específica da partícula apresenta grande influência no leito gerado. |
| Abstract: | The invasion of drilling fluid from the annular region into the formation during the drilling an oil well is known as lost circulation. Besides the cost related to fluid replacement, there is a possibility of damaging the formation. A potential solution to the lost circulation is adding solid particles to the drilling fluid. The solids, known as Lost Circulation Materials (LCM), seals fractures and highly permeable formations. Usually, drilling fluid has non Newtonian characteristics, só a power law fluid is used. In this work, the use of non-Newtonian fluids with solid particles to obturate fractured formations is numerically studied. The annular region of the well with a discrete and transverse fracture is idealized as a vertical channel of rectangular cross section in contact with a horizontal channel, which represent the fracture. The numerical simulation is performed via the DDPM, which solves the fluid flow equations and the particle-fluid interactions, coupled to the DEM, which solves the contacts among particles and between particles and walls. The characterization of the fracture filling process is obtained by varying the parameters: Reynolds number in the vertical channel ReCH,i=(50; 125; 250; 500; 1250), fluid loss ratio in the fracture qf=(5; 10; 20%), particle specific mass ρp=(1600, 2500 Kg/m3), and the rheological characteristics of the fluid, considering power law fluid with apparent viscosity μβ =(0,00855; 0,0163; 0,0377 Pa.s) at 1000s-1. The results are evaluated as a function of response variables such as the percentual fluid loss ratio in the fracture (qf), the volumetric fluid loss on the fracture (Qβ,FR,O), the dimensionless pressure on the vertical channel entrance (PCH,i), the dimensionless pressure on the vertical channel, and dimensional properties of the particle bed formed on the fracture (e.g. height, length). The increase of Reynolds number in the channel intensifies the invasion phenomenon, since Qβ,FR,O increases. The use of non Newtonian fluid is capable to reduce the effect of the loss circulation, as the increase in apparent viscosity μβ reduces the leakage volumetric flow. The use of solid particles combat the loss circulation due to the formation of a particle bed in the fracture and the particle specific mass presents a great influence in the particle bed. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23961 |
| Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Mecânica |
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