Modelagem matemática da transmissão de pressão em fluidos newtonianos generalizados confinados em geometrias cilíndricas com transferência de calor

• Autor(a) principal: Knesebeck, Ricardo
• Data de Publicação: 2022
• 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/1/29399
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA; Perfuração de poços; Pressão; Engenharia térmica; Reologia; Modelos matemáticos; Shaft sinking; Pressure; Heat engineering; Rheology; Mathematical models; Engenharia Mecânica

Com o avanço das tecnologias envolvidas na exploração de óleo e gás, é possível perfurar poços cada vez mais profundos e com maiores extensões de lâminas d’água. Isto tornou necessário o desenvolvimento de modelos de predição de pressão mais precisos, uma vez que o poço deve funcionar dentro de uma janela operacional. Esta dissertação propõe um modelo matemático para calcular a pressão e a temperatura dentro de poços e linhas auxiliares durante a etapa de perfuração. Baseado em modelos de propagação de pressão, o equacionamento leva em consideração as propriedades reológicas e térmicas do fluido de perfuração. Também é imposta a condição de troca de calor com ambiente externo, podendo ser por convecção com o mar ou difusão para a formação rochosa. A solução numérica do sistema de equações é feita pelo método das características. Resultados utilizando dados de campo mostraram boa concordância com a pressão registrada durante o teste de estanqueidade de linha de kill, indicando que o modelo é adequado para estas situações. Parâmetros adimensionais foram definidos para generalizar os casos de testes de estanqueidade, facilitando a comparação entre simulações e, potencialmente, auxiliando operadores em suas tomadas de decisões. Comparações mostram que, em geral, há uma rápida queda de pressão após o confinamento do fluido devido à propagação de pressão ao longo do poço, relacionado com os parâmetros reológicos do fluido. Também há outra alteração de pressão, mais lenta, associada com os parâmetros térmicos e à troca de calor do sistema com o meio externo. O principal parâmetro associado a esta segunda alteração de pressão é a relação entre o coeficiente de expansão térmica e a compressibilidade isotérmica do fluido. Conclui-se que pequenas variações de temperatura podem alterar a pressão de forma significativa, justificando a queda de pressão durante testes de estanqueidade onde não se observa vazamento. No entanto, embora o modelo seja capaz de prever essas mudanças, ele não é capaz de diferenciá-las de quedas devido à vazamentos de fluido.