Simulação numérica do escoamento de fluido de lei de potência com partículas para o preenchimento de fraturas

• Autor(a) principal: Barros, Victor de Souza Leão
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23961
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; 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

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.