[pt] Durante a perfuração e cimentação de poços de petróleo e gás, diversos fluidos circulam no espaço anular formado entre a coluna de revestimento e a formação rochosa. A boa aderência do cimento à  formação e à  coluna de revestimento depende de quão bem o fluido de perfuração É deslocado para fora do espaço anular pelos fluidos lavadores e espaçadores e de quão bem a pasta de cimento desloca esses últimos. Falhas na cimentação podem comprometer a vedação hidráulica do poço causando sérios danos ambientais e perdas na produção. Portanto, é importante estudar o processo de deslocamento de fluidos em espaços anulares e determinar as condições que garantam a eficiência de deslocamento. Neste trabalho foi investigado experimentalmente o deslocamento de fluidos para regimes laminares em um espaço anular formado por cilindros concêntricos. A eficiência de deslocamento foi associada à configuração da interface formada entre os fluidos. Foram realizados testes de visualização na planta experimental existente no laboratório e foi construí­da uma nova planta experimental em menor escala. Na nova planta experimental, foi verificada a possibilidade da adição, ao fluido deslocador, de micropartículas que refletem a luz incidida por feixes de laser formando um plano de vizualização. A maior dificuldade observada para a utilização desta técnica foi encontrar fluidos com í­ndices de refração parecidos. Foram estudados o caso de um fluido newtoniano mais viscoso deslocando um menos viscoso e vice-versa para trás diferentes vazões.Foi observado que quanto menor a vazão, mais plano é o formato da interface entre os fluidos, o que indica um deslocamento mais eficiente. / [en] While drilling and cementing oil and gas wells, a number of fluids circulate in the annular space between the casing and the rock formation. Good cement bonding to the formation or the casing depends on how well the drilling mud can be washed out of the annular space by spacer and washer fluids, and on how well the cement slurry displace the last ones. Failure in cementing can compromise the hydraulic sealing of the well causing serious environmental damages and production losses. Therefore, it is important to study the displacement process of fluids in annular spaces and determine the conditions that guarantee displacement efficiency. In this work fluids displacement in laminar flows were investigated in an annular space formed by concentric cylinders. The displacement efficiency was related to the interface shape between the fluids. Visualization tests were performed in the experimental apparatus existent in the laboratory and a new experimental apparatus was built in a smaller scale. On the new experimental apparatus, the possibility creating a visualization plane by adding tracer particles that reflect the light coming from laser beams to the displacing fluid was verified. The greater difficulty for using this technique is to find fluids with similar refraction indices. The cases of a more viscous Newtonian fluid displacing a less viscous one and vice versa were studied for three different flow rates. Was observed that for lower flowrates, the interface shape is flatter and that indicates a better displacement efficiency.

[pt] Este estudo tem como objetivo avaliar a influência do desenvolvimento das propriedades mecânicas da pasta de cimento na integridade do poço de petróleo. Um modelo numérico foi desenvolvido para simular as diferentes fases de construção de poços, tais como perfuração, ação da fluência, reconstrução do revestimento e a hidratação do cimento. O comportamento da fluência do sal foi modelado através uma metodologia que combina o Duplo Mecanismo e a Lei da Potência. Duas fases foram consideradas para a pasta de cimento. Em primeiro lugar, a pasta de cimento foi idealizada como um fluido com um campo de tensão hidrostática. Durante as primeiras cinco horas após a cimentação, uma diminuição do campo de tensão hidrostática foi utilizada a fim de simular a retração autógena e a perda de água no processo. Quando a pasta de cimento foi considerada como elástico com um módulo de rigidez crescente ao longo do tempo quando solidificada. Na mudança de fase do fluido para sólido, um cuidado especial foi dado aos elementos que representam a pasta de cimento hidratada a fim de evitar a sobreposição de malhas. A nova lei de fluência do sal apresentou resultados precisos quando comparado aos valores obtidos em campo e a outros dados encontrados na literatura. No processo de hidratação, a redução das dimensões anulares foi observada. A taxa de deformação diminuiu com o aumento do módulo de rigidez da pasta de cimento. Mais importante ainda, esta deformação foi insignificante quando comparada com as dimensões do poço. Assim, a solidificação do cimento pode ser desconsiderada em simulações expeditas. / [en] The quality of the cement sheath plays a crucial role in the integrity of the oil well. This study aims at assessing the influence of cement hardening on deformations and stresses to which the sheath is submitted. A numerical model was developed to simulate the different stages of well construction such as drilling, creep action, casing reconstruction and - the focus herein - cement hardening. The salt creep behavior was modeled through a new methodology that combines the Double Mechanism with the Power Law. Two stages were considered for the cement. First, the cement was idealized as a fluid with a hydrostatic stress field. During the first five hours after cementation, a decrease in the hydrostatic stress field was employed in order to simulate the chemical shrinkage and loss of water in the hardening process. When hardened, the cement was considered to behave elastically with an increasing stiffness modulus over time. In the phase change from fluid to solid, special care was given to fitting the cement finite element mesh to the annulus, avoiding mesh overlapping. The new salt creep law showed accurate results when compared to field and other creep data. In the hardening process, the annular dimension reduction was expected and noticed. The deformation rate decreased with the increasing cement stiffness modulus. Most importantly, this deformation was negligible when compared with the dimensions of the well. Moreover, for practical and quick simulations, the hardening step can be avoided.

[pt] A performance de protocolos geralmente empregados na caracterização reológica de pastas de cimento é investigada. Para este fim duas pastas de cimento foram utilizadas, Pasta A e Pasta B, com a mesma densidade e razão água-cimento, diferindo quanto aos aditivos empregados. O procedimento API (American Petroleum Institute), tal qual, sua modificação é estudada. Curvas de escoamento são determinadas com o auxílio de um reômetro rotacional através de três diferentes métodos (ramp up/ramp down, ramp down e viscosidade mínima). O procedimento API gerou curvas de escoamento que superestimaram (Pasta A) ou subestimaram (Pasta B) a viscosidade dentro da faixa de cisalhamento estudada. Os desvios tornam-se particulamente maiores em baixas taxas, e para Pasta B, por causa de efeitos tixotrópicos, o regime permanente não é atingido. A modificação do protocolo API investigada resultou em curvas de escoamento similares ao método de viscosidade mínima. Um novo modelo constitutivo fenomenológico irreversível é proposto para descrição reológica de pastas de cimento (voltadas para poços de petróleo) sob escoamento de cisalhamento simples. Para esse objetivo uma série de experimentos foram realizados, como taxa de deformação constante, construção e destruição da microestrutura. O modelo proposto utiliza a própria fluidez, recíproca da viscosidade, para descrever a evolução da estrutura da pasta. O efeito macroscópico do fenômeno de hidratação na reologia é introduzido por meio de uma função exponencial para tensão limite de escoamento. Todos os dez parâmetros necessários no modelo são experimentalmente obtíveis. Os resultados mostraram boa concordância entre os dados experimentais e a modelagem, embora pequenas diferenças tenham sido observadas para taxas de deformação abaixo de 7,1 s(−1). / [en] The performance of reological protocols usually employed for the rheological characterization of oil well cement slurries is investigated. To this end two cement slurries were employed, namely Paste A and Paste B. The API procedure is addressed and a modification to it is investigated. Flow curves are determined with the aid of a rotational rheometer using three different methods (ramp up/down, ramp down, and minimum-viscosity). The API procedure yielded flow curves that significantly overestimate (Paste A) or underestimate (Paste B) the viscosity throughout the whole range of shear rate. The deviations become particularly dramatic in the low end of this range and for Paste B, clearly because the steady state is not attained due to a thixotropic behavior. The investigated modification to the API procedure resulted in flow curves similar to the ones based on the minimum-viscosity method. A novel irrevesible phenomenological constitutive model is proposed to describe oil well cement slurry rheology under simple shear flow. To this end several rheological experiments were conducted, namely constant shear rate, construction and microstructural destruction experiment. The proposed model employ the fluidity itself, reciprocal of viscosity, to describe the paste s structure evolution. The macroscopical rheological effect of hydration phenomena is introduced in the model by means of a yield stress exponential function. All ten parameters needed in the model are experimentally obtainable. The present results have shown a good agreement between experimental data and modeling, albeit minor differences were observed for low shear rates below 7.1 s(−1).

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoATB_DISSERT.pdf: 170574 bytes, checksum: 1c8ab112e2d611ca8a276251605aaaa3 (MD5) Previous issue date: 2010-10-11 / The Compound Portland cements are commonly used in construction, among them stand out the CPII-Z, CPII-F and CPIV. These types of cement have limited application on oil well cementing, having its compositional characteristics focused specifically to construction, as cement for use in oil wells has greater complexity and properties covering the specific needs for each well to be coated. For operations of oil wells cementing are used Portland cements designed specifically for this purpose. The American Petroleum Institute (API) classifies cements into classes designated by letters A to J. In the petroleum industry, often it is used Class G cement, which is cement that meets all requirements needed for cement from classes A to E. According to the scenario described above, this paper aims to present a credible alternative to apply the compound cements in the oil industry due to the large availability of this cement in relation to oil well cements. The cements were micro structurally characterized by XRF, XRD and SEM tests, both in its anhydrous and hydrated state. Later technological tests were conducted to determine the limits set by the NBR 9831. Among the compound cements studied, the CPII-Z showed satisfactory properties for use in primary and secondary operations of oil wells up to 1200 meters cementing / Os cimentos Portland Compostos s?o comumente utilizados na constru??o civil, dentre eles destacam-se os CPII-Z, CPII-F e o CPIV. Estes tipos de cimento t?m sua aplica??o limitada para cimenta??o de po?os de petr?leo, tendo em vista suas caracter?sticas composicionais direcionadas especificamente para a constru??o civil. Cimentos para uso em po?os de petr?leo possuem uma maior complexidade e propriedades que d?o suporte ?s necessidades especificas para cada po?o a ser revestido. Para as opera??es de cimenta??o de po?os petrol?feros, s?o usados cimentos Portland desenvolvidos especialmente para tal finalidade de acordo com as normas API (American Petroleum Institute), os quais s?o classificados por classes, designadas pelas letras de A a J. Na ind?stria do petr?leo, comumente se utiliza o cimento da classe G, por ser um cimento que atende praticamente todas as condi??es previstas para os cimentos das classes A at? E. De acordo com o cen?rio descrito acima, esse trabalho teve como objetivo apresentar uma alternativa confi?vel para aplica??o de cimentos compostos na ind?stria do petr?leo em fun??o da grande disponibilidade destes cimentos em rela??o aos cimentos petrol?feros. Os cimentos foram caracterizados microestruturalmente atrav?s de ensaios de FRX, DRX e MEV, tanto em seu estado anidro quanto hidratado. Posteriormente, foram realizados ensaios tecnol?gicos para determinar os limites estabelecidos pela norma NBR 9831. Dentre os cimentos compostos estudados, o cimento CPII-Z apresentou propriedades satisfat?rias para aplica??o em opera??es de cimenta??o prim?ria e secund?ria de po?os petrol?feros at? 1200 metros

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JulioCOF.pdf: 983441 bytes, checksum: df3a42267608b9d7ed2fd356c7ba1094 (MD5) Previous issue date: 2008-07-16 / Chemical admixtures, when properly selected and quantified, play an important role in obtaining adequate slurry systems for quality primary cementing operations. They assure the proper operation of a well and reduce costs attributed to corrective cementing jobs. Controlling the amount lost by filtering through the slurry to permeable areas is one of the most important requirements in an operation, commonly controlled by chemical admixtures, such as carboxymethylcellulose (CMC). However, problems related to temperature, salttolerance and the secundary retarding effect are commonly reported in the literature. According to the scenario described above, the use of an aqueous dispersion of non-ionic poliurethane was proposed to control the filter loss, given its low ionic interaction with the free ions present in the slurries in humid state. Therefore, this study aims at assessing the efficiency of poliurethane to reduce filter loss in different temperature and pressure conditions as well as the synergistic effect with other admixtures. The temperatures and pressures used in laboratory tests simulate the same conditions of oil wells with depths of 500 to 1200 m. The poliurethane showed resistance to thermal degradation and stability in the presence of salts. With the increase in the concentration of the polymer there was a considerable decrease in the volume lost by filtration, and this has been effective even with the increase in temperature / Os aditivos qu?micos, quando devidamente selecionados e quantificados, s?o importantes aliados na obten??o de sistemas adequados de pastas para cimenta??es prim?rias de qualidade, fundamentais para o ciclo de vida ?til de um po?o, visto que opera??es de cimenta??o corretiva geram custos adicionais. Controlar a quantidade perdida por filtra??o pela pasta de cimento para as zonas perme?veis ? um dos requisitos mais importantes em uma opera??o, comumente controlado por aditivos qu?micos, como a carboximetilcelulose (CMC). Entretanto, problemas associados ? temperatura, toler?ncia a sais e o efeito secund?rio como retardador de pega, s?o comumente reportados na literatura. De acordo com o cen?rio descrito acima foi proposta a utiliza??o de uma dispers?o aquosa n?o i?nica de poliuretana para controle de filtrado, dada sua baixa intera??o i?nica com os ?ons livres presentes na pasta no estado fresco. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar a efici?ncia da poliuretana como redutor de filtrado em diferentes condi??es de temperatura e press?o, bem como o efeito sin?rgico com outros aditivos. As temperaturas e press?es utilizadas nos ensaios em laborat?rio simulam as mesmas condi??es de po?os de petr?leo com profundidades de 500 a 1200 m. A poliuretana apresentou resist?ncia ? degrada??o t?rmica e estabilidade na presen?a de sais. Com o aumento da concentra??o do pol?mero observou-se uma consider?vel diminui??o do volume perdido por filtra??o, mantendo-se eficiente mesmo com o incremento da temperatura

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:08:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Julio Cezar de oliveira Freitas_nao permite publicacao_pdf.pdf: 2629498 bytes, checksum: 933e76a7de6f0be7c8d579af7a68bb18 (MD5) Previous issue date: 2010-06-18 / The primary cementing is an important step in the oilwell drilling process, ensuring the mechanical stability of the well and the hydraulic isolation between casing and formation. For slurries to meet the requirements for application in a certain well, some care in the project should be taken into account to obtain a cement paste with the proper composition. In most cases, it is necessary to add chemicals to the cement to modify its properties, according to the operation conditions and thus obtain slurries that can move inside the jacket providing a good displacement to the interest area. New technologies of preparation and use of chemicals and modernization of technological standards in the construction industry have resulted in the development of new chemical additives for optimizing the properties of building materials. Products such as polycarboxylate superplasticizers provide improved fluidity and cohesion of the cement grains, in addition to improving the dispersion with respect to slurries without additives. This study aimed at adapting chemical additives used in civil construction to be used use in oilwell cement slurries systems, using Portland cement CPP-Special Class as the hydraulic binder. The chemical additives classified as defoamer, dispersant, fluid loss controller and retarder were characterized by infrared absorption spectroscopy, thermogravimetric analyses and technological tests set by the API (American Petroleum Institute). These additives showed satisfactory results for its application in cement slurries systems for oil wells. The silicone-based defoamer promoted the reduction of air bubbles incorporated during the stirring of the slurries. The dispersant significantly reduced the rheological parameters of the systems studied. The tests performed with the fluid loss controller and the retarder also resulted in suitable properties for application as chemical additives in cement slurries / A cimenta??o prim?ria ? uma etapa importante durante o processo de perfura??o de po?os petrol?feros, garantindo a estabilidade mec?nica do po?o e o isolamento hidr?ulico entre o tubo de revestimento e a forma??o. Para que a pasta de cimento atenda aos requisitos estabelecidos para sua aplica??o em um determinado po?o, alguns cuidados no seu projeto de execu??o devem ser levados em considera??o para a obten??o de uma pasta de cimento com composi??o adequada. Na grande maioria dos casos, ? necess?ria a adi??o de produtos qu?micos ao cimento para modificar suas propriedades, conforme as condi??es do po?o ou opera??o e, assim, obter pastas que possam se deslocar no interior do revestimento promovendo um bom deslocamento at? a zona de interesse. Novas tecnologias de prepara??o e uso de produtos qu?micos e a moderniza??o dos padr?es tecnol?gicos no setor da constru??o civil t?m resultado no desenvolvimento de novos aditivos qu?micos para a otimiza??o das propriedades dos materiais construtivos. Produtos como superplastificantes a base de policarboxilato proporcionam maior fluidez e coes?o dos gr?os de cimento, al?m de melhorar a dispers?o em rela??o ?s pastas sem aditivos. Este trabalho tem como objetivo adequar aditivos qu?micos utilizados na constru??o civil para aplica??o em sistemas de pastas de cimento de po?os petrol?feros, utilizando como aglomerante hidr?ulico o cimento Portland CPP-Classe Especial. Os aditivos qu?micos classificados como antiespumantes, dispersantes, controladores de filtrado e retardadores de pega foram caracterizados por espectroscopia de absor??o na regi?o do infravermelho, an?lise termogravim?trica e ensaios tecnol?gicos estabelecidos pelo API (American Petroleum Institute). Estes aditivos apresentaram resultados satisfat?rios para sua aplica??o em sistemas de pasta de cimento para po?os de petr?leo. O antiespumante, a base de silicone, promoveu redu??o do aprisionamento de ar durante o processo de agita??o das pastas. O aditivo dispersante reduziu consideravelmente os par?metros reol?gicos dos sistemas estudados. Os testes realizados com o controlador de filtrado e o retardador de pega tamb?m apresentaram propriedades adequadas para aplica??o como aditivos qu?micos em pastas para cimenta??o

[pt] A busca por materiais que não impactem negativamente o meio ambiente tem sido uma das prioridades de engenheiros que trabalham com materiais de construção. A emissão expressiva de CO2 na produção de cimento contribui para tal preocupação. Dentro deste cenário, soluções com emprego de nanotecnologia vêm chamando a atenção em diversas áreas por proporcionar novas soluções. O principal objetivo da presente tese é associar um material proveniente de uma fonte natural com benefícios provenientes da nanotecnologia a fim de modificar propriedades de pastas de cimento considerando seus aspectos químicos, físicos e mecânicos. A nanocelulose se apresenta como material proveniente de fonte renovável que apresenta propriedades atraentes aos materiais cimentícios, sendo assim uma opção a ser utilizada em conjunto com o cimento. Dentre os diversos tipos disponíveis, a celulose nanofibrilada (CNF) foi elencada para ser investigada neste trabalho. A celulose microcristalina (CMM) foi incluída nas investigações para possibilitar uma comparação direta entre as fibrilas da CNF e as partículas de CMM. O uso desses materiais celulósicos pode ser considerado recente e, com isso, existem ainda lacunas no que tange o entendimento dos seus efeitos em materiais cimentícios. Assim, a viabilidade da CNF e da CMM enquanto reforços em pastas de cimento foi avaliada por meio de ensaios de compressão e flexão. Os possíveis mecanismos responsáveis pelo efeito de ambas CMM e CNF foram estudados por meio de análises químicas e físicas. Por fim, foi realizada a caracterização das pastas reforçadas quanto à retração, total e autógena, e à reologia, nos regimes estático e dinâmico. Por conta dos impactos na trabalhabilidade promovidos pela inclusão de CNF, a mistura delas nas pastas de cimento foi facilitada com a adição de superplastificante, especialmente em porcentagens maiores que 0.050 por cento, em peso. A CMM e a CNF se mostraram eficazes em reforçar as pastas de cimento quanto a esforços de flexão e tração, levando ao aumento das respectivas resistências e módulos. Os resultados obtidos mostraram que a água presente no gel da CNF não está totalmente disponível como água de mistura por conta da morfologia e hidroficilidade das fibrilas. Observada uma certa combinação de porcentagem e fator água-cimento, a inclusão de CNF diminuiu a retração autógena das pastas. A inclusão de 0,040 por cento de NFC levou a resultados semelhantes aos da adição de CMM referente ao aumento da tensão de escoamento e da viscosidade. / [en] The seek for low environmental impact materials has become one of the priorities of construction building materials engineers. One of the reasons is the massive growing contribution of cement production industry in worldwide CO2 emissions. In this scenario, the dissemination of nanotechnology into varied areas is drawing attention for enabling new possibilities. The idea of the present thesis is to associate a material provided from a natural source with the potential benefits of nanotechnology to modify conventional cement pastes regarding their chemical, physical and mechanical aspects. Nanocellulose arises as an alternative that meets an eco-friendly source with remarkably properties expected from nanomaterials. There are different types of nano cellulosic materials that may be tailored to achieve desired compatibilities with varied cementitious materials. In this work, nanofibrillated cellulose (NFC) in the form of gel, and microcrystalline cellulose (MCC) particles were investigated, so a comparison could be traced between them. The use of both NFC and MCC in cementitious materials is recent and there are important gaps regarding their effect. For that reason, the feasibility of MCC and NFC to act as reinforcement on cement pastes was evaluated through compressive and flexural tests. Then, the possible mechanisms behind the effect of MCC and NFC on the microstructure of cement pastes were investigated through distinct chemical and physical analyses. Moreover, the total and autogenous shrinkage were characterized, as well as the dynamic and static rheological behaviors. Due to rheological modifications, the mixture of cement pastes with NFC was facilitated by a superplasticizer, especially for percentages higher than 0.050 percent wt. The MCC and NFC promoted the reinforcement of the cement pastes, regarding flexural and tensile stresses, increasing the composite strength and modulus. It was observed that he water present in the NFC gel is not totally available as mixing water due to the morphology and hydrophilicity of the fibrils. If associating certain levels of inclusions and water ratio, the NFC inclusion led to a decrease in autogenous shrinkage. The addition of 0.040 percent of NFC resulted in similar outcomes to 1.000 percent of MCC regarding their ability to increase yield stress and viscosity.

[pt] Umas das etapas mais complexas e críticas durante a construção de poços de petróleo é o processo de cimentação primária, definido como: O processo de instalação de cimento no anular entre o revestimento e a formação exposta ao poço [1]. Ela fornece isolamento zonal permanente para evitar contaminação ou migração de fluidos indesejáveis no anular, protege o revestimento da ocorrência de corrosão e fornece estabilidade hidráulica e mecânica para o revestimento ao longo da vida produtiva do poço de petróleo. Neste processo, ainda na etapa de perfuração, irregularidades na seção transversal (washouts) podem ser geradas como resultado de diversos colapsos parciais da seção do poço aberto em decorrência da presença de rochas pouco consolidadas da formação. Uma operação de cimentação primária bem sucedida dependerá se o sistema de fluidos espaçadores e a pasta de cimento deslocam de forma adequada e completa o fluido de perfuração do anular e washouts. Motivados por esse problema industrial, a presente dissertação usa um simulador numérico DNS (Direct Numerical Simulation) com o objetivo de analisar sistematicamente o comportamento hidrodinâmico e calcular a eficiência do deslocamento entre dois fluidos newtonianos miscíveis através de um anular contendo uma expansão seguida de uma contração abrupta. Investigamos como diferentes viscosidades e densidades dos fluidos, um injetado e outro deslocado, a miscibilidade entre eles, a taxa de injeção e a dimensão do washout retangular afetam o escoamento bifásico. Consideramos uma geometria axissimétrica durante processos de deslocamentos verticais, e as equações governantes são resolvidas em coordenadas cilíndricas, permitindo investigar diferentes aberturas anulares. Devido à miscibilidade entre os fluidos, nossos resultados preveem eficiências de deslocamento altíssimas, próximas a 100 Fluidos não-newtonianos são usualmente utilizados durante o processo industrial de cimentação primária de poços de petróleo. Contudo, as altas eficiências de deslocamentos encontradas em nossos resultados motivam estudos futuros sobre a influência da miscibilidade em deslocamentos de fluidos complexos. Estes resultados também motivam o uso de fluidos espaçadores para tentar controlar as propriedades de interface. Desta forma, é possível que a utilização de sistemas que se aproximem das condições reológicas e hidrodinâmicas de deslocamento entre fluidos newtonianos miscíveis poderá contribuir para um aumento da eficiência de deslocamento e, consequentemente, otimizar o processo de deslocamento de sistemas de fluidos, tendo em vista melhorias na integridade da cimentação de poços de petróleo. / [en] One of the most complex and critical stages during the construction ofoil wells is the primary cementing process, defined as the process of installingcement in the annulus between the casing and the exposed formation to thewell [1]. Primary cementing provides permanent zonal isolation to preventcontamination or migration of unwanted fluids in the annulus, protects thecasing from corrosion, and provides hydraulic and mechanical stability forthe casing throughout the productive life of the oil well. In this process,during the drilling stage, irregularities in the cross-section (washouts) can begenerated because of various partial collapses of the open wellbore section dueto the presence of poorly consolidated rocks in the formation. A successfulprimary cementing operation will depend on whether the spacer fluid systemand cement slurry adequately and completely displace the drilling fluid fromthe annulus and washouts.Motivated by this industrial problem, the present dissertation uses aDirect Numerical Simulation (DNS) numerical simulator to systematically analyze the hydrodynamic behavior and calculate the displacement efficiency between two miscible newtonian fluids through an annulus containing an expansion followed by an abrupt contraction. We investigate how different viscositiesand densities of the injected and displaced fluids, their miscibility, injectionrate, and the dimension of the rectangular washout affect the two-phase flow.We consider an axisymmetric geometry during vertical displacement processes,and the governing equations are solved in cylindrical coordinates, allowing theinvestigation of different annular clearances. Due to the miscibility betweenthe fluids, our results predict very high displacement efficiencies, close to 100Non-newtonian fluids are commonly used during the industrial processof primary cementing of oil wells. However, the high displacement efficienciesfound in our results motivate further studies on the influence of miscibilityin displacements of complex fluids. These results also encourage the use ofspacer fluids attempting to control the interfacial properties. Therefore, the useof systems that approximate the rheological and hydrodynamic conditions ofdisplacement between miscible newtonian fluids may contribute to an increasein displacement efficiency and, consequently, optimize the displacement processof fluid systems, aiming at improvements in the integrity of well cementing.