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[en] FLOW OF NON-NEWTONIAN FLUID IN ANNULAR SPACE WITH VARYING ECCENTRICITY / [pt] ESCOAMENTO DE FLUIDO NÃO NEWTONIANO EM ESPAÇO ANULAR COM EXCENTRICIDADE VARIÁVELBERNARDO BASTOS ALEXANDRE 19 March 2010 (has links)
[pt] Na perfuração de poços é necessária a utilização de um fluido de perfuração
que apresenta diversas funções. Esse fluido retorna para superfície pelo anular
formado entre a coluna de perfuração e o poço, sendo fundamental a correta
previsão desse escoamento. Uma análise dessa situação é extremamente
complexa, uma vez que o fluido tem comportamento não Newtoniano, a coluna de
perfuração apresenta rotação e é excêntrica, sendo que a excentricidade pode não
ser constante ao longo do poço. Os trabalhos disponíveis na literatura estudam os
efeitos da rotação e do comportamento do fluido, mas consideram a
excentricidade constante. No presente trabalho as equações de conservação de
quantidade de movimento e massa que governam o escoamento serão
simplificadas utilizando a teoria da lubrificação, resultando em um problema com
solução mais simples e baixo custo computacional. Modelos similares desprezam
o efeito de curvatura, sendo válidos somente para razões de raio próximas da
unidade. A formulação desenvolvida considera todos os termos, dando origem a
uma teoria de lubrificação em coordenadas cilíndricas. A simplificação resulta em
uma equação diferencial para o campo de pressão. O comportamento do fluido
será avaliado através do método da Viscosidade Newtoniana Equivalente. A partir
da solução é possível avaliar o perfil de velocidade que varia ao longo da
coordenada axial. Os resultados foram validados a partir de soluções disponíveis
na literatura (excentricidade constante). Além disso, os efeitos da variação da
excentricidade no fator de atrito foram estudados e a existência de escoamento
azimutal mesmo sem rotação da coluna foi observada. / [en] In drilling operation of wells it is necessary to use a drilling fluid that has
many functions. Flow in the annular space between the drill pipe and the well
occurs during the return to the surface. The correction prediction of this flow is
important and the complete study is very complex: the fluid has non-Newtonian
behavior, the drill pipe is rotating and a varying eccentricity of the drill pipe is
possible. Previous analyses in the literature study effects of the rotation and the
rheological behavior of the fluid, but consider a constant eccentricity along the
axial coordinate. In this work, the equations of momentum and mass conservation
that govern the flow is simplified by the lubrication approximation and a twodimensional
problem that has simple solution and lower computational cost is
obtained. Similar models available neglect the curvature and are only accurate for
radius ratio close to one. The formulation developed in this work considers all
terms, leading to a lubrication approximation in cylindrical coordinates. The
consequence of this approximation is a differential equation for the pressure field.
The rheological behavior of the fluid will be evaluated using the method of
Equivalent Newtonian Viscosity. With pressure field is possible to determinate
the velocity that varies along axial coordinate. The accuracy of the model was
analyzed using solutions available in literature (constant eccentricity case). The
results show the effects of the variation of the eccentricity on the friction factor
and the existence of azimuthal flow even without rotation of the drill pipe.
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[pt] DESLOCAMENTO DE LÍQUIDOS EM ESPAÇOS ANULARES / [en] DISPLACEMENT OF LIQUIDS IN ANNULAR SPACESJANE CELNIK 02 March 2009 (has links)
[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.
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Sequenciamento e análise da variabilidade genética de vírus transmitidos por ácaros do gênero Brevipalpus no Brasil / Sequencing and analysis of the genetic variability of viruses transmitted by Brevipalpus mites in BrazilJesus, Camila Chabí de 20 January 2016 (has links)
Acredita-se que o Brasil é o centro de diversidade de vírus transmitidos por ácaros do gênero Brevipalpus (VTB). Alguns desses VTB infectam culturas fundamentais para o agronegócio brasileiro como citros e café, além de maracujá e de várias plantas ornamentais. Na última década os genomas de dois deles, Citrus leprosis virus C (CiLV-C) e Coffee ringspot virus (CoRSV) foram sequenciados, mas ainda é escasso o conhecimento sobre a diversidade genética e processos evolutivos envolvidos na população dessas espécies. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi caracterizar molecularmente novas estirpes de CiLV-C e CoRSV que infectam citros e café, respectivamente. E revelar as relações filogenéticas com espécies de VTB conhecidas, assim como avaliar a variabilidade genética da população de CiLVC no Brasil. Para o estudo de CiLV-C, 47 amostras de Citrus sinensis apresentando sintomas típicos da leprose dos citros foram coletadas em diferentes regiões do Brasil no período de 2011-2015. A presença de CiLV-C foi detectada por RT-PCR em todas as amostras coletadas e, posteriormente, foi realizado o sequenciamento de quatro regiões do genoma viral (p29, p15, RI e MP) de cada isolado. As sequências obtidas foram utilizadas no estudo de filogenia e variabilidade da população de CiLV-C no Brasil. Foi demonstrado que a população de CiLV-C apresenta uma variabilidade relativamente baixa; entretanto, foi identificada a existência de duas linhagens dentro da espécie, nomeadas Cor e SJRP. Os genomas completos de CiLV-C SJRP e também do dicorhavirus tentativo CoRSV identificado em Limeira, SP, foram obtidos mediante o sequenciamento de RNA de pequeno tamanho (siRNA). Cada sequência foi validada mediante o sequenciamento de fragmentos gerados por RT-PCR ao longo do genoma. CiLV-C SJRP apresenta cerca de 85% de identidade de nucleotídeo com o membro-tipo do gênero Cilevirus e exibe evidências de recombinação com isolados da linhagem Cor, a prevalente no território brasileiro. Globalmente, o genoma de CoRSV Limeira apresenta mais de 90% de identidade de nucleotídeo com isolado CoRSV Lavras, o que indica que ambos os isolados são membros da mesma espécie tentativa de dichorhavirus. / South America is most likely the center of diversity of Brevipalpus transmitted viruses (BTV). Some of these BTV infect major crops of the Brazilian agribusiness such as citrus and coffee. Passion fruit and several other ornamental plants are affected as well. The genome of two of these viruses, Citrus leprosis virus C (CiLV-C) and Coffee ringspot virus (CoRSV) were sequenced, but the knowledge about several molecular characteristics and processes involved in the evolution of their populations are still scarce. Thus, the objective of this study was to molecularly characterize new isolates of BTV infecting citrus and coffee, reveal the phylogenetic relationships with known species of BTV, and assess the genetic variability of the population of CiLV-C in Brazil. For CiLV-C studies, 47 samples of Citrus sinensis showing typical symptoms of leprosis were collected in different Brazilian regions during 2011-2015. The presence of CiLV-C was detected by RT-PCR in all the collected samples and four regions of the viral genome (p29, p15, IR and MP) of each isample were sequenced. It has been shown that the CiLV-C population has relatively low variability; although the existence of two lineages named Cor and SJRP were identified in this work. The complete genomes of one isolate of the lineage SJRP (CiLV-C SJRP) and that of the tentative dicorhavirus CoRSV found in Limeira, SP, were obtained by small RNA (siRNA) Sequencing. Validation was performed by sequencing fragments generated by RT-PCR using specific primers throughout the genome. CiLV-C SJRP has about 85% nucleotide identity with the genome of the type-member of the Cilevirus genus and shows evidence of recombination with isolates of the lineage Cor, which are prevalent in Brazil. CoRSV isolate Limeira has more than 90% of nucleotide identity with CoRSV Lavras, indicating that both isolates are members of the same tentative species of dichorhavirus.
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Estudo experimental de escoamento multifásico em duto anular de grande diâmetro / Experimental study of multiphase flow in large annular ductColmanetti, Alex Roger Almeida 29 September 2016 (has links)
Escoamentos gás-líquido assim como escoamento líquido-líquido-gás em duto de geometria anular estão presentes em muitas aplicações industriais, por exemplo, em poços de petróleo direcionais. No entanto, até mesmo características globais de escoamento gás-líquido nessa geometria, como os padrões de escoamento ou gradiente de pressão, não são ainda totalmente compreendidas. E ainda, informações são escassas quando se refere a escoamento trifásico nessa geometria, cuja aplicação está relacionada ao fenômeno de inversão de fase, que é de extrema importância não apenas para ao setor petrolífero, como para a indústria alimentícia. O presente estudo experimental tem como objetivo avaliar o escoamento líquido-gás, apresentar dados inéditos de escoamento gás-líquido para três viscosidades de óleo, além de avaliar o fenômeno de inversão de fase em escoamento ascendente vertical em duto anular de grande diâmetro. Um aparato experimental inclinável com 10,5 m de comprimento foi projetado e construído para este trabalho. As dimensões radiais do duto anular estão em escala real, conforme se verifica em poços de petróleo e gás. A investigação em escoamento gás-líquido foi conduzida utilizando água, óleo e ar comprimido como fluidos de trabalho em escoamento ascendente vertical em duas geometrias: (i) um tubo com diâmetro de 95 mm e (ii) um duto de configuração anular e concêntrico, com diâmetro hidráulico de valor igual ao diâmetro do tubo. A avaliação do fenômeno de inversão de fase em escoamento trifásico foi conduzida em condições equivalentes em três geometrias: (i) tubo vertical menor com diâmetro de 50 mm, (ii) tubo com diâmetro de 95 mm e (iii) um duto anular concêntrico. Padrões de escoamento, queda de pressão e fração volumétrica de fase foram obtidos para ambos os escoamentos gás-líquido e líquido-líquido-gás. Os dados coletados nesse trabalho são de grande importância para o desenvolvimento de novas correlações de fechamento, que são essenciais para o projeto otimizado de poços de petróleo. Dados inéditos de escoamento bifásico óleo-gás são apresentados, bem como um estudo pioneiro em inversão de fase em escoamento trifásico com velocidade superficial de gás e viscosidade do óleo elevadas. / Two-phase flows as well as three-phase flow in annular geometry are present in many industrial applications, for example in oil directional wells. However, even global characteristics of gas-liquid flow in this geometry, such as flow patterns and pressure gradient are not fully understood. Moreover, information is scarce when it refers to three-phase flow in this geometry, which application is related to the phase inversion phenomenon, which is of extreme importance and not only for the oil industry. This experimental study aims to evaluate the liquid-gas flow, present new data from gas-liquid flow for three oil viscosities and evaluate the phase inversion phenomenon in vertical upward flow in large diameter annular duct. An experimental apparatus with 10.5 m length was designed and built for this work. The radial dimensions of the annular duct are similar to full scale, as observed in oil and gas wells. The investigation into gas-liquid flow was conducted using water, oil and compressed air as working fluids in an ascending vertical flow in two geometries: (i) a tube with 95 mm diameter and (ii) a concentric annular duct with hydraulic diameter equivalent to the tube internal diameter. The evaluation of the phase inversion phenomenon in three-phase flow was conducted under equivalent conditions for three geometries: (i) smaller vertical tube with 50 mm of internal diameter, (ii) tube with 95 mm of internal diameter and (iii) concentric annular duct with hydraulic diameter of 95 mm. Flow patterns, pressure drop and volumetric phase fraction were obtained for both gas-liquid and gas-liquid-liquid flows. The data collected in this study are of great importance for the development of new closing correlations, which are essential for the optimized design of oil wells. New two-phase flow data for three oil viscosities, not found in the literature, are presented as well as a pioneer study in three-phase-flow phase inversion with high oil viscosity and high superficial gas velocity.
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Sequenciamento e análise da variabilidade genética de vírus transmitidos por ácaros do gênero Brevipalpus no Brasil / Sequencing and analysis of the genetic variability of viruses transmitted by Brevipalpus mites in BrazilCamila Chabí de Jesus 20 January 2016 (has links)
Acredita-se que o Brasil é o centro de diversidade de vírus transmitidos por ácaros do gênero Brevipalpus (VTB). Alguns desses VTB infectam culturas fundamentais para o agronegócio brasileiro como citros e café, além de maracujá e de várias plantas ornamentais. Na última década os genomas de dois deles, Citrus leprosis virus C (CiLV-C) e Coffee ringspot virus (CoRSV) foram sequenciados, mas ainda é escasso o conhecimento sobre a diversidade genética e processos evolutivos envolvidos na população dessas espécies. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi caracterizar molecularmente novas estirpes de CiLV-C e CoRSV que infectam citros e café, respectivamente. E revelar as relações filogenéticas com espécies de VTB conhecidas, assim como avaliar a variabilidade genética da população de CiLVC no Brasil. Para o estudo de CiLV-C, 47 amostras de Citrus sinensis apresentando sintomas típicos da leprose dos citros foram coletadas em diferentes regiões do Brasil no período de 2011-2015. A presença de CiLV-C foi detectada por RT-PCR em todas as amostras coletadas e, posteriormente, foi realizado o sequenciamento de quatro regiões do genoma viral (p29, p15, RI e MP) de cada isolado. As sequências obtidas foram utilizadas no estudo de filogenia e variabilidade da população de CiLV-C no Brasil. Foi demonstrado que a população de CiLV-C apresenta uma variabilidade relativamente baixa; entretanto, foi identificada a existência de duas linhagens dentro da espécie, nomeadas Cor e SJRP. Os genomas completos de CiLV-C SJRP e também do dicorhavirus tentativo CoRSV identificado em Limeira, SP, foram obtidos mediante o sequenciamento de RNA de pequeno tamanho (siRNA). Cada sequência foi validada mediante o sequenciamento de fragmentos gerados por RT-PCR ao longo do genoma. CiLV-C SJRP apresenta cerca de 85% de identidade de nucleotídeo com o membro-tipo do gênero Cilevirus e exibe evidências de recombinação com isolados da linhagem Cor, a prevalente no território brasileiro. Globalmente, o genoma de CoRSV Limeira apresenta mais de 90% de identidade de nucleotídeo com isolado CoRSV Lavras, o que indica que ambos os isolados são membros da mesma espécie tentativa de dichorhavirus. / South America is most likely the center of diversity of Brevipalpus transmitted viruses (BTV). Some of these BTV infect major crops of the Brazilian agribusiness such as citrus and coffee. Passion fruit and several other ornamental plants are affected as well. The genome of two of these viruses, Citrus leprosis virus C (CiLV-C) and Coffee ringspot virus (CoRSV) were sequenced, but the knowledge about several molecular characteristics and processes involved in the evolution of their populations are still scarce. Thus, the objective of this study was to molecularly characterize new isolates of BTV infecting citrus and coffee, reveal the phylogenetic relationships with known species of BTV, and assess the genetic variability of the population of CiLV-C in Brazil. For CiLV-C studies, 47 samples of Citrus sinensis showing typical symptoms of leprosis were collected in different Brazilian regions during 2011-2015. The presence of CiLV-C was detected by RT-PCR in all the collected samples and four regions of the viral genome (p29, p15, IR and MP) of each isample were sequenced. It has been shown that the CiLV-C population has relatively low variability; although the existence of two lineages named Cor and SJRP were identified in this work. The complete genomes of one isolate of the lineage SJRP (CiLV-C SJRP) and that of the tentative dicorhavirus CoRSV found in Limeira, SP, were obtained by small RNA (siRNA) Sequencing. Validation was performed by sequencing fragments generated by RT-PCR using specific primers throughout the genome. CiLV-C SJRP has about 85% nucleotide identity with the genome of the type-member of the Cilevirus genus and shows evidence of recombination with isolates of the lineage Cor, which are prevalent in Brazil. CoRSV isolate Limeira has more than 90% of nucleotide identity with CoRSV Lavras, indicating that both isolates are members of the same tentative species of dichorhavirus.
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[en] ANNULAR PRESSURE BUILD-UP IN OIL WELLS / [pt] AUMENTO DE PRESSÃO DE FLUIDO CONFINADO NO ANULAR DE POÇOS DE PETRÓLEOELISA LAGE MODESTO ALCOFRA 07 November 2018 (has links)
[pt] O projeto de dimensionamento dos revestimentos na indústria de óleo e gás deve garantir a integridade do poço ao longo de todo o seu ciclo de vida, que pode ser de várias décadas. Um carregamento importante a ser considerado surge em consequência da produção, que movimenta os fluidos desde o reservatório até a superfície, aquecendo as partes mais rasas do poço. Este processo de aquecimento expande os fluidos de perfuração e completação que foram confinados nos anulares durante o processo de construção do poço. Esta mudança de volume do fluido é contida pela rigidez dos elementos que o mantém confinado e essa resistência à livre expansão do fluido provoca um aumento de pressão. Em alguns casos, a pressão pode tornar-se tão grande que pode levar o revestimento a colapsar, levando ao abandono de poços e a grandes perdas. Este fenômeno de aumento da pressão é conhecido na indústria do petróleo como anular pressure build-up (APB). O presente trabalho apresenta um modelo térmico para determinar o perfil de temperatura e pressão do fluido monofásico escoando em regime permanente na coluna de produção e a distribuição de temperatura ao longo de todos os elementos do poço. Como os revestimentos não são perfeitamente rígidos, um aumento de temperatura e pressão no poço acarreta na variação do volume do anular, os quais são avaliados de forma acoplada, pois a variação de volume de um anular influencia no outro, assim como os deslocamentos dos revestimentos. O estudo compara os resultados obtidos com um aplicativo comercial, apresentando boa concordância. Além disso, uma análise de sensibilidade é realizada para fornecer uma melhor compreensão do fenômeno. / [en] Casing design projects must ensure well integrity throughout its life, which can be as long as several decades. An important load to be considered appears as a consequence of production. During production, the annuli became heated from the transfer of bottom hole temperature up the well by the produced fluids. With heat-up, the fluids trapped in the annulus began to thermally expand. The expansion induces a volume enlargement, which is restrained by the stiffness of the well structure. This resistance to fluid free expansion keep the fluid confined and can produce a substantial pressure increase. In some cases, pressure may become so great that it can collapse casing, leading to well abandonment and large losses. This pressure increase phenomenon is well-known in the oil industry as annular pressure build-up (APB). In the present study, a monophasic state-state thermal model was developed to determine the oil temperature profile in the tubing and the temperature profile in all structures of the well. As casings are not perfectly rigid, temperature and pressure increase in the well results in annular volume change. Because the well consists of a sequence of casing strings that define the well annuli, the modeling of casing strains should be based on a systematic approach that considers the interaction among the various strings. The study compares results to those obtained with a commercial computer application, presenting good agreement. Further, a sensitivity analysis is performed to provide a better understanding of the phenomenon.
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Estudo num?rico de escoamento turbulento em padr?o anular g?s-l?quido em dutos verticaisLubnicki, Federico Fernandez 17 February 2011 (has links)
Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1
FedericoMFL_DISSERT.pdf: 2137838 bytes, checksum: c8b9de2a502cfe7f76f5a2829ec91615 (MD5)
Previous issue date: 2011-02-17 / Multiphase flows in ducts can adopt several morphologies depending on the mass fluxes and the fluids properties. Annular flow is one of the most frequently encountered flow patterns in industrial applications. For gas liquid systems, it consists of a liquid film flowing adjacent to the wall and a gas core flowing in the center of the duct. This work presents a numerical study of this flow pattern in gas liquid systems in vertical ducts. For this, a solution algorithm was developed and implemented in FORTRAN 90 to numerically solve the governing transport equations. The mass and momentum conservation equations are solved simultaneously from the wall to the center of the duct, using the Finite Volumes Technique. Momentum conservation in the gas liquid interface is enforced using an equivalent effective viscosity, which also allows for the solution of both velocity fields in a single system of equations. In this way, the velocity distributions across the gas core and the liquid film are obtained iteratively, together with the global pressure gradient and the liquid film thickness. Convergence criteria are based upon satisfaction of mass balance within the liquid film and the gas core. For system closure, two different approaches are presented for the calculation of the radial turbulent viscosity distribution within the liquid film and the gas core. The first one combines a k- Ɛ one-equation model and a low Reynolds k-Ɛ model. The second one uses a low Reynolds k- Ɛ model to compute the eddy viscosity profile from the center of the duct right to the wall. Appropriate interfacial values for k e Ɛ are proposed, based on concepts and ideas previously used, with success, in stratified gas liquid flow. The proposed approaches are compared with an algebraic model found in the literature, specifically devised for annular gas liquid flow, using available experimental results. This also serves as a validation of the solution algorithm / Em escoamentos de mais de uma fase em dutos, estas podem adquirir diferentes morfologias, dependendo das vaz?es e das propriedades dos fluidos escoando. Dentre estes padr?es de escoamento, um dos mais comumente encontrados em aplica??es industriais ? o padr?o anular. Para sistemas de g?s l?quido este padr?o consiste em um filme de l?quido escoando pelas paredes e um n?cleo de g?s com gotas de l?quido escoando na regi?o central. Neste trabalho se apresenta um estudo num?rico deste padr?o de escoamento em dutos verticais, especificamente em sistemas g?s l?quido. Para tanto, foi desenvolvido e implementado em linguagem FORTRAN 90 um algoritmo de solu??o para a resolu??o num?rica do sistema de equa??es de transporte que governam o fen?meno. As equa??es de conserva??o da massa e quantidade de movimento s?o resolvidas de forma simult?nea desde o centro ? parede do duto, atrav?s do M?todo dos Volumes Finitos. Na interface g?s l?quido a conserva??o do fluxo de quantidade de movimento ? garantida atrav?s da utiliza??o de uma difusividade equivalente, o que tamb?m possibilita a solu??o do campo de velocidades atrav?s de um ?nico sistema de equa??es. Desta forma, os perfis de velocidades no n?cleo de g?s e no filme l?quido s?o obtidos iterativamente, juntamente com o gradiente de press?o global e a espessura m?dia do filme l?quido, utilizando a condi??o de que os balan?os globais de massa no n?cleo de g?s e no filme l?quido sejam satisfeitos. Para o fechamento do sistema s?o apresentadas duas propostas para o c?lculo da distribui??o radial da viscosidade turbulenta, tanto no n?cleo de g?s quanto dentro do filme. Uma proposta combina um modelo k-L a uma equa??o e um modelo k-Ɛ de baixos Reynolds. A segunda utiliza somente um modelo k-Ɛ de baixos Reynolds para calcular a viscosidade turbulenta desde o centro ? parede. Prop?em-se valores de k e Ɛ na interface adequados para escoamento g?s l?quido em padr?o anular, baseando-se em conceitos utilizados em estudos de escoamento g?s l?quido estratificado. Os modelos propostos s?o validados e comparados com um modelo alg?brico encontrado na literatura, especificamente desenvolvido para escoamento anular g?s l?quido, utilizando dados experimentais dispon?veis. Isto serve ao mesmo tempo como valida??o do algoritmo de solu??o
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Estudo Experimental e de Simulação por CFD de Escoamentos em Seções AnularesVieira Neto, José Luiz 31 May 2011 (has links)
The increasing activity of oil and gas extraction in deep water has stimulated several
studies to solve problems encountered in drilling wells. During the drilling operation, a fluid
(drilling mud) is pumped through the column to the bottom, carrying to the surface the drill
cuttings generated, through the annular space formed between the column and the borehole
wall. In this type of flow may appear a kind of hydrodynamic instability characterized by the
appearance of toroidal vortices. This type of instability (Taylor-Couette) may profoundly alter
the pressure drop of the flow, the shear stress at the borehole wall and the ability of carrying
the solids. Moreover, during the process of drilling a well it is necessary promotes the well
cementing and coating to provide a mechanical support, as well as, to isolate it from different
rock formations traversed. For this step to be successful, the drilling mud must be completely
removed from the annular space, and this removal may be impaired in wells which have
varying eccentricity along the tube. Due to high costs of correction transactions and loss of
drilling time, it is crucial to predict the mud flow around the annular. The effects of this
variation of the eccentricity have not been much discussed in the literature, and they may have
great influence on the displacement of the mud in the annular space. As an initial phase of
work, numerical simulations were performed to study the flow and the emergence of Taylor-
Couette instabilities in a concentric annular section, in order to compare them with literature
data. Numerical simulations were developed in annular periodic sections, concentric and
eccentric (E = 0.5) in order to obtain average profiles of axial and tangential velocities using
different turbulence models, aiming at a comparison of simulated results with experimental
data from literature. Later, it was made an experimental study and simulation to assess the
effect of internal axis rotation on the pressure drop in the flow of non-Newtonian fluids
(aqueous solutions of xanthan gum and carboxymethyl cellulose with 0.2% by weight) in a
section annular concentric and the other with fixed eccentricity (E = 0.75). Finally, it was
elaborated an experimental design (3k) with four variables, such as, xanthan gum
concentration (0.05%, 0.10% and 0.15% by weight), eccentricity (0.0, 0.23 and 0.46), fluid
flow rate (5, 7 and 9 m3/h) and internal rotation axis (0, 100 and 200 rpm). Following this
planning, experimental data of pressure drop were collected, as well as, numerical simulations
(CFD) in periodic annular sections to get results of axial velocity, in order to evaluate the
effect of variable eccentric rotation on the fluid dynamics of non-Newtonian flows in annular
spaces. / A crescente atividade de extração de petróleo e gás em águas cada vez mais profundas
tem impulsionando diversos estudos para solucionar problemas encontrados na perfuração de
poços. Durante a operação de perfuração, um fluido (lama de perfuração) é bombeado através
da coluna até o fundo do poço, retornando à superfície carreando os cascalhos gerados pela
broca, passando pelo espaço anular formado entre a coluna e a parede do poço. Neste tipo de
escoamento pode ocorrer um tipo de instabilidade hidrodinâmica caracterizada pelo
aparecimento de vórtices toroidais. Este tipo de instabilidade (Taylor-Couette), pode alterar
profundamente a perda de carga do escoamento, a tensão cisalhante na parede do poço e a
capacidade de carreamento de cascalho. Além disto, durante o processo de perfuração de um
poço é necessário promover o revestimento e a cimentação do poço para fornecer a sua
sustentação mecânica, bem como, para isolá-lo das diferentes formações rochosas
atravessadas. Para esta etapa ser bem sucedida, a lama de perfuração deve ser completamente
removida do anular, sendo que, esta remoção pode ser prejudicada em poços que apresentem
excentricidade variando ao longo do tubo. Devido aos altos custos das operações de correção
e a perda de tempo de perfuração, é fundamental prever este deslocamento da lama ao redor
do anular. Os efeitos desta variação da excentricidade ainda não foram muito abordados na
literatura e podem apresentar grande influência no deslocamento da lama no espaço anular.
Como etapa inicial do trabalho, foram realizadas simulações numéricas para estudar o
escoamento com surgimento de instabilidades do tipo Taylor-Couette em uma seção anular
concêntrica, com intuito de compará-las com trabalhos da literatura. Depois foram
desenvolvidas simulações numéricas em seções anulares periódicas, concêntrica e excêntrica
(E = 0,5), a fim de obter perfis médios de velocidades axial e tangencial usando diferentes
modelos de turbulência, visando uma comparação dos resultados simulados com os dados
experimentais da literatura. Posteriormente, foi feito um estudo experimental e de simulação
para avaliar o efeito da rotação do eixo interno sobre a queda de pressão no escoamento de
fluidos não-Newtonianos (soluções aquosas de Goma Xantana e de Carboximetilcelulose a
0,2% em peso) numa seção anular concêntrica e outra com excentricidade fixa (E = 0,75).
Finalmente, elaborou-se um planejamento fatorial de experimentos do tipo 3k com quatro
variáveis, tais como, concentração de Goma Xantana (0,05%, 0,10% e 0,15%), excentricidade
(0,0; 0,23 e 0,46), vazão volumétrica (5, 7 e 9 m3/h) e rotação do eixo interno (0, 100 e 200
rpm). Seguindo este planejamento foram levantados dados experimentais de queda de pressão,
bem como, simulações numéricas (CFD) em seções periódicas para obtenção de resultados de
velocidade axial, com intuito de avaliar efeito do movimento de rotação excêntrica variável
sobre a dinâmica do escoamento de fluidos não-Newtonianos em espaços anulares. / Doutor em Engenharia Química
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Estudo experimental de escoamento multifásico em duto anular de grande diâmetro / Experimental study of multiphase flow in large annular ductAlex Roger Almeida Colmanetti 29 September 2016 (has links)
Escoamentos gás-líquido assim como escoamento líquido-líquido-gás em duto de geometria anular estão presentes em muitas aplicações industriais, por exemplo, em poços de petróleo direcionais. No entanto, até mesmo características globais de escoamento gás-líquido nessa geometria, como os padrões de escoamento ou gradiente de pressão, não são ainda totalmente compreendidas. E ainda, informações são escassas quando se refere a escoamento trifásico nessa geometria, cuja aplicação está relacionada ao fenômeno de inversão de fase, que é de extrema importância não apenas para ao setor petrolífero, como para a indústria alimentícia. O presente estudo experimental tem como objetivo avaliar o escoamento líquido-gás, apresentar dados inéditos de escoamento gás-líquido para três viscosidades de óleo, além de avaliar o fenômeno de inversão de fase em escoamento ascendente vertical em duto anular de grande diâmetro. Um aparato experimental inclinável com 10,5 m de comprimento foi projetado e construído para este trabalho. As dimensões radiais do duto anular estão em escala real, conforme se verifica em poços de petróleo e gás. A investigação em escoamento gás-líquido foi conduzida utilizando água, óleo e ar comprimido como fluidos de trabalho em escoamento ascendente vertical em duas geometrias: (i) um tubo com diâmetro de 95 mm e (ii) um duto de configuração anular e concêntrico, com diâmetro hidráulico de valor igual ao diâmetro do tubo. A avaliação do fenômeno de inversão de fase em escoamento trifásico foi conduzida em condições equivalentes em três geometrias: (i) tubo vertical menor com diâmetro de 50 mm, (ii) tubo com diâmetro de 95 mm e (iii) um duto anular concêntrico. Padrões de escoamento, queda de pressão e fração volumétrica de fase foram obtidos para ambos os escoamentos gás-líquido e líquido-líquido-gás. Os dados coletados nesse trabalho são de grande importância para o desenvolvimento de novas correlações de fechamento, que são essenciais para o projeto otimizado de poços de petróleo. Dados inéditos de escoamento bifásico óleo-gás são apresentados, bem como um estudo pioneiro em inversão de fase em escoamento trifásico com velocidade superficial de gás e viscosidade do óleo elevadas. / Two-phase flows as well as three-phase flow in annular geometry are present in many industrial applications, for example in oil directional wells. However, even global characteristics of gas-liquid flow in this geometry, such as flow patterns and pressure gradient are not fully understood. Moreover, information is scarce when it refers to three-phase flow in this geometry, which application is related to the phase inversion phenomenon, which is of extreme importance and not only for the oil industry. This experimental study aims to evaluate the liquid-gas flow, present new data from gas-liquid flow for three oil viscosities and evaluate the phase inversion phenomenon in vertical upward flow in large diameter annular duct. An experimental apparatus with 10.5 m length was designed and built for this work. The radial dimensions of the annular duct are similar to full scale, as observed in oil and gas wells. The investigation into gas-liquid flow was conducted using water, oil and compressed air as working fluids in an ascending vertical flow in two geometries: (i) a tube with 95 mm diameter and (ii) a concentric annular duct with hydraulic diameter equivalent to the tube internal diameter. The evaluation of the phase inversion phenomenon in three-phase flow was conducted under equivalent conditions for three geometries: (i) smaller vertical tube with 50 mm of internal diameter, (ii) tube with 95 mm of internal diameter and (iii) concentric annular duct with hydraulic diameter of 95 mm. Flow patterns, pressure drop and volumetric phase fraction were obtained for both gas-liquid and gas-liquid-liquid flows. The data collected in this study are of great importance for the development of new closing correlations, which are essential for the optimized design of oil wells. New two-phase flow data for three oil viscosities, not found in the literature, are presented as well as a pioneer study in three-phase-flow phase inversion with high oil viscosity and high superficial gas velocity.
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[pt] ESCOAMENTO SECUNDÁRIO EM UM ANULAR PARCIALMENTE OBSTRUÍDO COM ROTAÇÃO DO CILINDRO INTERNO / [en] SECONDARY FLOW IN PARTIALLY-OBSTRUCTED ANNULAR SPACE WITH INNER CYLINDER ROTATION25 April 2005 (has links)
[pt] O escoamento em um espaço anular parcialmente obstruído é
estudado
para uma geometria entre cilindros concêntricos. A
obstrução parcial é uma
primeira aproximação de um escoamento em um espaço anular
com um leito de
cascalhos sedimentado que ocorre no processo de perfuração
de poços para
produção de óleo e gás, particularmente no caso de poços
inclinados e
horizontais. A presença de uma placa de obstrução parcial
promove a assimetria
no escoamento de tal modo que interfere na formação do
regime de vórtices de
Taylor. O campo de velocidade para esses escoamentos foi
obtido via solução
numérica e experimental. Nas simulações numéricas, as
equações de
conservação de massa e quantidade de movimento linear foram
resolvidas para
um escoamento de fluido newtoniano e não newtoniano pela
técnica de volumes
finitos. Os resultados experimentais foram obtidos a partir
de campos
instantâneos e médios de velocidade em planos meridionais
do espaço anular
usando a técnica de velocimetria por imagens de partículas
(PIV). As medições
focalizaram a obtenção do número de Reynolds rotacional
crítico e a obtenção
do perfil de velocidade axial passando pelo olho do
vórtice. Os resultados
mostram que o número de Reynolds crítico é diretamente
afetado pelo grau de
obstrução do espaço anular, assim como a largura dos
vórtices de Taylor. O
resultado dos perfis de velocidade axial calculados
concorda bem com os
resultados obtidos experimentalmente. A transição para o
regime de vórtices de
Taylor também é bem prevista pelo método numérico. Os
resultados numéricos
para a largura dos vórtices de Taylor não apresentam boa
concordância,
dependendo das condições de contorno estipuladas. A
presença da placa de
obstrução parcial promove uma recirculação circunferencial
no escoamento que
interage com o escoamento de vórtices de Taylor formando um
escoamento
complexo a partir de níveis de obstrução moderados. / [en] The flow inside a horizontal annulus due to the inner
cylinder rotation is
studied. The bottom of the annular space is partially
blocked by a plate parallel to
the axis of rotation, thereby destroying the
circumferential symmetry of the
annular space geometry. This flow configuration is found in
the drilling process of
horizontal petroleum wells, where a bed of cuttings is
deposited at the bottom
part of the annulus. The velocity field for this flow was
obtained both numerically
and experimentally. In the numerical work, the equations
which govern the threedimensional,
laminar flow of Newtonian and non-Newtonian liquids were
solved
via a finite-volume technique. In the experimental
research, the instantaneous
and time-averaged flow fields over two-dimensional
meridional sections of the
annular space were measured employing the particle image
velocimetry (PIV)
technique, both for Newtonian and power-law liquids.
Attention was focused on
the determination of the onset of secondary flow in the
form of distorted Taylor
vortices. The results showed that the critical rotational
Reynolds number is
directly influenced by the degree of obstruction of the
flow. The influence of the
obstruction is more perceptible in Newtonian than non-
Newtonian liquids. The
larger is the obstruction, the larger is the critical
Taylor number. The height of the
obstruction also controls the width of the vortices. The
calculated steady state
axial velocity profiles agreed well with the corresponding
measurements.
Transition values of the rotational Reynolds number are
also well predicted by the
computations. However, the measured and predicted values
for the vortex size
do not agree as well. Transverse flow maps revealed a
complex interaction
between the Taylor vortices and the zones of recirculating
flow, for moderate to
high degrees of flow obstruction.
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