[pt] Neste trabalho é estudado o escoamento permanente laminar de um fluido newtoniano, incompreensível e de propriedades físicas constantes, ao longo de condutos porosos, com sucção ou injeção variável através das paredes. Tanto o problema hidrodinamico quanto o térmico são analisados. Duas geometrias são adotadas para o conduto: a de tubo cilíndrico circular reto, de extremidades abertas e de um canal formado por placas planas paralelas e infinitas. Em ambas as geometrias são admitidas duas condições de contorno para o problema térmico: I – fluxo uniforme de calor por condução, trocado entre o fluido e a superfície interna do conduto e II – fluxo uniforme de calor por condução, trocado entre o fluido e a superfície interna do duto. Para todos entes casos, é determinada a influencia do fluxo de massa transversal sobre ambos os coeficientes de transferência: o de quantidade de movimento e o de calor. Estes problemas vêm despertando interesse crescente em diversos pesquisadores, por suas numerosas aplicações na engenharia e na medicina. As múltiplas utilizações dos termodutos, ou a preocupação de obter informações mais pormenorizadas sobre a circulação de fluidos nos organismos dos seres vivos são exemplos destas aplicações. A maioria dos trabalhos existentes sobre o problema acima descrito emprega a hipótese de velocidade de sucção constante ao longo do conduto. Devido à pequena quantidade de dados experimentais para comparação com os resultados teóricos, a consistência da hipótese mencionada pode ser questionada. Uma investigação sobre a viabilidade da consideração de sucção constante é, por isto, desenvolvida no presente trabalho. A Lei de Darcy é utilizada na obtenção da distribuição das velocidades de sucção ou injeção e os resultados hidronamicos e térmicos são comparados com os da literatura pertinente. O método utilizado na integração das equações diferenciais parciais é o desenvolvimento da velocidade axial e da temperatura adimensionais em séries de potencias. Este método não restringe a aplicabilidade dos resultados a consideração de perfis similares de velocidade ou a regiões afastadas da entrada do conduto permeável. Entretanto, em ambas as geometrias estudadas, os perfis de velocidade e de temperatura são supostos serem plenamente para taxas moderadas de sucção ou injeção e para fluidos com números de Prandtl de ordem de grandeza da unidade, mas pode ser estendido, com algum esforço suplementar, para casos ainda mais gerais. / [en] The steady, laminar flow of newtonian, incompressible, consant property fluid along porous-walled conduits is analysed for contions of variable suction or blowing through the duct walls. Both hydrodynamic and thermal problems are solved. Two geometries are assumed for the conduit: an open-ended straight circular cylindrical tube, and a flat duct formed by infinite parallel plates. Two kinds of thermal boundary conditions are adopted for both geometries: I – constant wall temperature and II – uniform conducton heat flow exchanged between the fluid and the internal sufarce. In all cases, it is determined the influence of the transversal mass flow over the momentum abda heat transfer coefficients. Several investigators have dedicated and increasing interest to these problems, due to their applications in engineering and medicine. Heat pipe multiple utilizations, as well as the search of obtainning more detailed information about fluid circulation in aniaml and plant organs, such as lung and arteries, are examples of such applications. The majority of published works about these problem makes use of a constant suction velocity as a hypotesis of work. Owing to a small amount of experimental data for comparison with theoretical results, may be questioned if it is an acceptable hypotesis. An investigation over the validity of uniform whitdrawal or injection is developed in the present work. The law of darcy for flow in porous media is introduced to give the wall velocity distribution and the results can be confronted with those for uniform suction or injection. The method used to solve the system of partial differential equations is based on power series expansion for the velocity and temperature. This technique does not impose a restriction on the applicability of the results in the sense of using similar velocity profiles or regions far from the entrance of the permeable pipe or channel. In both geometries studied, the velocity and temperature profiles are supposed as being fully devoloped at the duct entrance. The method is adequated only for moderate rates of suction or blowing, and for fluids with prandtl numbers of order of one, but can be extended, with some supplementary effort, to more general situations.

[pt] Este estudo mostra o comportamento de gotas de fluidos Newtonianos, de densidade menos que um, subindo em água purificada e cobrindo os valores de Rei de 1 a 1200, em regime laminar. Os diâmetros equivalentes das gotas variam de 10mm, sendo as menores de forma esférica e as maiores esferóides com acentuado achatamento na parte superior. Noata-se pulsações na subida das maiores gotas, até atingirem a velocidade de translação vertical constante. Apresentam-se gráficos de variação de velocidade de translação vertical com o diâmetro equivalente e coeficiente de arraste com Rei e Reo, encontrando-se fórmulas empíricas para estas curvas. Faz-se ainda comparações com o movimento de bolhas ascendentes e gotas descendentes em líquidos. Após as gotas adquirirem velocidade de translação constante, a trajetória segue um caminho aproximado de uma hélice elíptica hiperbólica, que é determinada pelas condições iniciais, tendendo para uma subida retilínea vertical, enquanto a distância necessária para chegar a translação vertical depende somente do sistema. Para precisar a trajetória foram utilizadas duas câmaras fotográficas colocadas em planos verticais perpendiculares, contendo o eixo da trajetória em gota. O caso particular de subida em gotas e o método fotográfico usado, são ambos novos para o conhecimento do autor. / [en] The present work studies the behavior of Newtonian fluid drops of density less than one, rising in purified water in laminar regime, Internal Reynolds number varies from 1 to 1200 and equivalent diameter of drops from 2 to 10mm. The smaller ones are spherics and the larger ones oblated spheroids on their superior part. Pulsation of great drops hás been observed before their reaching a Constant velocity of vertical translation. Graphs showing variations of vertical translation velocity VS. Equivalent diameter and drag coefficient vs. Rei and Reo are given. Empirical formulae have also been found for this curves. Comparison with bubbles rising and drops falling in liquids is also shown. After having reached Constant translation velocity, the trajectory of the drops follows a path closely approximated by an elliptic hyperbolic helix, tending to vertical rectilinear rise. The path of a drop rising with Constant velocity was found to be a function of the initial conditions, whereas the necessary distance to reach vertical translation was found to depend only on the system. In order to Record exactly the trajectory of the drops, twho photografic câmeras placed in perpendicular vertical planes, containing the axis of the trajectory, were used. The particular case of drops rising in water and the photograpic method used, are both new to the Best of the author’s knowledge.

[pt] O escoamento de gás em fluidos complexos é um fenômeno presente em industrias como alimentos e bebidas, farmacêutica, química e petróleo e gás. Nesta pesquisa foi abordado o fenômeno de invasão de gás em pastas de cimento durante o processo de cimentação de poços de petróleo. Este problema é governado por diferentes parâmetros como tamanho, geometria e velocidade das bolhas, reologia do fluido, histórico de cisalhamento do material, pressão e vazão de injeção. Neste trabalho estuda-se experimentalmente a dinâmica de uma bolha de ar não esférica em regime de Stokes ou laminar, escoando em materiais que simulam pastas de cimento com diferentes níveis de viscosidade. As pastas de cimento e suas propriedades viscoplásticas e tixotrópicas são reproduzidas usando suspensões de Carbopol e Laponita, respectivamente. Apresenta-se também um modelo matemático simplificado para a dinâmica do fenômeno de migração de gás, com aplicação na indústria do petróleo. No estudo com Carbopo, investiga-se o efeito da tensão limite de escoamento e a relação entre forças viscosas e inerciais, e sua influência na dinâmica e na geometria da bolha de gás. A análise com Laponita visa simular o processo de invasão e migração de gás durante o processo de cura do cimento. O efeito da tixotropia no formato e na dinâmica de migração das bolhas é analisado. Estes resultados simulam também a complexa dinâmica da migração de gás em fluidos com reologia dependente do tempo, como as pastas de cimento ao longo de seu processo de cura. Observou-se a formação de bolhas de gás com geometria plana, que permitem o escoamento com baixa resistência e formam caminhos preferenciais, que podem se tornar canais de escoamento de gás a alta vazão. / [en] The gas flow in complex fluids is a phenomenon present in industries such as foods and beverage, pharmaceuticals, chemistry and oil and gas. In this research the phenomenon of gas invasion in cement pastes during the cementation process of wells of petroleum was analyzed. This problem is governed by different parameters such as bubble size, geometry and velocity, fluid rheology, material shear history, injection pressure and flow rate. In this work, we perform an experimental study of the dynamics of a non-spherical air bubble under a Stokes or laminar regime, flowing in materials that simulate cement pastes with different levels of viscosity. Cement pastes and their viscoplastic and thixotropic properties are reproduced using suspensions of Carbopol and Laponite, respectively. A simplified mathematical model for the dynamics of the phenomenon of gas migration, with application in the petroleum industry, is also presented. In the Carbopol study, the effect of the yield stress and the relationship between viscous and inertial forces and their influence on the dynamics and geometry of the gas bubble is investigated. The analysis with Laponite aims to simulate the process of invasion and gas migration during the cement cure process. The effect of thixotropy on the shape and dynamics of bubble migration is analyzed. These results also simulate the complex dynamics of gas migration in fluids with time dependent rheology, such as cement pastes during their curing process. The formation of gas bubbles with flat geometry has been observed, allowing the gas to flow with lower resistance and to form preferred paths that can become channels with high gas flow rates.

[pt] Este trabalho descreve experimentos relacionamentos com o movimento relativo entre partículas sólidas e fluido não-newtoniano, confinados no interior de um duto circular. Medições da pressão dinâmica adicional, devida unicamente à presença da partícula (fonte de perturbação no escoamento) e do arrasto viscoso foram conduzidas de forma a se verificar a validade da Teoria de Brenner (1962). Esta teoria, já confirmada para fluidos newtonianos, permite que parâmetros característicos do escoamento perturbado sejam determinados, convenientemente, através de parâmetros do escoamento não-perturbado (ausência de partícula). Para o caso de fluido não-newtoniano, denominados puramente viscosos, do tipo Power-law, a teoria se mostrou perfeitamente aplicável. O valor da razão Delta P mais A/D descrito por Brenner foi confirmado com uma precisão de 3 por cento, num total de 70 experimentos realizados. Para fluidos não-newtonianos, viscoelásticos, com função viscosidade tipo Power-law, a validade da teoria parece, entretanto, depender de um parâmetro capaz de descrever na natureza constitutiva do fluido utilizado. Experimentos realizados com três diferentes fluidos viscoelásticos (expoentes power-law n igual 0,303; 0,343; 0,483) conduziram à identificação deste parâmetro, o Segundo Número Elástico, El2. Para valores de El2, inferiores a 14, caracterizando um escoamento predominantemente viscoso, o valor da razão Delta P mais A/D novamente é confirmado com precisão inferior a 4 por cento. Para valores de El2 superiores a 40 a razão Delta P mais A/D não mais pode ser avaliada com base em parâmetros do escoamento perturbado, analogamente ao que havia sido proposto por Brenner para o caso de fluidos newtonianos. Neste trabalho incluem-se também registros contínuos dos experimentos enfatizando os efeitos viscoelásticos envolvidos, bem como uma análise dos efeitos de parede associados ao movimento relativo entre fluidos não-newtonianos e partículas sólidas. Todos os experimentos foram realizados num regime de Reynolds variando de 0,1 a 90 e num regime de Weissenberg (calculando com base no modelo de Powell-Eyring) variando de 850 a 3800. / [en] This work describes experiments related to relative motion between solid particles and mon-newtonian fluid, inside a circular duct. Measurements of the aditional dynamic pressure, due to the presence of the particle (a source of disturbance in the flow) ando f the viscous drag, were conducted to verify the validity of Brenner’s Theory (1962). This theory, already confirmed for newtonian fluids, allows the determination of the characteristic parameters of the disturbed flow using parameters of non-disturbed flow (without particle). In the case of purely viscous non-newtonian fluids, of the power-law type, the theory was confirmed. The value of the ratio Delta P plus A/D, described by Brenner, was confirmed. The value an accuracy of 3 per cent, in a total of 70 experiments. For viscoelastic fluids, with Power-law viscosity function, it appears that the validity of the theory depends on the Second Elastic Number, El2. Experiments conducted with three different viscoelastic fluids (power-law exponents, n equal 0,303; 0,343 and 0,483) shows that for values of El2 bellow 14, which characterizes a predominantly viscous flow, the value of of the ratio Delta P plus A/D is agair confirmed, with na accuracy of 4 per cent. For values of the El2, parameter above 40, the ratio Delta P plus A/D cannot be determined using parameters of the non-disturbed flow, as proposed by Brenner for newtonian fluids. In this work are also included graphic registers of the experiment, showing the complex viscoelastic effects, as well as na analysis of the wall effects associated with the relative motion between non- newtonian fluid and solid particles. All the experiments were conducted with Reynolds number between 0,1 and 90 and a Weissenberg number (based in Powell-Eyring model) between 850 and 38.00.

[pt] O presente trabalho descreve uma investigação referente ao movimento relativo entre partículas rígidas e fluidas de natureza Newtoniana ou Não-Newtoniana. Experimentos inéditos envolvendo partículas rígidas esféricas e cilíndricas são realizados com o objetivo de se validar uma teoria, que permite que parâmetros relevantes do escoamento perturbem pela presença de partículas rígidas, possam ser calculado em função de parâmetros do escoamento não perturbando-escoamento em ausência da partícula perturbadora. Embora a teoria refira-se, indistintamente, ao escoamento relativo entre a partícula rígida e o fluido, no âmbito do presente trabalho, e sem perda generalidade, estudou-se sempre a queda de partículas em um meio fluido estacionário. Três diferentes classes de sistema fluido-partícula foram investigadas-partícula cilíndrica e fluida Newtoniano, (ii) partícula e fluido Não-Newtoniano e (iii) partícula esférico e fluido Não Newtoniano. Para o caso de fluidos Newtonianos, além de se comprovar a teoria dentro dos limites do domínio de validade inicialmente previstos para esta (Rep menor que 2,0), são realizados experimentos que extrapolam este domínio, obtendo-se resultados surpreendentes, entre os quais, a constatação experimental da validade da teoria - originalmente desenvolvida para o Regime de Oseen, além deste regime. Apresenta-se, também, uma análise física fundamentada nas equações de movimento, objetivando explicar uma complexa transição de comportamento observada. Transição esta que, embora já detectada em trabalhos anteriores, carecia de uma interpretação física adequada. Experimentos envolvendo fluidos Não-Newtonianos puramente viscosos do tipo power law-apresentando diferente valores do expoente power law - 0,75 menor que n menor que 0,91 - e partículas rígidas esféricas ou cilíndricas, foram realizados no regime hidrodinâmico com Reynolds variando de 0,03 a 46. Os resultados obtidos comprovam a validade da teoria, ampliando seu domínio de validade a situações até então não investigadas. Com base no presente trabalho é sugerida uma original abordagem a respeito do comportamento da teoria, com a generalização e ampliação do seu domínio de validade. O trabalho apresenta, também, uma contribuição ao complexo processo de fabricação de fluidos Não-Newtonianos, com propriedades reológicas pré-determinadas, resumindo e criticando outras experiências esparsamente publicadas na literatura. Diferentes técnicas de viscosimetria são testadas objetivando-se a obtenção das propriedades reológicas dos fluidos utilizados. Com base em intercomparações de métodos realizadas, bandas de incerteza mais realistas foram propostas com condicionantes inerentes aos diferentes métodos testados. Finalmente, é apresentado um estudo relativo a influência que a proximidade das paredes do duto exerce na força de atraso viscoso atuante sobre a partícula. / [en] This work describes an investigation concerning the relative motion of solid particles in Newtonian and Non-Newtonian flows. Inedit experiments involving particles of spherical and cylindrical shapes are perfomed in order to validate a theory which allows properties of the disturbed flow to be measured by means of properties of the undisturbed flow. Based on the nature of the governing equations, physical insigts are provided in order to explain a radical change in behavior of the results obtained for particle Reynodls Number greater than 120. Without loss of generality,the present work refers to the free falling of a rigid particle in a stationary fluid, in order to study a more general case concerning the relative motion between the rigid particle and the fluid. There diferent class of fluid particle systems were investigated (i) cylindrical shape particle and Newtonian fluid, (ii) cylindrical shape particle and Non-Newtonian fluid (iii) cylindrical shape particle and Non-Newtonian fluid. Concernig experiments perfomed with Newtonian fluids, in adition to validate the theory within the Ossen regime, experiments were perfomed allowing the validation of theory far beyond the original Ossens regime. Based on these experiments and on the physical analysis of the nature of the governing equations, it is suggested an original analysis to explain the complex transition region observed. Although already quoted in the literature, this complex transition region was never fully explained. Experiments perfomed in Non-Newtonian fluids of the Power Law type, for diferents values of the Power Law expoent(0.75 lower or equal to less than 0,92)and solid spherical or cilyndrical particles, were performed in the hydrodynamical regim having Reynodls Number varying from 0.03 to 46. The obtained results, validate the theory and expand its aplication domains for physical situationsyet not studied. This work extends understanding of the complex process concernig fluid preparation, aiming previously desired rheological properties. Different measuring techniques were tested in order to qualify a method concerting the determination of the reological properties of the fluids employed in this research. Based on the systhematic intercomaparation method perfomed, a more realistic uncertainty band was attributed to each method verified. Finally, the work presents a study of the wall effect proximity on the viscous drag acting on the particle.

[pt] O deslocamento de um líquido por outro em espaços anulares é comumente encontrado na indústria do petróleo, e a maioria deles envolve materiais não newtonianos. O espaço anular muitas vezes apresenta irregularidades causadas pela erosão, onde quantidades consideráveis de fluido de perfuração podem ser deixadas para trás durante o processo de deslocamento, comprometendo a qualidade da operação de cimentação. Motivados por esse processo industrial, testes de deslocamento entre líquidos a vazão constante foram realizados em espaços anulares cuja parede externa possui, em uma determinada posição axial, um aumento repentino de diâmetro seguido de uma diminuição repentina de diâmetro mais a jusante. O objetivo dos experimentos era determinar a eficiência do deslocamento em função da vazão, reologia dos fluidos e geometria da cavidade. Os resultados revelaram forte influência desses parâmetros na eficiência de deslocamento. Ao mesmo tempo, um estudo numérico foi desenvolvido. Simulações numéricas das equações de Navier-Stokes em geometria axissimétrica para fluidos incompressíveis foram acopladas ao método Level-Set para captura da interface. Fluidos com viscosidade constante e o modelo newtoniano generalizado com função viscosidade de Carreau-Yasuda foram utilizados. Isso permitiu simular deslocamentos entre dois fluidos newtonianos e entre um fluido newtoniano e outro não-newtoniano. Este foi utilizado tanto como fluido deslocador quanto como deslocado. Foram realizadas simulações para várias razões de diâmetros, viscosidades, tempos de relaxação, e números de capilaridade e de Reynolds. Identificamos quando a aproximação do espaço anular por duas placas paralelas pode ser aplicada e calculamos como a forma da interface depende dos parâmetros investigados. / [en] The displacement of a fluid caused by another one, inside annular spaces, is commonly found in the oil industry and most of these rearrangements involve non-Newtonian materials. The annular space often shows irregularities caused by erosion, in which considerable amounts of drilling fluid can be left behind during the displacement process, compromising the cementing operation efficiency. Motivated by that industrial process, fluid-fluid displacement tests at constant flow rate were performed in annular spaces in which their exterior walls displayed - in a determined axial position - an abrupt expansion followed by an abrupt contraction. The purpose of the tests were to determine the displacement efficiency as a function of flow rate, rheological properties and geometric cavity. The results revealed a strong influence of these parameters on the displacement efficiency. At the same time, a numerical research was developed. Numerical simulations of the Navier-Stokes equations in axisymmetric geometry for incompressible fluids were coupled to the Level-Set method to capture the interface. Fluids with constant viscosity and the generalized Newtonian model with viscosity function of Carreau-Yasuda were used. That allowed to simulate displacements between two Newtonian fluids and a Newtonian and a non-Newtonian fluid. This was used both as a displacer and as a displaced fluid. Simulations were performed for several diameters and viscosities ratios, relaxatation time, capilar and Reynolds numbers. We identified when the approximation of the annular space by two parallel plates can be applied and calculated how the shape of the interface depends on the investigated parameters.

[pt] Esta dissertação investiga escoamentos multifásicos de deslocamento de fluidos em geometrias anulares envolvidas em operações de cimentação de poços com fluidos espumados. A cimentação desempenha um papel relevante na integridade de poços e algumas aplicações requerem pastas leves com alta resistência à compressão, e o cimento espumado atende a este propósito. Para modelar adequadamente a complexidade do escoamento - que compreende comportamento não-newtoniano e elevada compressibilidade - um modelo tridimensional de dinâmica computacional de fluidos (CFD) foi desenvolvido a partir do código aberto OpenFOAM. As equações de conservação da massa, momento e fases são solucionadas em uma geometria anular, considerando o efeito da pressão na densidade e na reologia dos fluidos, e o método Volume of Fluid (VoF) foi usado para capturar a interface entre fluidos. Os modelos foram validados com soluções exatas para escoamento monofásico axissimétrico com fluidos incompressíveis e compressíveis, e com modelos constitutivos newtonianos e não-newtonianos. Além disso, simulações multifásicas estimaram a eficiência de deslocamento do fluido de perfuração pela pasta de cimento em diferentes condições – constraste de densidade e de viscosidade, ecentricidade e vazões de bombeio – e com diferentes correlações para a reologia dos fluidos espumados. Finalmente, simulações de deslocamento com fluidos com densidade e reologia constante (não-espumados) foram utilizadas para comparação. Os resultados indicam que a eficiência no deslocamento com a técnica de cimentação espumada é superior em condições similares e ilustra que as pastas espumadas são menos suceptíveis a gerarem falhas quanto condições desafiadoras estão presentes. / [en] This master dissertation investigates multiphase displacement flow in annular geometries involved in well cementing operations with foamed cement slurries and spacers. Well cementing plays a relevant role in well integrity and some applications require combining a low-density cement slurry with high compressive strength, and foamed cement suits this purpose. To properly model the displacement complexity involving foamed fluids flow - pressure and temperature dependent densities and non-Newtonian rheology - a 3-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model was developed from the open-source OpenFOAM toolbox. The mass, momentum and phase conservation equations are solved in an annular geometry, taking the effect of pressure in the fluid density and rheology, and the volume-of-fluid (VoF) method was used to capture the interface between the fluids. The models were validated using exact solutions for axisymmetric single-phase flow with incompressible and compressible fluids, and Newtonian and non-Newtonian constitutive models. Further, multiphase simulations were performed to estimate the removal efficiency of the drilling fluid by the foamed cement slurry/spacer in different conditions – density and viscosity contrast, eccentricities, and flow rate - and with different correlations for the foamed cement rheological behavior. Finally, the displacement simulations with constant density and rheology displacing fluids (unfoamed) were performed and used to compare the results with the foamed displacing fluids. The results indicate that the displacement efficiency with a foamed cement technique outperforms constant density lightweight cement slurries with similar conditions and are much less sensitive to impairment when challenging conditions are present.

[pt] Este estudo apresenta uma unidade de tratamento móvel recentemente implantada em atividades marítimas de desenvolvimento de petróleo no Brasil. O sistema consiste em dois módulos de tratamento especializados para tratamento de fluidos de perfuração de base não aquosa (FBNA) contaminado com interface de deslocamento e águas residuárias da perfuração marítima. Os módulos componentes do sistema proposto podem ser instalados tanto em instalações em terra ou em plataformas marítimas. A unidade a ser avaliada utiliza a combinação dos tratamentos de demulsificação, floculação, decantação e filtração para separação de FBNA e frações de FBNA da água residual em seus principais componentes. Testes laboratoriais foram realizados de modo a garantir que o sistema teria a capacidade de tratar os resíduos de FBNA contaminado em conformidade às resoluções brasileiras de descarte de efluentes (Resoluções do Conselho Nacional do Meio Ambiente número 357/05 e 430/11). Os ensaios envolveram o ajuste do sistema para operar dentro dos limites estabelecidos pela legislação local, que estabelecem limites muito conservadores de metais e hidrocarbonetos, entre outros parâmetros, os quais os efluentes devem se enquadrar antes da permissão para descarte em águas continentais ou oceânicas. Este estudo apresenta os resultados dos ensaios, os quais demonstraram que os efluentes tratados pelo sistema estão em conformidade com os parâmetros necessários para permissão do descarte em locações de perfuração marítima no Brasil. O próximo passo a ser dado, antes do uso operacional desta recente tecnologia no Brasil, é o acordo de um Plano de Monitoramento Ambiental com o Órgão Ambiental. Os resultados mostraram que o uso do sistema não é apenas economicamente vantajoso, mas também ambientalmente importante, uma vez que ajuda a minimização de resíduos, reutilização de fluidos, aumento do lucro e melhora das margens em operações de perfuração. No Brasil, o uso desta tecnologia tem um perfil inovador e é uma ferramenta que pode contribuir para redução dos elevados volumes de resíduos de perfuração que são atualmente enviados para destinação final em terra. / [en] This study presents the mobile treatment system recently deployed in offshore development activities in Brazil. The system is a specialized two-module treatment of synthetic base mud (SBM) contaminated with wash water and slop water. The modules of the unit are deployable to any drilling environment onshore or offshore platforms. The studied unit treatment process uses a combination of chemical and physical processes such as demulsification, flocculation, settling and filtration to separate SBM and SBM fractions from the slop water into their main components. Laboratorial testing was conducted to ensure that this system would have the capacity to treat SBM-contaminated wastes to comply with the Brazilian Resolutions for Effluents Discharge (Conselho Nacional do Meio Ambiente Resolutions number 357/05 and 430/11). The tests involved adjusting the system to operate within the limits established by the local legislation, which establish very conservative limits of metals and hydrocarbons, amongst other parameters, that effluents have to meet before being allowed to be discharged in continental or oceanic bodies of water. The study presents the test results which show that the system has produced effluent that complies with all the parameters necessary to allow its discharge at the drilling offshore location in Brazil. The next step to be taken, before operational use of this technology in Brazil, is the agreement of a monitoring plan with the environmental agency. Results have shown that the use of such system is not only economically advantageous, but also environmentally significant as it helps minimize the waste, reuse fluid, increase profit, and improve margins in drilling operations. In Brazil, the use of this technology has an innovative profile and it is a tool that can contribute to reducing the high volumes of drilling waste that currently are sent onshore for final waste disposal.

[pt] Neste trabalho foi analisado o escoamento de fluidos não Newtonianos através de canais axisimétricos convergentes divergentes. A solução da conservação de massa e de conservação de momento foi obtida numericamente via volumes finitos utilizando o programa de computador Fluent. A equação constitutiva de fluidos Newtonianos generalizados foi utilizada para modelar o comportamento não Newtoniano, utilizando a equação constitucional de Shunk-Scriven para cálculo da viscosidade, que assume como sendo a média geométrica ponderada pelo classificador de escoamento R entre a viscosidade de cisalhamento e a viscosidade de extensão. Os resultados de perda de pressão e vazão são comparados com os resultados calculados pela relação simplificada proposta por Souza Mendes e Naccache, 2002 entre a perda de carga e vazão de fluidos viscoelásticos fluindo através do meio poroso, para analisar a sua performance. / [en] In this work, the flow of non-Newtonian fluids through axisimmetric convergingdiverging channels is analyzed. The solution of mass and momentum conservation equations is obtained numerically via finite volume technique using the Fluent software. The Generalized Newtonian Fluid constitutive equation was used to model the non- Newtonian fluid behavior, using the Shunk-Scriven model for the viscosity, where a weighted geometric mean by the flow classifier R between shear and extensional viscosities is assumed. The results of pressure drop and flow rate are compared to the ones predicted by a previously proposed simplified relation (Souza Mendes and Naccache, 2002) between pressure drop and flow rate, for viscoelastic fluids flow through porous media, in order to analyze its performance.

[pt] Além de uma crescente importância econômica da produço de petróleo contendo parafina dos recursos águas ultra-profundas, as preocupações coma deposição e gelificação de parafina desempenha uma funcão significativa nesta questão. óleos parafínicos gelificados frequentemente exibem comportamento reológico análoga para fuidos com tensão de cedência. Existe uma tensão crítica, abaixo do qual nenhum fluxo ocorre, mas acima doqual a viscosidade de uma sistema gelificada diminui drasticamente. Assim, para reinício de escoamento de óleo cru gelificado, uma pressão maior do que a pressão de funcionamento normal deve ser aplicada para exceder a tensão de cedência do fluido na parede, esta pressão mínima exegida deve ser determinada. Neste estudo para explorar o conceito de pressão mínima, fluidos com tensão de cedência foram investigados inteiramente. A investigação foi iniciada com o fluido de tensão de cedência simples e, em seguida, avanou com um tixotrpico usando reômetro e configuração experimental para escoamento de fluido em tubo. Em ambos, os casos a condio não deslizamento foi atingido, o comportamento de fluidos com tensão de cedência foi examinado em detalhe, os resultados de experimentos de reometria e transporte de fluido em tubos foram verificados. Com a colocação de todos juntos, a pressão mínima exigida ou em outra palavra a tensão crítica para partida de escoamento de fluidos com tensão de cedência foi descoberta. / [en] Besides an increasing economic importance of producing wax-containing crude oil from ultra deep water resources, concerns about wax deposition and gelation play a significant role in this area. Gelled waxy crude oils often exhibit rheological behavior analogous to yield stress fluids. There is a critical or range of stresses, below which no flow occurs, but above which the viscosity of a gelled system decreases drastically. Thus, in order to restart flow of a gelled crude, a pressure larger than the typical operating pressure should be applied to exceed the yield stress of the fluid at wall, this required minimum pressure should be determined. In this study to explore the minimum pressure notion, yield stress fluids were investigated comprehensively. The investigation was initiated with simpler yield stress fluid and then advanced with thixotropic one using rheometer and designed experimental setup for fluid flow into tube. In both cases no-slip condition was achieved, the behavior of yield stress fluids was screened in detail, the outcomes of fluid transport in tube and rheometric tests were combined and cross checked. Finally with putting all together, the required minimum pressure or in other words, the critical shear stress needed to startup the flow of yield stress fluids was discovered.