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Título: Modelagem e simulação numérica da ciclagem de válvulas de completação inteligente incrustadas com depósitos de carbonato de cálcio
Título(s) alternativo(s): Modeling and numerical simulation of the cycling of intelligent completion valve with calcium carbonate scale
Autor(es): Flórido, João Pedro Satyro
Orientador(es): Junqueira, Silvio Luiz de
Palavras-chave: Carbonato de cálcio
Cristalização
Método dos elementos finitos
Modelos matemáticos
Válvulas - Projetos e construção
Poços de petróleo
Calcium carbonate
Crystallization
Finite element method
Mathematical models
Valves - Design and construction
Oil wells
Data do documento: 17-Fev-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: FLÓRIDO, João Pedro Satyro. Modelagem e simulação numérica da ciclagem de válvulas de completação inteligente incrustadas com depósitos de carbonato de cálcio. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024.
Resumo: A completação inteligente de poços de petróleo é uma tecnologia que permite o controle remoto da produção, otimizando a extração e reduzindo custos operacionais. Entretanto, a formação de incrustações de carbonato de cálcio (ICC) em válvulas de controle de vazão (ICVs) pode comprometer o funcionamento dessas estruturas, dificultando sua ciclagem e exigindo intervenções dispendiosas. Neste trabalho, foi desenvolvida uma metodologia inédita para modelar e simular numericamente a remoção da ICC durante a ciclagem da válvula, utilizando o Método dos Elementos Discretos (DEM). Foram realizados testes de verificação e calibração do modelo numérico, garantindo a coerência dos parâmetros utilizados. Além disso, foi modelada uma geometria representativa de uma válvula ICV, com simplificações para viabilizar a simulação computacional. Os resultados demonstraram que, para determinadas forças de adesão entre partículas, a força do atuador foi suficiente para remover a incrustação e garantir o funcionamento adequado da válvula. Entretanto, para forças adesivas elevadas, a remoção do depósito foi parcial ou inexistente. Os testes de riscamento realizados forneceram informações preliminares sobre a resistência da incrustação ao cisalhamento, destacando a necessidade de refinar os modelos de adesão utilizados no DEM. Como perspectivas futuras, sugere-se a incorporação de modelos adesivos mais sofisticados, a realização de estudos experimentais complementares para calibração dos parâmetros de adesão e a avaliação da influência de fatores ambientais como pressão, temperatura e presença de fluidos. Os resultados obtidos contribuem para um melhor entendimento do fenômeno e para o aprimoramento das estratégias de mitigação da ICC em válvulas ICVs.
Abstract: Intelligent well completion is a technology that enables remote production control, optimizing extraction and reducing operational costs. However, the formation of calcium carbonate scale (ICC) in flow control valves (ICVs) can compromise their operation, hindering valve cycling and requiring costly interventions. This study developed a novel methodology to model and numerically simulate ICC removal during valve cycling using the Discrete Element Method (DEM). Verification and calibration tests were conducted to ensure the consistency of the numerical model parameters. Additionally, a representative ICV geometry was modeled, incorporating simplifications to facilitate computational simulation. The results demonstrated that, for specific particle adhesion forces, the actuator force was sufficient to remove the scale and ensure proper valve operation. However, for high adhesion forces, scale removal was partial or nonexistent. Scratch tests provided preliminary insights into the shear resistance of the scale, highlighting the need to refine adhesion models used in the DEM approach. Future research should focus on incorporating more sophisticated adhesion models, conducting complementary experimental studies to calibrate adhesion parameters, and evaluating the influence of environmental factors such as pressure, temperature, and fluid presence. The findings contribute to a better understanding of the phenomenon and the improvement of ICC mitigation strategies in ICVs.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38288
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