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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28862| Título: | Effects of fluid viscosity in liquid-solid flow pattern transition in horizontal pipelines |
| Título(s) alternativo(s): | Efeitos da viscosidade na transição de padrões de escoamento bifásico líquido-sólido em tubulações horizontais |
| Autor(es): | Vieira, Tiago Augusto de Moura |
| Orientador(es): | Franco, Admilson Teixeira |
| Palavras-chave: | Escoamento bifásico Viscosidade Pressão - Medição Poços de petróleo - Perfuração Turbulência Two-phase flow Viscosity Pressure - Measurement Oil well drilling Turbulence |
| Data do documento: | 26-Nov-2020 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | VIEIRA, Tiago Augusto de Moura. Efeitos da viscosidade na transição de padrões de escoamento bifásico líquido-sólido em tubulações horizontais. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. |
| Resumo: | A remoção de cascalhos é um problema de grande preocupação nas operações de perfuração de poços de petróleo, uma vez que a limpeza deficiente do poço pode levar a vários problemas operacionais, como redução da vida útil das brocas e aprisionamento da tubulação. Diferentes configurações podem ser observadas durante os escoamentos líquido-sólido, conhecidos como padrões de escoamento, e é essencial entender as condições em que cada configuração é formada, visando evitar problemas operacionais. Uma bancada experimental foi projetada para desenvolver um mapa de padrão de escoamento e foi montada no CERNN/UTFPR. Três fluidos de trabalho foram empregados: água, e misturas de água-glicerina com 40% e 60% em peso, permitindo uma variação de viscosidade ao longo dos experimentos. Partículas de uréia com tamanho médio de 1,44 mm e massa específica de 1480 kg/m³ foram usadas para representar a fase discreta. A avaliação dos padrões de escoamento foi desenvolvida através da medição da queda de pressão e visualização do escoamento. Com base no mapa do padrão de escoamento, afirmou-se que a viscosidade realmente afeta a transição entre os padrões. De forma geral, fluidos de maior viscosidade requerem menor velocidade média para a transição, impondo menores valores de queda de pressão. O efeito descrito é mais significativo para a transição entre o leito móvel e os escoamentos heterogêneos do que para a transição do leito estacionário para o leito móvel. A influência é intensificada para o primeiro caso devido à erosão do leito formado por partículas planas. A água não conseguiu suspender partículas por erosão por impacto, devido à pequena área de seção transversal das partículas, que é a causa mais relevante da erosão do leito para fluidos de baixa viscosidade. Por outro lado, a alta viscosidade intensifica a erosão por cisalhamento, que não é muito afetada pelas partículas planas. Por fim, foi desenvolvida uma correlação, permitindo a determinação da queda de pressão em função do número de Reynolds e da viscosidade cinemática dos fluidos. Os resultados da correlação estiveram em concordância satisfatória com os dados experimentais. |
| Abstract: | Cuttings removal is a problem of significant concern in drilling operations since poor hole cleaning may lead to several operational problems, such as reducing bits life and stuck pipe. Different configurations may be observed during liquid-solid flows, known as flow patterns, and it is essential to understand the conditions in which each configuration is formed, aiming to avoid those operational problems. An experimental rig was designed to develop a flow pattern map and was be assembled in CERNN/UTFPR. Three working fluids were employed: water, water-glycerin 40%wt, and water-glycerin 60%wt mixtures allowing a viscosity variation over the experiments. Urea particles of the average size of 1.44 mm and a specific mass of 1480 kg/m³ were used as the discreet phase. The evaluation of the flow patterns was developed through pressure drop measurement and flow visualization. Based on the flow pattern map, it was stated that the viscosity indeed affects the flow pattern transition. The general statement was that higher viscosity fluids required smaller mean velocity for the transition, which happened at lower pressure drop values. The effect described is more significant for the transition between the moving bed and heterogeneous flows than for stationary bed to moving bed transition. The influence is intensified for the first case due to the bed erosion of flat particles. The water could not suspend particles through impact erosion due to the small cross-section area of the flatshaped particles, which is the most relevant bed erosion cause for low viscosity fluids. On the other hand, the high viscosity intensifies the shear erosion, which is not greatly affected by the flat-shaped particles. Finally, a correlation was developed, allowing the pressure drop determination as a function of the Reynolds number and the fluids’ kinematic viscosity. The results of the correlation were in satisfactory agreement with experimental data. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28862 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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