[pt] Um estudo experimental é realizado para investigar o fenômeno de fratura num fluido não Newtoniano viscoplástico através de expansão abrupta com simetria axial. Uma visualização foi, então, efetuada usando uma técnica simples, com adição de pequenas partículas esféricas ao fluido de teste. Neste trabalho três soluções de Carbopol 676, que representou o fluido viscoplástico, foram preparadas e submetidas ao escoamento laminar e lento, com número de Reynolds no tubo a jusante abaixo de 0,1. Três razões de aspecto, a saber, de 2,0 6,0 e 12,5, foram estudadas nesta estreita faixa de regime laminar. Perdas de carga na expansão foram determinadas a partir de medidas experimentais de pressões diferenciais num determinado trecho (antes e após a expansão) para três vazões volumétricas diferentes. Um modelo de um fluido Newtoniano Generalizado foi emprego para descrever o comportamento mecânico do material, com a função da viscosidade de Herschel-Bulkley, que envolve três parâmetros reológicos: tensão limite de escoamento (T0), índice de consistência (K) e índice de comportamento (n). / [en] An experimental study is accomplished to investigate the fracture phenomenon in a non Newtonian viscoplastic material trhougth and abrupt expansion with axial symmetry. A visualization was then performed using a simple technique, with addition of small spherical particles to the test fluid. Aqueous solutions of carbopol 676 at three different concentrations were prepared and submited to creeping flow, with Reynolds number at the larger tube below than 0,1. Three expansion ratios, namely, 2,0 6,0 and 12,5, were studied in this narrow range of laminar flow. Pressure losses ar the expansion plane were determined from experimental measurement of everall pressure differentials along the tubing, for three different flow rates. The generalized Newtonian fluid model was used to describe the mechanical behavior of the material, with the viscosity of the Herschel-Bulkley type, which involves three rheological parameters the yield stress (T0), consistency index (K) and the behaviour index (n).

[pt] O tamponamento de poços de petróleo é analisado numericamente. Neste processo, um fluido mais denso (pasta de cimento) é colocado sobre outro menos denso (fluido de perfuração) em um poço vertical, resultando em uma situação de instabilidade. O escoamento resultante foi estudado de forma a avaliar se o isolamento do poço ocorreria até o momento da cura do cimento (entre 4 e 5 horas). O cimento foi modelado como fluido não-newtoniano e o fluido de perfuração foi considerado newtoniano em alguns casos e não-newtoniano nos demais casos. A solução do escoamento foi obtida numericamente, usando-se o programa ANSYS Fluent. As equações de conservação são resolvidas empregando-se o Método dos Volumes Finitos e o escoamento multifásico foi modelado utilizando-se o método Volume de Fluido. O comportamento viscoplástico não-newtoniano foi modelado empregando a equação constitutiva do fluido newtoniano generalizado, com a função de viscosidade Herschel-Bulkley. O sucesso da operação foi determinado pela combinação dos parâmetros reológicos e geométricos. O efeito dos parâmetros como a razão entre densidades e viscosidades foi investigado para uma geometria fixa (razão fixa entre o comprimento do tampão e o seu diâmetro). Além disso, a influência dessa mesma razão no processo também foi analisada enquanto outros parâmetros foram mantidos fixos. Foi demonstrado que o escoamento é muito instável e que os parâmetros estudados afetam consideravelmente a operação. / [en] The plugging process of an oil well was analyzed numerically. In this process, the denser fluid is the cement plug, which was placed above the drilling fluid in a vertical well, resulting in an unstable situation. The cement plug was modeled as non-Newtonian and the drilling fluid was considered Newtonian in some cases and non-Newtonian in other cases. The flow solution is studied using the ANSYS Fluent program. The conservation equations were solved using the Finite Volume Method, and the multiphase flow was modeled with the Volume of Fluid method. The non-Newtonian viscoplastic behavior of the cement plug was modeled with the Generalized Newtonian Fluid constitutive equation, with the Herschel-Bulkley viscosity function. The success of the operation was determined by the combination of the governing rheological and geometric parameters. The effect of the governing parameters, such as the density ratio and the viscosity ratio, were investigated for a fixed geometry and a fixed ratio between the cement plug length and diameter. Furthermore, the influence of this ratio in the process was also analyzed while others governing parameters were fixed. It was shown that the flow is highly unstable, and that the governing parameters considerably affect the operation.