[pt] Umas das etapas mais complexas e críticas durante a construção de poços
de petróleo é o processo de cimentação primária, definido como: O processo de
instalação de cimento no anular entre o revestimento e a formação exposta ao
poço [1]. Ela fornece isolamento zonal permanente para evitar contaminação
ou migração de fluidos indesejáveis no anular, protege o revestimento da
ocorrência de corrosão e fornece estabilidade hidráulica e mecânica para o
revestimento ao longo da vida produtiva do poço de petróleo. Neste processo,
ainda na etapa de perfuração, irregularidades na seção transversal (washouts)
podem ser geradas como resultado de diversos colapsos parciais da seção do
poço aberto em decorrência da presença de rochas pouco consolidadas da
formação. Uma operação de cimentação primária bem sucedida dependerá
se o sistema de fluidos espaçadores e a pasta de cimento deslocam de forma
adequada e completa o fluido de perfuração do anular e washouts.
Motivados por esse problema industrial, a presente dissertação usa um
simulador numérico DNS (Direct Numerical Simulation) com o objetivo de
analisar sistematicamente o comportamento hidrodinâmico e calcular a eficiência do deslocamento entre dois fluidos newtonianos miscíveis através de
um anular contendo uma expansão seguida de uma contração abrupta. Investigamos como diferentes viscosidades e densidades dos fluidos, um injetado e
outro deslocado, a miscibilidade entre eles, a taxa de injeção e a dimensão do
washout retangular afetam o escoamento bifásico. Consideramos uma geometria axissimétrica durante processos de deslocamentos verticais, e as equações
governantes são resolvidas em coordenadas cilíndricas, permitindo investigar
diferentes aberturas anulares. Devido à miscibilidade entre os fluidos, nossos
resultados preveem eficiências de deslocamento altíssimas, próximas a 100
Fluidos não-newtonianos são usualmente utilizados durante o processo
industrial de cimentação primária de poços de petróleo. Contudo, as altas eficiências de deslocamentos encontradas em nossos resultados motivam estudos
futuros sobre a influência da miscibilidade em deslocamentos de fluidos complexos. Estes resultados também motivam o uso de fluidos espaçadores para
tentar controlar as propriedades de interface. Desta forma, é possível que a utilização de sistemas que se aproximem das condições reológicas e hidrodinâmicas de deslocamento entre fluidos newtonianos miscíveis poderá contribuir para
um aumento da eficiência de deslocamento e, consequentemente, otimizar o
processo de deslocamento de sistemas de fluidos, tendo em vista melhorias na
integridade da cimentação de poços de petróleo. / [en] One of the most complex and critical stages during the construction ofoil wells is the primary cementing process, defined as the process of installingcement in the annulus between the casing and the exposed formation to thewell [1]. Primary cementing provides permanent zonal isolation to preventcontamination or migration of unwanted fluids in the annulus, protects thecasing from corrosion, and provides hydraulic and mechanical stability forthe casing throughout the productive life of the oil well. In this process,during the drilling stage, irregularities in the cross-section (washouts) can begenerated because of various partial collapses of the open wellbore section dueto the presence of poorly consolidated rocks in the formation. A successfulprimary cementing operation will depend on whether the spacer fluid systemand cement slurry adequately and completely displace the drilling fluid fromthe annulus and washouts.Motivated by this industrial problem, the present dissertation uses aDirect Numerical Simulation (DNS) numerical simulator to systematically analyze the hydrodynamic behavior and calculate the displacement efficiency between two miscible newtonian fluids through an annulus containing an expansion followed by an abrupt contraction. We investigate how different viscositiesand densities of the injected and displaced fluids, their miscibility, injectionrate, and the dimension of the rectangular washout affect the two-phase flow.We consider an axisymmetric geometry during vertical displacement processes,and the governing equations are solved in cylindrical coordinates, allowing theinvestigation of different annular clearances. Due to the miscibility betweenthe fluids, our results predict very high displacement efficiencies, close to 100Non-newtonian fluids are commonly used during the industrial processof primary cementing of oil wells. However, the high displacement efficienciesfound in our results motivate further studies on the influence of miscibilityin displacements of complex fluids. These results also encourage the use ofspacer fluids attempting to control the interfacial properties. Therefore, the useof systems that approximate the rheological and hydrodynamic conditions ofdisplacement between miscible newtonian fluids may contribute to an increasein displacement efficiency and, consequently, optimize the displacement processof fluid systems, aiming at improvements in the integrity of well cementing.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:63905 |
| Date | 05 September 2023 |
| Creators | FREDERICO RESENDE DE CARVALHO |
| Contributors | RAFAEL MENEZES DE OLIVEIRA, RAFAEL MENEZES DE OLIVEIRA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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