[pt] Após a perfuração de poços de petróleo, a lama utilizada na remoção de cascalho, lubrificação e resfriamento da broca deve ser removida e substituída por uma mistura de cimento. Essa substituição se dá pelo deslocamento de um fluido por outro no espaço anular entre a formação rochosa e a coluna de completação ou revestimento. A mistura de cimento tem a função de garantir a estabilidade estrutural do poço evitando danos ambientais e prejuízos econômicos. Para melhores resultados do processo de cimentação, utilizam-se fluidos intermediários, também chamados de colchões lavadores e espaçadores, entre os fluidos principais. A boa qualidade do deslocamento dos fluidos pode ser avaliada pela forma da interface entre eles. Perfis mais acentuados sugerem um atravessamento indesejável do fluido deslocante (cimento) através do deslocado (fluido de perfuração). Por outro lado, perfis achatados indicam um deslocamento mais eficiente. Neste trabalho foi feita uma análise experimental e numérica do processo de cimentação, investigando a forma da interface e a eficiência do deslocamento dos fluidos. Uma planta experimental vertical foi construída, simulando um processo de deslocamento de fluidos em anulares excêntricos de poços. Com uma câmera digital CCD foram filmadas as interfaces entre os fluidos durante o escoamento e com essas imagens puderam-se comparar os resultados com as simulações numéricas realizadas num softw are comercial, usando o método de volumes finitos. Foram analisados os efeitos de diferentes parâmetros como a excentricidade, o regime de escoamento, e, principalmente o comportamento mecânico dos fluidos envolvidos (reologia) na eficiência do deslocamento. Com base nesses resultados é possível prever quais parâmetros operacionais otimizam o processo de deslocamento. / [en] In cementing processes of oil wells, the mud formerly used to drag the gravel, to lubricate and to cool the drill is removed and substituted by a cement mixture. This substitution is obtained by the displacement of a fluid by another in the annulus between the rock formation and the casing. For best results of cementing process, intermediate fluids, also called spacers, are used between the drill mud and the cement mixture. The displacement process is very complex due to geometry and fluids characteristics. The annular space is eccentric in most cases, and both drilling mud and cement mixtures are non-Newtonian fluids. In this work, an experimental and numerical study is performed to analyze this process. A vertical experimental plant was constructed to simulate the fluid displacement through eccentric annuli. The interface shapes between two adjacent fluids were visualized using a digital CCD camera. The images were compared with the results obtained in the numerical simulations. The numerical solution was obtained via the Finite Volume technique and using the Volume-of-Fluid method. The effects of eccentricity, displacement velocity and rheological parameters on the displacement e± ciency were investigated. Based on these results we can predict the liquid characteristics and the operational parameters that optimize the displacement process.

[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.