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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UTFPR:oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/350 |
| Date | 06 April 2011 |
| Creators | Alegria, Luis Miguel Casanova |
| Contributors | Franco, Admilson Teixeira, Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo |
| Publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UTFPR, instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instacron:UTFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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