Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2016 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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/1/2026 |
Resumo: | Durante a perfuração de poços de petróleo é comum que a pressão do fluido de perfuração no poço seja maior que a pressão no interior da formação, o que pode fazer com que o fluido escoe no sentido da formação, num fenômeno denominado invasão. O escoamento no sentido da formação porosa carrega partículas que são retidas pelo substrato poroso, através do mecanismo de filtração, formando um leito de partículas na parede do poço. Neste trabalho, o modelo matemático e numérico do escoamento particulado através de um canal poroso posicionado verticalmente é investigado. O aumento da perda de carga provocado pela eventual obstrução do escoamento sobre o meio poroso devido à deposição de material particulado é investigado. O substrato poroso é representado através do modelo heterogêneo, cujo domínio sólido é descrito através de cilindros desconectados. A porosidade ao longo do domínio poroso é variada na direção axial do escoamento de acordo com a dimensão dos obstáculos, os quais são alocados num arranjo alternado. A análise é realizada em duas etapas. Na primeira o escoamento monofásico do fluido permite a determinação da permeabilidade e da perda de carga do meio poroso. A segunda etapa trata do processo de deposição de partículas presentes no escoamento sólido-fluido sobre o substrato poroso. A formulação matemática e a modelagem numérica para o escoamento particulado são representadas por uma abordagem Euler-Lagrange. A solução acoplada das fases discreta (partículas) e contínua (fluido) é realizada através da combinação dos modelos Dense Discrete Phase Model (DDPM) e Discrete Element Method (DEM). Resultados são obtidos para um fluido de massa específica e viscosidade semelhante à de um fluido de perfuração, com propriedades de uma mistura de 37,3% de água e 73,7% de glicerina, as partículas têm diâmetro variado de 0,6 a 0,8 mm e a porosidade do meio poroso varia entre 0,4 e 0,7. Resultados mostram que o aumento do diâmetro das partículas promove a redução da permeabilidade do meio resultante formado pelo meio poroso e o leito de partículas. O acréscimo da concentração de partículas injetadas implica em um aumento na queda de pressão, consequentemente na redução da permeabilidade através do canal. É possível observar também que existe um crescimento na espessura do leito com o aumento da concentração de partículas injetadas. |
id |
UTFPR-12_9c85f23fc0449d98420c0912b1531d2f |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/2026 |
network_acronym_str |
UTFPR-12 |
network_name_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
repository_id_str |
|
spelling |
2017-03-03T17:45:57Z2017-03-03T17:45:57Z2016-03-18LIMA, Guilherme Hanauer de. Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo. 2016. 132 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2026Durante a perfuração de poços de petróleo é comum que a pressão do fluido de perfuração no poço seja maior que a pressão no interior da formação, o que pode fazer com que o fluido escoe no sentido da formação, num fenômeno denominado invasão. O escoamento no sentido da formação porosa carrega partículas que são retidas pelo substrato poroso, através do mecanismo de filtração, formando um leito de partículas na parede do poço. Neste trabalho, o modelo matemático e numérico do escoamento particulado através de um canal poroso posicionado verticalmente é investigado. O aumento da perda de carga provocado pela eventual obstrução do escoamento sobre o meio poroso devido à deposição de material particulado é investigado. O substrato poroso é representado através do modelo heterogêneo, cujo domínio sólido é descrito através de cilindros desconectados. A porosidade ao longo do domínio poroso é variada na direção axial do escoamento de acordo com a dimensão dos obstáculos, os quais são alocados num arranjo alternado. A análise é realizada em duas etapas. Na primeira o escoamento monofásico do fluido permite a determinação da permeabilidade e da perda de carga do meio poroso. A segunda etapa trata do processo de deposição de partículas presentes no escoamento sólido-fluido sobre o substrato poroso. A formulação matemática e a modelagem numérica para o escoamento particulado são representadas por uma abordagem Euler-Lagrange. A solução acoplada das fases discreta (partículas) e contínua (fluido) é realizada através da combinação dos modelos Dense Discrete Phase Model (DDPM) e Discrete Element Method (DEM). Resultados são obtidos para um fluido de massa específica e viscosidade semelhante à de um fluido de perfuração, com propriedades de uma mistura de 37,3% de água e 73,7% de glicerina, as partículas têm diâmetro variado de 0,6 a 0,8 mm e a porosidade do meio poroso varia entre 0,4 e 0,7. Resultados mostram que o aumento do diâmetro das partículas promove a redução da permeabilidade do meio resultante formado pelo meio poroso e o leito de partículas. O acréscimo da concentração de partículas injetadas implica em um aumento na queda de pressão, consequentemente na redução da permeabilidade através do canal. É possível observar também que existe um crescimento na espessura do leito com o aumento da concentração de partículas injetadas.During oil well drilling commonly the drilling fluid pressure in the well is greater than the pressure within the formation, which may cause the flow towards the porous substrate, a phenomenon referred to as invasion. The flow to porous formation carries particles which are retained by the substrate, through the filtration mechanism, originating a packed-bed of particles in the wall of the wellbore. In this paper, the mathematical and numerical model of particle flow through a porous channel positioned vertically is proposed. Increase in pressure loss caused by any obstruction of the flow through porous media due to deposition of particulate material is investigated. The porous substrate is represented by a heterogeneous model, which solid domain is described by disconnected cylinders. Porosity throughout the porous domain varies in the axial direction of the flow according to obstacle sizes, which are allocated in a staggered array. The analysis is performed in two steps. In the first, single-phase fluid flow allows the determination of permeability and pressure drop of the porous media. The second step is the process of particles deposition observed in two-phase flow into the porous substrate. Mathematical formulation and numerical modeling for particulate flow are represented by a Euler-Lagrange approach. The coupled solution of discrete phases (particles) and continuous (fluid) is performed by combining the models Dense Discrete Phase Model (DDPM) and Discrete Element Method (DEM). Results are obtained for a fluid with density and viscosity similar to a drilling fluid, with properties of a mixture with 37.3% of water and 73.7% of glycerin, the particles have diameters varying from 0.6 to 0.8 mm and the porosity of the porous medium is between 0.4 and 0.7. Results show that the diameter of the particles increase promotes the permeability reduction of the resulting medium formed by the porous medium and the particles bed. The increase of the injected particles concentration implies an increase in pressure drop, thus reducing the permeability through the channel. It is also observed that there is growth in the thickness of the bed with the increase of the concentration of injected particles.porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de MateriaisUTFPRBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOSPoços de petróleo - PerfuraçãoEscoamentoEscoamento bifásicoDinâmica dos fluidosPartículas (Física, química, etc.)Modelos matemáticosMétodos de simulaçãoEngenharia mecânicaOil well drillingRunoffTwo-phase flowFluid dynamicsParticlesMathematical modelsSimulation methodsMechanical engineeringModelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneoModeling and numerical simulation of solid-fluid flow over heterogeneous porous mediainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisCuritibaJunqueira, Silvio Luiz de Mellohttp://lattes.cnpq.br/2213804390733564Junqueira, Silvio Luiz de MelloFranco, Admilson TeixeiraErrera, Marcelo RissoMarcelino Neto, Moisés Alveshttp://lattes.cnpq.br/5498690640784833Lima, Guilherme Hanauer deinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRTHUMBNAILCT_PPGEM_M_Lima, Guilherme Hanauer de_2016.pdf.jpgCT_PPGEM_M_Lima, Guilherme Hanauer de_2016.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1315http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/2026/4/CT_PPGEM_M_Lima%2c%20Guilherme%20Hanauer%20de_2016.pdf.jpgf82a0a58e75e4071f93130a41ade0abaMD54TEXTCT_PPGEM_M_Lima, Guilherme Hanauer de_2016.pdf.txtCT_PPGEM_M_Lima, Guilherme Hanauer de_2016.pdf.txtExtracted texttext/plain279231http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/2026/3/CT_PPGEM_M_Lima%2c%20Guilherme%20Hanauer%20de_2016.pdf.txt646066e00c77639d9eab64234d3550eeMD53ORIGINALCT_PPGEM_M_Lima, Guilherme Hanauer de_2016.pdfCT_PPGEM_M_Lima, Guilherme Hanauer de_2016.pdfapplication/pdf41094422http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/2026/1/CT_PPGEM_M_Lima%2c%20Guilherme%20Hanauer%20de_2016.pdf37acaeb8d6022536d5a04d1715663143MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81290http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/2026/2/license.txtb9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95bMD521/20262017-03-04 03:00:54.791oai:repositorio.utfpr.edu.br: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ório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2017-03-04T06:00:54Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
dc.title.pt_BR.fl_str_mv |
Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo |
dc.title.alternative.pt_BR.fl_str_mv |
Modeling and numerical simulation of solid-fluid flow over heterogeneous porous media |
title |
Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo |
spellingShingle |
Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo Lima, Guilherme Hanauer de CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS Poços de petróleo - Perfuração Escoamento Escoamento bifásico Dinâmica dos fluidos Partículas (Física, química, etc.) Modelos matemáticos Métodos de simulação Engenharia mecânica Oil well drilling Runoff Two-phase flow Fluid dynamics Particles Mathematical models Simulation methods Mechanical engineering |
title_short |
Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo |
title_full |
Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo |
title_fullStr |
Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo |
title_full_unstemmed |
Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo |
title_sort |
Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo |
author |
Lima, Guilherme Hanauer de |
author_facet |
Lima, Guilherme Hanauer de |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Junqueira, Silvio Luiz de Mello |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/2213804390733564 |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Junqueira, Silvio Luiz de Mello |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Franco, Admilson Teixeira |
dc.contributor.referee3.fl_str_mv |
Errera, Marcelo Risso |
dc.contributor.referee4.fl_str_mv |
Marcelino Neto, Moisés Alves |
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/5498690640784833 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Lima, Guilherme Hanauer de |
contributor_str_mv |
Junqueira, Silvio Luiz de Mello Junqueira, Silvio Luiz de Mello Franco, Admilson Teixeira Errera, Marcelo Risso Marcelino Neto, Moisés Alves |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS |
topic |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS Poços de petróleo - Perfuração Escoamento Escoamento bifásico Dinâmica dos fluidos Partículas (Física, química, etc.) Modelos matemáticos Métodos de simulação Engenharia mecânica Oil well drilling Runoff Two-phase flow Fluid dynamics Particles Mathematical models Simulation methods Mechanical engineering |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Poços de petróleo - Perfuração Escoamento Escoamento bifásico Dinâmica dos fluidos Partículas (Física, química, etc.) Modelos matemáticos Métodos de simulação Engenharia mecânica Oil well drilling Runoff Two-phase flow Fluid dynamics Particles Mathematical models Simulation methods Mechanical engineering |
description |
Durante a perfuração de poços de petróleo é comum que a pressão do fluido de perfuração no poço seja maior que a pressão no interior da formação, o que pode fazer com que o fluido escoe no sentido da formação, num fenômeno denominado invasão. O escoamento no sentido da formação porosa carrega partículas que são retidas pelo substrato poroso, através do mecanismo de filtração, formando um leito de partículas na parede do poço. Neste trabalho, o modelo matemático e numérico do escoamento particulado através de um canal poroso posicionado verticalmente é investigado. O aumento da perda de carga provocado pela eventual obstrução do escoamento sobre o meio poroso devido à deposição de material particulado é investigado. O substrato poroso é representado através do modelo heterogêneo, cujo domínio sólido é descrito através de cilindros desconectados. A porosidade ao longo do domínio poroso é variada na direção axial do escoamento de acordo com a dimensão dos obstáculos, os quais são alocados num arranjo alternado. A análise é realizada em duas etapas. Na primeira o escoamento monofásico do fluido permite a determinação da permeabilidade e da perda de carga do meio poroso. A segunda etapa trata do processo de deposição de partículas presentes no escoamento sólido-fluido sobre o substrato poroso. A formulação matemática e a modelagem numérica para o escoamento particulado são representadas por uma abordagem Euler-Lagrange. A solução acoplada das fases discreta (partículas) e contínua (fluido) é realizada através da combinação dos modelos Dense Discrete Phase Model (DDPM) e Discrete Element Method (DEM). Resultados são obtidos para um fluido de massa específica e viscosidade semelhante à de um fluido de perfuração, com propriedades de uma mistura de 37,3% de água e 73,7% de glicerina, as partículas têm diâmetro variado de 0,6 a 0,8 mm e a porosidade do meio poroso varia entre 0,4 e 0,7. Resultados mostram que o aumento do diâmetro das partículas promove a redução da permeabilidade do meio resultante formado pelo meio poroso e o leito de partículas. O acréscimo da concentração de partículas injetadas implica em um aumento na queda de pressão, consequentemente na redução da permeabilidade através do canal. É possível observar também que existe um crescimento na espessura do leito com o aumento da concentração de partículas injetadas. |
publishDate |
2016 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2016-03-18 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2017-03-03T17:45:57Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2017-03-03T17:45:57Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
LIMA, Guilherme Hanauer de. Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo. 2016. 132 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2026 |
identifier_str_mv |
LIMA, Guilherme Hanauer de. Modelagem e simulação numérica de escoamento sólido-fluido sobre meio poroso heterogêneo. 2016. 132 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. |
url |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2026 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UTFPR |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
Brasil |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) instacron:UTFPR |
instname_str |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
instacron_str |
UTFPR |
institution |
UTFPR |
reponame_str |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
collection |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
bitstream.url.fl_str_mv |
http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/2026/4/CT_PPGEM_M_Lima%2c%20Guilherme%20Hanauer%20de_2016.pdf.jpg http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/2026/3/CT_PPGEM_M_Lima%2c%20Guilherme%20Hanauer%20de_2016.pdf.txt http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/2026/1/CT_PPGEM_M_Lima%2c%20Guilherme%20Hanauer%20de_2016.pdf http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/2026/2/license.txt |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
f82a0a58e75e4071f93130a41ade0aba 646066e00c77639d9eab64234d3550ee 37acaeb8d6022536d5a04d1715663143 b9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95b |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1805923132200976384 |