Orientador: Celso Kazuyuki Morooka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T16:36:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Doria_ManoelTavres_M.pdf: 15162738 bytes, checksum: 28ff5309de90299f6f4987bf87dea785 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: A detecção rápida de um ganho de fluido da formação para dentro do poço, conhecido como influxo, é uma consideração chave para a segurança das equipes e dos equipamentos de uma sonda de perfuração, assim como do próprio poço. Muitos influxos são detectados ainda no seu inicio através do parâmetro diferencial de vazão, que é a diferença entre a vazão de retorno e a vazão de injeção do poço que está sendo perfurado. Medidas de vazões precisas são, portanto, de importância crucial para os sistemas de detecção de influxos. O movimento de heave de uma sonda flutuante, entretanto, causa grandes perturbações nas medições da vazão de retorno. Através dos anos, vários sistemas foram desenvolvidos numa tentativa de minimizar este problema. Neste trabalho, é apresentada uma nova abordagem para se quantificar estas variações com o objetivo de se obter uma melhor indicação do valor do diferencial de vazão, por meio dos registros da vazão de injeção, da vazão de retorno e do movimento de heave monitorados em tempo real em um navio sonda. Um estudo detalhado do estado da arte é apresentado e sugestões para futuras pesquisas são fornecidas / Abstract: Early detection of fluid influx from the formation, generally known as a "kick", is a major concern for the safety of the crew and rig equipament, and for the well itself. Many kicks have been detected at its very beginning by the delta flow parameter, which is simply the return mud flow rate minus the circulating rate. Accurate flow measurements in this case are of great importance for the kick detection systems. Floating rig heaving causes large instantaneous variation in flow-out. Various methods have been investigated as an attempt to overcome this problem. A new approach is presented in order to obtain a better delta flow measurement, by means of records of pumping, returning rates and heaving as well, monitored on a drill ship. A comprehensive study of the state of art is presented and suggestions for future research is furnished. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Paulo Roberto Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Intituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-12T15:54:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_EduardoNascimento_M.pdf: 16240698 bytes, checksum: 5bca1c01db0a9ae851bdb07bd2770078 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O estudo da interação entre o gás da formação produtora e o fluido de perfuração durante as operações é essencial para perfuração de cada fase do poço de forma segura e econômica. Aspectos ambientais e técnicos peculiares à perfuração em águas profundas e ultra profundas exigem o uso de fluidos de perfuração sintéticos, de baixa toxicidade. O principal objetivo, deste trabalho foi o estudo do comportamento PVT desses fluidos através da determinação experimental e modelagem de propriedades termodínâmicas, tais como solubilidade, densidade e fator volume de formação dos fluidos. Estas propriedades têm um impacto importante na detecção e circulação de um kick e devem ser consideradas no planejamento e execução do controle do poço. Os resultados experimentais foram obtidos em uma célula PVT pressurizada por injeção de mercúrio e com um limite operacional de 177°C e 70 MPa. O gás utilizado foi o metano e os líquidos foram emulsões e fluidos não adensados à base de n-parafina, testados a 70°C, 90 °C e 150°C. Os efeitos da temperatura e da composição do fluido foram analisados e os resultados experimentais para solubilidade e fator volume de formação foram comparados com predições baseadas na hipótese da aditividade e ajustes matemáticos nos resultados experimentais. Alguns exemplos de cálculo do volume ganho no tanque usando as expressões analíticas obtidas são discutidos. / Abstract: The study of the interaction between the formation gas and the drilling fluid during the operations is essential to safely and economically drill each phase of the well. The environmental regulatory issues and the peculiar technical aspects involved in deep and ultradeep waters require low toxicity' synthetic drilling fluids. The main objective ofthis study was to understand the PVT behavior of those fluids by the experimental determination and modeling of thermody'pamic properties such as: solubility, specific gravity and formation volume factor of the fluids. Those properties have a direct impact on kick detection and circulation out of the well, what sb.ould be addressed in wellcontrol planning and execution. The experimental data were obtained by means of a PVT cell pressurized by mercury injection with an operating capacity of 177 °C and 70 MPa. The gas used was methane and the liquids were n-paraffin based emulsions and unweighted drilling fluids, tested at 70 °C, 90 °C and 150 °c. The temperature and fluid composition influences had been analyzed and the experimental data for solubility and formation volume factor have been compared with predictions considering the additivity hypothesis and mathematical fittings based in the experimental data. Some pit gain calculation examples using the analytical expressions obtained are also discussed. / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Paulo Roberto Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T14:14:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LimaNeto_EpaminondasGonzaga_M.pdf: 3589611 bytes, checksum: e5bb12837c541392cc224ea75b48dc4b (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O cenário das perfurações de poços de petróleo vem mudando ao longo do tempo. Tanto pela necessidade do suprimento da demanda crescente por petróleo e gás quanto pela queda na produção de campos maduros, a perfuração de poços tem se deparado com ambientes mais agressivos a cada dia: maiores temperaturas, maiores pressões, maior afastamento em relação à costa e ambientes quimicamente mais hostis. A presença considerável de dióxido de carbono - CO2 - nos reservatórios aponta para uma maior preocupação na perfuração de poços em tais formações uma vez que, se esse componente adentra ao poço numa situação de kick, sua interação com a lama de perfuração pode alterar características importantes desse fluido, tais como: densidade, viscosidade e acidez. Este trabalho tem por objetivo investigar o comportamento PVT de sistemas contendo CO2 e líquidos com composição similar aos fluidos de perfuração à base de óleo: n-parafina pura e emulsão inversa. Foram realizados um estudo experimental de tais sistemas, uma simulação computacional, uma análise estatística dos dados obtidos para esse sistema com o intuito de avaliar as melhores correlações matemáticas para representação dos dados experimentais e aplicações de tais correlações em exemplos de controle de poço. Os resultados experimentais mostram que a simulação consegue reproduzir bem os dados experimentais (desvios de até 16%), apenas subestimando-os em frações molares de CO2 mais elevadas. Comparando os dados para o CO2, obtidos neste trabalho, com dados para o metano, obtidos da literatura, observa-se que o sistema contendo CO2 apresenta, dentre outras características, maior fator de formação de volume e solubilidade até 15 vezes maior que o sistema contendo metano. Por fim, ao examinar os exemplos de controle de poço, percebe-se que quanto maior é o teor de CO2 no sistema, maior é o valor do pit gain, tornando a presença de CO2 no sistema favorável à detecção do kick / Abstract: The scenario of oil and gas well drilling has been changing over the years. Not only because the need of supplying the increasing demand for petroleum and gas but also due to the decrease on the production of mature fields, well drilling has been constantly facing aggressive environments: higher temperatures, higher pressures, higher offshore distances and hazardous chemical environments. The presence of carbon dioxide - CO2 - on reservoirs leads to a concern on well drilling in these formations because the entrance of this gas into the well, in a kick situation, and its interaction with the drilling fluid can change important characteristics of this fluid such as: density, viscosity and acidity. This work aims to evaluate the PVT behavior of the systems containing CO2 and liquids similar to the ones used as base for oil-based drilling fluids: n-paraffin and inverse emulsion. An experimental study of these systems, a computational simulation, a statistical analysis of the data acquired aiming to evaluate the best mathematical correlations to represent these data and applications of these correlations were carried out. The experimental results show that the simulation can reproduce satisfactorily the experimental data (deviations up to 16%), only underestimating them at higher CO2 molar fractions. When comparing the data for CO2, obtained in this work, and the ones for methane, obtained from literature, it is possible to notice that the system containing CO2 has, among other characteristics, higher oil volume formation factor and solubility 15 times greater than the system containing methane. Finally, by examining well control examples, one can notice that the pit gain assumes higher values as the CO2 content increases making the presence of CO2 in the system favorable to kick detection / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Paulo Roberto Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-23T20:47:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bezerra_EvileneMatias_M.pdf: 21888888 bytes, checksum: a4a5d951f2e84456bcf3994127860284 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Durante a operação de perfuração com fluidos base óleo, particularmente fluidos orgànicos, o entendimento do comportamento da mistura fluido de perfuração e fluido invasor (numa situação de kick) é de suma importância para o controle do poço. Especialmente na situação de um kick de gás, a detecção do influxo e a previsão de pressões no poço e da distribuição de fases (líquida e gasosa) durante a circulação, são bastante dificultadas quando se utilizam fluidos orgânicos. No presente trabalho foram realizados dois estudos: i) modelagem termodinâmica de misturas multicomponentes e ii) modelagem do controle de poço, utilizando-se os resultados referentes ao comportamento de fases de misturas gás-liquido. O modelo termodinâmico se baseou na equação de estado de Peng-Robinson, trabalhando-se com regras de mistura e parâmetros de interação binária através de um método de contribuição de grupo. A validação da modelagem termodinâmica foi feita através da comparação de resultados obtidos com dados da literatura. O modelo para estudo do controle de poços utilizou a modelagem termodinâmica desenvolvida, o que permitiu a previsão de pressões e de volumes no interior do poço, durante a circulação de um kick de metano. O efeito da solubilidade do gás no fluido de perfuração durante detecção e circulação do influxo foi realizada através de uma análise de sensibilidade de parâmetros / Abstract: During drilling operations with oil based fluids, particularly organic fluids. the understanding of the behavior of the invading and drilling fluid (during a kick situation) is a very important issue. Specially in a gas kick occurrence, kick detection. Pressure and volume prediction, as well as phase distribution (liquid and gas) during influx circulation, are more difficult to evaluate when synthetic fluids are applied. ln the present work two studies have were performed: i) thermodynamic modeling of multi-component mixtures; and ii) well control simulation applying the gas-liquid phase behavior results. The thermodynamic model was based in Peng-Robinson EOS, working with mixing rules and binary interaction parameters through a group contribution method. The validation of the thermodynamic modeling was performed by comparison of the computed results with published data for various gas-liquid mixtures The developed well control simulator applied the PVT modeling, what allowed the prediction of wellbore pressure and volumes during the methane kick circulation out of the hole. The study of the effect of gas solubility in the drilling fluid was conducted by a parameter sensitivity analysis / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestra em Ciências e Engenharia de Petróleo

O objetivo dessa dissertação é apresentar um problema de otimização do uso de recursos críticos no desenvolvimento de poços de petróleo marítimos e a técnica empregada para a abordagem proposta ao problema. A revisão da técnica de Programação por Restrições é feita analisando aspectos relevantes de modelagem, propagação, busca e paradigmas de programação. A especialização da técnica para problemas de escalonamento, o Escalonamento Baseado em Restrições, é descrita com ênfase nos paradigmas descritivos e nos mecanismos de propagação de restrições. Como subsídio ao uso da técnica em outros problemas, a linguagem comercial de modelagem OPL é apresentada no Apêndice. O objetivo da abordagem ao problema é obter um escalonador para maximizar a produção de óleo obtida no curto prazo. O escalonador proposto baseia-se na declaração de um modelo empregando variáveis de intervalo. Um algoritmo e um modelo de Programação Linear Inteira abordando relaxações do problema são apresentados para que se obtenha um limitante superior ao valor de produção ótimo. Para o cenário real no qual a análise experimental foi feita, foram obtidas soluções a menos de 16% do ótimo após uma hora de execução; e os testes em instâncias de tamanhos variados evidenciaram a robustez do escalonador. Direções para trabalhos futuros são apresentadas ponderando os resultados obtidos. / The aim of this work is to present a problem of optimizing the use of critical resources to develop offshore oil wells and the technique used to approach the problem. The review of the Constraint Programming technique is made by analyzing relevant aspects of modeling, propagation, search and programming paradigms. The specialization of the technique to scheduling problems, known as Constraint-Based Scheduling, is described with emphasis on descriptive paradigms and constraint propagation mechanisms. In order to support the use of the technique to tackle other problems, the commercial modeling language OPL is presented in the appendix. The aim of the approach to the problem is to obtain a scheduler that maximizes the short-term production of oil. The scheduler presented relies on the description of a model using interval variables. An algorithm and an Integer Linear Programming model approaching relaxations of the problem are presented in order to obtain an upper bound for the optimal production value. For the real scenario upon which the experimental analysis was done, there were found solutions within 16% of the optimal after one hour of execution; and the tests on instances of varied sizes gave evidence of the robustness of the scheduler. Directions for future work are presented based on the results achieved.

Este trabalho apresenta uma análise paramétrica da reposta dinâmica de colunas de perfuração de poços de petróleo com controle proporcional-integral de velocidade não colocalizado. A operação de perfuração de poços de petróleo e gás em águas profundas consiste na abertura de poços em solo rochoso através de uma broca cuja rotação é controlada por uma mesa rotativa na superfície. O torque imposto pela mesa é transmitido à broca por meio de uma coluna de perfuração. Particularmente no caso de perfuração em águas profundas, as colunas de perfuração podem ser muito extensas e, portanto, bastante flexíveis. As vibrações ocasionadas pela grande flexibilidade das colunas de perfuração são as principais responsáveis por falhas no processo de perfuração. Em particular, o fenômeno não-linear conhecido como stick-slip e relacionado às vibrações torcionais da coluna de perfuração, faz com que um sistema de controle projetado para manter a velocidade da mesa constante dê origem a grandes oscilações na velocidade da broca. Na prática, este fenômeno é amplificado pela inerente não-linearidade do contato entre broca e formação rochosa e pela forte não colocalização entre mesa rotativa e broca. Este trabalho tem por principal objetivo realizar uma análise paramétrica da dinâmica do processo de perfuração, usando um modelo de dois graus de liberdade para representar o conjunto mesa rotativa, coluna de perfuração e broca, para identificar condições nas quais uma lei de controle simples do tipo linear proporcional-integral pode fornecer um desempenho de perfuração estável e satisfatório. / This paper presents a parametric analysis of the dynamics of oilwell drillstrings with non-collocated proportional-integral velocity control. The drilling operation for oil and gas in deep waters consists of opening wells in rocky ground formation by a drill, whose angular speed is controlled by a rotary table at the surface. The torque applied by the table is transmitted to the drill-bit through the drillstring. Particularly in the deepwater drilling case, the drillstring can be very long and therefore very flexible. The vibrations caused by the great flexibility of drilling columns are mainly responsible for the failures in the drilling process. In particular, the nonlinear phenomenon known as stick-slip and related to the torsional vibration of the drillstring, makes that a control system designed to maintain a constant angular velocity at the table yield large variations at the drill-bit angular velocity. In practice, this phenomenon is amplified by the inherent nonlinearity of the contact between drill bit and rock formation and by the strong non-colocalization between rotary table and drill-bit. The main objective of this work is to perform a parametric analysis of the dynamics of the drilling process, using a two degrees of freedom model in order to represent the rotary table assembly, the drilling column and drill-bit, to identify conditions in which a simple control law, such as a linear proportional-integral velocity control, can provide a stable and satisfactory drilling performance.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-04T19:50:45Z No. of bitstreams: 1 IVNA DANIELE SOUZA PEREIRA - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 2113912 bytes, checksum: e7cd84f19623986d5ca5b0df7875190e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T19:50:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IVNA DANIELE SOUZA PEREIRA - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 2113912 bytes, checksum: e7cd84f19623986d5ca5b0df7875190e (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / Capes / No Estado da Paraíba há grandes ocorrências de minerais não metálicos principalmente de argilas bentoniticas, ball clays, caulins, feldspatos, quartzo, calcários e micas. Recentemente foram descobertos novos depósitos de argilas no município de Sossego, propiciando assim, uma expectativa de ampliação de insumos minerais na região. Assim, este trabalho tem por objetivo caracterizar física, mineralógica e tecnologicamente argilas esmectíticas do Município de Sossego, PB, Brasil, para uso em fluidos de perfuração. Para tanto, as argilas foram beneficiadas e caracterizadas através das seguintes técnicas: granulometria a laser (AG), difração de raios-X (DRX), análise química (EDX), capacidade de troca de cátions (CTC), análise termogravimétrica(TG) e térmica diferencial (DTA). Em seguida as argilas foram transformadas em sódicas por meio de tratamento com carbonato de sódio (Na2CO3), hexametafosfato de sódio (NaPO3)6 nos teores: 75, 100, 125 e 150meq/100g de argila seca, além de serem ativadas com a combinações de (Na2CO3) e óxido de magnésio (MgO), em seguida realizou-se o estudo do comportamento reológico das dispersões no intuito de determinar viscosidade aparente (VA), viscosidade plástica (VP), volume de filtrado e pH. Os resultados mostraram que as argilas estudadas eram constituídas de esmectítica, caulinita e quartzo, apresentando teores de MgO e CaO, evidenciando que são bentonitas policatiônicas. Com relação ao uso das argilas como agente viscosificante para fluidos de perfuração, observou-se que as amostras de AM2 ativadas com Na2CO3 atenderam parcialmente as especificações necessária para uso em fluidos de perfuração base água. Já as amostra ativadas com (NaPO3)6 não desenvolveram melhoria nas suas característica reológicas, logo seu uso como fluido de perfuração não é viável. A combinação de Na2CO3 e de MgO produziu um melhoramento nas propriedades dos fluidos produzidos, demonstrando ser aplicável na perfuração de poços. / In Paraíba's large occurrences of non-metallic minerals mainly of bentonite clays, ball clays, kaolin, feldspar, quartz, limestone and mica. Recently discovered new deposits of clays in the city of Sossego, providing an expected expansion of mineral inputs in the region. This work aims to characterize physical, mineralogical and technologically smectite clays Municipality Sossego, PB, Brazil, for use in drilling fluids. For both, the clays were processed and characterized by the following techniques: laser granulometry (AG), X-ray diffraction (XRD), chemical analysis (EDX), cation exchange capacity (CEC), thermogravimetric analysis (TG) and differential thermal analysis (DTA). The clays were then transformed into sodic by treatment with sodium carbonate (Na2CO3), sodium hexametaphosphate (NaPO3) 6 in levels: 75, 100, 125 and 150meq / 100g of dry clay, and being activated with combinations (Na2CO3) and magnesium oxide (MgO), then held up the study of the rheological behavior of the dispersions in order to determine apparent viscosity (VA), plastic viscosity (PV), filtrate volume and pH. The results showed that the clays of smectite were formed, kaolinite and quartz, with MgO and CaO contents, showing that bentonites are polycationic. Regarding the use of clays as viscosity agent for drilling fluids, it was observed that the samples activated with Na2CO3 AM2 partially met the necessary for use in water based drilling fluids specifications. As for the sample activated to (NaPO3)6 did not develop improvement in rheological characteristic, then its use as drilling fluid is not feasible. The combination of Na2CO3 and MgO produced an improvement in the properties of the produced fluids, proving to be applicable in drilling wells Keywords: bentonite, rheology, characterization, drilling fluids.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-07-06T13:30:59Z No. of bitstreams: 1 ANA CRISTINA BRANDÃO DA ROCHA - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2005..pdf: 1006739 bytes, checksum: 4e04fdbb6a647fde919b61cabb001e1d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-06T13:30:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANA CRISTINA BRANDÃO DA ROCHA - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2005..pdf: 1006739 bytes, checksum: 4e04fdbb6a647fde919b61cabb001e1d (MD5) Previous issue date: 2005-10 / A preocupação em identificar os parâmetros do reservatório que mais interferem no escoamento de fluidos e modelá-los numa escala compatível com o estudo de simulação de fluxo é antiga. Desde a década de 70 sentiu-se a necessidade de descrever adequadamente esses parâmetros e vários modelos e escalas de heterogeneidade foram propostos com o objetivo de defini-las, como também de definir as incertezas inerentes ao conhecimento do reservatório. Dentre as técnicas de obtenção de dados, na fase de perfuração de um poço, podemos destacar a perfilagem, pelo seu baixo custo em relação às demais técnicas. Por meio dela, é obtida uma série de dados dos poços, chamados perfis, cuja interpretação permite uma avaliação da formação geológica em estudo, ou seja, da jazida petrolífera. A geoestatística enfatiza o contexto geológico em que os dados foram obtidos, a relação espacial entre esses dados e os valores medidos em diferentes suportes volumétricos e graus de precisão. Modelos da geoestatística baseiam-se, em parte, na teoria das probabilidades, reconhecendo e incorporando as incertezas advindas do processo de obtenção dos dados. A modelagem torna-se uma ferramenta importante, pois permite simular as regiões de onde se possui pouco ou nenhum conhecimento. / The concern in identifying the parameters of the reservoir that are relevant in fluid draining and shape them in a compatible scale with the study of flow simulation is old. Since 70 years it was felt necessity to describe adequately these parameters and some models and scales of heterogeneity had been considered with the objective to define heterogeneities, as also the uncertainties inherent to the knowledge of the reservoir. Among the sampling techniques in the well perforation stage, we can detach the logging, because its low cost in relation to others techniques. Through it, are gotten a series of data about the well, called profiles, whose interpretation allows an evaluation of the geologic formation in study. The geostatistic emphasizes the geologic context where the data had been gotten, the spatial relation among these data and the values measured in different volumetric supports and precision degrees. Models of geostatistic are based, in part, in probability theory, recognizing and incorporating the happened uncertainties of the process of attainment of the data. The modeling becomes an important tool, therefore it allows to simulate the regions where little or any information is available.

Durante o processo de perfuração de poços de óleo e gás, em geral a passagem e oscilações da broca de perfuração provoca a ovalização das paredes do poço. O presente trabalho apresenta um estudo analítico e numérico do escoamento de fluido viscoplástico tipo Herschel-Bulkley através de três configurações de tubos de seções transversais elípticas: tubo elíptico, elíptico anular concêntrico e excêntrico. O objetivo desse estudo é analisar o efeito dos parâmetros geométricos do tubo, cinemáticos do escoamento e reológicos do fluido na perda de carga. A modelagem matemática foi realizada com base nas equações de balanço de massa e de quantidade de movimento e uma equação constitutiva para o tensor tensão do fluido. Para a solução analítica são utilizados os métodos de transformação de coordenadas e da folga variável modelando o escoamento como entre placas paralelas. Para a solução numérica é empregado o método de volumes finitos. As simulações numéricas são realizadas com o programa comercial PHOENICS-CFD. Para validar os resultados, são realizadas comparações com a literatura. Para cada geometria investigada foram obtidos os parâmetros de interesse na engenharia como: perfil de velocidade, vazão volumétrica, perfil das tensões e expressão para o fator de atrito. Os resultados para o duto anular circular concêntrico e excêntrico são corretamente reproduzidos quando a seção anular elíptica tende para a razão de aspecto unitária. / During the oil well drilling operations, the oscillations and the advancement of the drill makes the well takes an oval shape. This work presents an analytical and numerical study of the viscoplastic fluid flow of a Herschel-Bulkley fluid, through three types of elliptical cross sections ducts: elliptical, concentric and eccentric elliptical annulus. The objective is to analyze the effects of the pipe geometrical parameters, the kinematics of the flow and the fluid rheology over the pressure drop. The mathematical model was based on the mass and momentum balance equations and a constitutive equation expressing the stress tensor of the fluid. The analytical solutions employed were an analytical transformation of coordinates and other one based on in the slot flow model and the fluid flow was modeled as parallel plates in narrow annuli. For the numerical solution of the balance equations the finite volume method was used. The numerical simulations were carried out with PHOENICS-CFD. For validation of the results, comparisons with numerical and analytical results available in literature were done. Relevant engineering parameters were obtained, like velocity profiles, volumetric flow rate, shear stress profiles and an expression for the friction factor. The results for the concentric and eccentric circular annulus are adequately reproduced when the elliptical cross section tends towards unitary aspect ratio.

Durante o processo de perfuração de poços de óleo e gás, em geral a passagem e oscilações da broca de perfuração provoca a ovalização das paredes do poço. O presente trabalho apresenta um estudo analítico e numérico do escoamento de fluido viscoplástico tipo Herschel-Bulkley através de três configurações de tubos de seções transversais elípticas: tubo elíptico, elíptico anular concêntrico e excêntrico. O objetivo desse estudo é analisar o efeito dos parâmetros geométricos do tubo, cinemáticos do escoamento e reológicos do fluido na perda de carga. A modelagem matemática foi realizada com base nas equações de balanço de massa e de quantidade de movimento e uma equação constitutiva para o tensor tensão do fluido. Para a solução analítica são utilizados os métodos de transformação de coordenadas e da folga variável modelando o escoamento como entre placas paralelas. Para a solução numérica é empregado o método de volumes finitos. As simulações numéricas são realizadas com o programa comercial PHOENICS-CFD. Para validar os resultados, são realizadas comparações com a literatura. Para cada geometria investigada foram obtidos os parâmetros de interesse na engenharia como: perfil de velocidade, vazão volumétrica, perfil das tensões e expressão para o fator de atrito. Os resultados para o duto anular circular concêntrico e excêntrico são corretamente reproduzidos quando a seção anular elíptica tende para a razão de aspecto unitária. / During the oil well drilling operations, the oscillations and the advancement of the drill makes the well takes an oval shape. This work presents an analytical and numerical study of the viscoplastic fluid flow of a Herschel-Bulkley fluid, through three types of elliptical cross sections ducts: elliptical, concentric and eccentric elliptical annulus. The objective is to analyze the effects of the pipe geometrical parameters, the kinematics of the flow and the fluid rheology over the pressure drop. The mathematical model was based on the mass and momentum balance equations and a constitutive equation expressing the stress tensor of the fluid. The analytical solutions employed were an analytical transformation of coordinates and other one based on in the slot flow model and the fluid flow was modeled as parallel plates in narrow annuli. For the numerical solution of the balance equations the finite volume method was used. The numerical simulations were carried out with PHOENICS-CFD. For validation of the results, comparisons with numerical and analytical results available in literature were done. Relevant engineering parameters were obtained, like velocity profiles, volumetric flow rate, shear stress profiles and an expression for the friction factor. The results for the concentric and eccentric circular annulus are adequately reproduced when the elliptical cross section tends towards unitary aspect ratio.