Effects of fluid viscosity in liquid-solid flow pattern transition in horizontal pipelines

• Autor(a) principal: Vieira, Tiago Augusto de Moura
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28862
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA; Escoamento bifásico; Viscosidade; Pressão - Medição; Poços de petróleo - Perfuração; Turbulência; Two-phase flow; Viscosity; Pressure - Measurement; Oil well drilling; Turbulence; Engenharia Mecânica

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.