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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25747| Título: | Projeto conceitual de bancada de laboratório para simulação de processo de perfuração de extrato rochoso |
| Título(s) alternativo(s): | Conceptual design of a laboratory bench for simulating of rock extract drilling process |
| Autor(es): | Diniz, Fernando Cezar Mariano |
| Orientador(es): | Beltrao, Paulo Andre de Camargo |
| Palavras-chave: | Poços de petróleo - Perfuração Brocas (Ferramenta) Projeto de produto Modelos de engenharia Oil well drilling Bits (Drilling and boring) Product design Engineering models |
| Data do documento: | 16-Jul-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | DINIZ, Fernando Cezar Mariano. Projeto conceitual de bancada de laboratório para simulação de processo de perfuração de extrato rochoso. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
| Resumo: | O processo de perfuração de poços de petróleo e gás é custoso e complexo. Em situações offshore, as perfurações ocorrem em profundidades de vários quilômetros abaixo do nível do mar e o monitoramento da eficiência da operação torna-se um grande desafio de engenharia. Para maior domínio do processo é fundamental a realização de ensaios experimentais para avaliar a influência de parâmetros de perfuração na taxa de penetração da broca, com objetivo de reduzir os custos operacionais nesse processo. Entre os principais parâmetros, têm-se: a velocidade de rotação da coluna de perfuração, o peso sobre a broca, a vazão do fluido de perfuração, o tipo da rocha a ser perfurada, o modelo de broca utilizada e o torque. Os testes em plataformas reais têm custos elevados, além de disponibilidade restrita, devido à demanda constante da indústria de óleo e gás por mais produtividade. Assim, os dispositivos de perfuração em escala reduzida tornam-se a solução mais acessível para compreender o comportamento do processo de perfuração em campo. Existem diversas iniciativas para desenvolvimento e uso de protótipos em escala reduzida operando em laboratórios ao redor do mundo. Na UTFPR, há uma demanda por dispositivo similar, porém, a instituição ainda não conta com solução desta natureza. O objetivo geral deste trabalho é desenvolver o projeto mecânico conceitual de uma bancada de laboratório para investigar o processo de perfuração em extrato rochoso para extração de petróleo e gás. Após a avaliação de dados geométricos e operacionais de dispositivos de perfuração similares, utilizou-se a metodologia de projeto de Pahl & Beitz para desenvolvimento de uma proposta de bancada. Entre os resultados, foram propostas oito concepções de bancadas de laboratório. Uma das concepções foi escolhida como a de maior potencial construtivo, trata-se de uma bancada com 2,8 m de altura, empregando um servomotor conectado a um sistema de fuso de esferas para movimentação vertical da coluna de perfuração. Um motor de corrente contínua fornece energia para girar a coluna de perfuração da bancada. O sistema de circulação da bancada foi desenvolvido utilizando o conjunto tanque principal, tanque filtro, tanque reserva e bomba centrífuga, possibilitando testes de perfuração em variados tipos de rochas. O trabalho aborda, também, os principais sensores empregados na aquisição de dados de perfuração, além da tabela para conversão de escala dos principais parâmetros de perfuração, revelando os desafios de se manter as semelhanças geométricas, cinemáticas e dinâmicas entre dispositivos de tamanhos diferentes. |
| Abstract: | The process of drilling oil and gas wells is costly and complex. In offshore situations, drilling occurs at depths of several kilometers below sea level and monitoring the efficiency of the operation becomes a major engineering challenge. For greater control of the process, it is essential to perform experimental tests to assess the influence of drilling parameters on the rate of penetration, in order to reduce operating costs in this process. Among the main ones, there are: the drill string rotational speed, the weight on bit, the flow of drilling fluids, the type of rock to be drilled, the bit type employed and the torque.Testing on real platforms is very expensive, in addition to limited feasibility, due to the constant demand of the oil and gas industry for more productivity. Therefore, small-scale drilling devices become the most accessible solution for understanding the behavior of the field drilling process. There are several initiatives for the development and operation of small-scale prototypes in laboratories around the world. At UTFPR, there is a demand for a similar device, however, the university does not have a solution of this nature yet. The general goal of this work is to develop the mechanical conceptual design of a laboratory bench to investigate the drilling process in rock extract for oil and gas extraction. After evaluating geometric and operational data from similar drilling devices, the Pahl & Beitz design methodology was applied for the development of a bench proposal. Among the results, eight laboratory bench designs were proposed. One of the concepts was chosen as the most constructive potential, it is a bench of 2.8 m tall, employing a servomotor connected to a ball screw system for vertical movement of the drill string. A DC motor provides power to rotate the drill string. The circulation system of the bench was developed employing the main tank, filter tank, reserve tank and centrifugal pump set, allowing drilling tests on various types of rocks. This work also addresses the main sensors utilized in the acquisition of drilling data, in addition to the spreadsheet for scaling the main drilling parameters, revealing the challenges of maintaining geometric, kinematic and dynamic similarities between devices of different sizes. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25747 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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