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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35268| Título: | Simulação numérica do deslocamento de pellets de bentonita em escoamento turbulento |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical simulation of bentonite pellets transportation in turbulent flow |
| Autor(es): | Zavelinski, Aron Letchacovski |
| Orientador(es): | Franco, Admilson Teixeira |
| Palavras-chave: | Escoamento multifásico Bentonita Poços de petróleo Método de elemento discreto Fluidodinâmica computacional Vedação (Tecnologia) Multiphase flow Bentonite Oil wells Discrete element method Computational fluid dynamics Sealing (Technology) |
| Data do documento: | 5-Dez-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | ZAVELINSKI, Aron Letchacovski. Simulação numérica do deslocamento de pellets de bentonita em escoamento turbulento. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
| Resumo: | Todos os poços de extração de petróleo apresentam um ciclo de vida e precisarão ser descomissionados em algum momento. Ao contrário do cimento, principal material utilizado para abandono de poços, que tende a se contrair e trincar em decorrência de atividades sísmicas, a argila de bentonita apresenta a capacidade de recuperar suas propriedades de vedação após a ocorrência de qualquer falha mecânica na barreira. Para se viabilizar o procedimento de abandono de poços offshore propõem-se que o transporte seja realizado através do escoamento de uma suspensão de pellets em fluidos de base óleo, pois a hidratação e inchamento do material é inibida por solventes apolares. Após o transporte é possível se iniciar o plugueamento do poço por meio da circulação de água por entre o material depositado no poço. A utilização de tal estratégia de transporte leva ao surgimento de um escoamento turbulento bifásico, para o qual é difícil se desenvolver modelos mecanicistas, pois sua perda de carga é fortemente dependente dos padrões de escoamento observados. O presente trabalho tem por objetivo avaliar numericamente dois cenários de transporte de pellets, a primeira a partir de unidades estacionárias de produção e através de tubos flexíveis estendidos no leito do oceano e outra a partir de navios-sonda posicionados verticalmente sobre a cabeça do poço e o transporte via risers verticais. Utilizou-se o modelo de dense discrete phase model (DDPM) para contabilizar a fração volumétrica das fases contínua e dispersa. Além disso, a conservação de quantidade de movimento entre as fases é calculada por meio de termos fonte nas equações de cada fase, deduzidas a partir das relações de força de arrasto sobre as partículas. As partículas são tratadas enquanto pontos lagrangeanos e sua colisão é modelada por meio do método discrete element method (DEM). Por fim, para modelar os efeitos da turbulência utilizou-se o modelo RANS k-ω SST. A bateria de testes realizada revelou que a vazão utilizada seria insuficiente para promover o transporte de partículas no primeiro cenário, de forma que algumas sugestões foram dadas para que a movimentação das partículas fosse viabilizada. No segundo cenário concluiu-se que o ponto crítico do processo se encontra na zona de injeção de partículas, não sendo necessários maiores preocupações com o restante da tubulação vertical. |
| Abstract: | Every well used for oil extraction has a life cycle and will have to be decommissioned at some point. Bentonite, as opposed to cement, the main material used to create plugs, do not have the tendency to shrink and break due to seismic activities. It also can regain its sealing properties after the occurrence of the mechanical failure of the barrier, process known as self healing. In order to use this material in the abandonment of offshore wells it is possible to make the transport of pellets through its suspension in oily fluids, since the hydration and swelling process is inhibited by non-polar solvents. After the transport process, it is possible to initiate the well plugging by the circulation of water between the grains. This transport process creates a biphasic turbulent flow. Since the system’s properties are highly dependent on the flow regime developed between the phases, It is hard to develop general mechanistic models. Therefore, the goal of this work is to analyze numerically two scenarios for pellets transport, the first one being from a stationary production unit and through flexible horizontal (mostly) tubes and the second one from a drill ship positioned over the well and through a vertical riser. The volumetric fraction of each phase and its linear momentum conservation was accounted through the use of the dense discrete phase model (DDPM). The linear momentum font terms were calculated based on the drag forces applied over the particles. The particles were treated as lagrangean points and their collisions were modeled through the discrete element method (DEM). To account for the turbulence effects it was used the RANS k-ω SST model. The cases analyzed showed that the discharge of fluid used was insufficient to move the particles in the first scenario, só suggestions were made in order to make the transport viable. In the second scenario it was concluded that the critical design point of the process was found in the particle injection zone, and concerns about the rest of the tube were not necessary. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35268 |
| Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Mecânica |
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