[pt] Dentre os custos considerados na explotação de um campo de
petróleo, os
de perfuração constituem uma parcela significativa do
total. Dentro deste
cenário, devemos estar atentos à remoção dos cascalhos
gerados pela
perfuração, também referido como limpeza de poços. Esta
operação é, ainda
hoje, um tema crítico na perfuração de poços de alta
inclinação, pois os
cascalhos que se depositam devido à ação da gravidade,
formam um leito no
interior do espaço anular formado entre a coluna de
perfuração e o revestimento.
Quando este leito ocupa grande parte do espaço anular, ele
é responsável por
diversos problemas na perfuração, como por exemplo,
desgaste prematuro da
broca, baixas taxas de penetração, fraturamento da
formação, torques e arrastes
excessivos na coluna de perfuração, prisão da coluna de
perfuração, interrupção
da circulação de fluido, aumento da pressão no anular,
etc. Se esta situação não
for tratada adequadamente, o problema pode provocar a
perda do poço. A tese
propõe uma modelagem para o escoamento multifásico na
perfuração de poços
de petróleo, capaz de avaliar a formação do leito de
cascalhos e prever
oscilações de pressões no anular decorrentes do
escoamento. O modelo
adotado é o de duas camadas, onde o espaço anular é
dividido em duas regiões:
leito e suspensão. O leito (Região 1) é formado pelos
cascalhos que se
sedimentam devido ao efeito gravitacional enquanto a
suspensão (Região 2) é a
porção do anular acima do leito depositado, formada pelo
fluido de perfuração e
os cascalhos transportados. As equações que constituem o
modelo
implementado são dadas pelas equações de conservação de
massa para os
sólidos e para o líquido e as equações de conservação de
quantidade de
movimento para o leito e para a suspensão. O método dos
volumes finitos foi
utilizado para a discretização das equações diferenciais
juntamente com o
método de Newton para a solução do sistema não-linear de
equações. A
solução é dada através das seguintes variáveis: altura do
leito, velocidade dos
sólidos no leito e na suspensão, velocidade do fluido no
leito e na suspensão, pressão no anular e concentração de
sólidos no anular. Exemplos de aplicação
da metodologia são apresentados e mostram o comportamento
das variáveis
envolvidas ao longo do tempo. Os exemplos mostram a
eficácia da metodologia
para simular operações de perfuração, em especial, a
limpeza de poço. / [en] Among the costs considered on an oil field exploration,
the drilling process
related ones constitute a significant share. Consequently,
the focus on the
removal of cuttings generated by the drilling process, or
the hole cleaning
operation, is essential. This operation remains a critical
issue in the drilling of
high inclination-wells, since the cuttings tend to deposit
themselves due to
gravity´s action, forming a bed in the annular space
formed between the drill
string and the casing. When this bed takes a sizable
fraction of the annular
space, it becomes responsible for many problems that
appear on the drilling
stage, such as premature bit´s exhaustion, low rates of
penetration, formation
fracture, excessive torque and drag on the drillstring,
stuck pipe, fluid flow
interruption, etc. If this situation is not treated
properly, it may cause the loss of
the well. This present thesis proposes a model for
multiphase flow in the
wellbore drilling, capable of evaluating the formation of
the cuttings´ bed and to
predict oscillations of pressures in annulus due to the
flow. A two-layer model is
adopted, where the annular space is divided in two
regions: bed and suspension.
The bed (Region 1) is formed by the cuttings, which were
deposited due to the
action of gravitational force, while the suspension
(Region 2) is the portion of the
annular above the deposited bed, formed by the drilling
fluid and cuttings. The
constitutive equations of the aforementioned model are
given by the equations of
mass conservation for solids and liquids and the momentum
conservation
equations for the bed and the suspension. The finite
volumes method was used
to turn the differentials equations into discrete ones,
while the Newton´s method
was applied for the solution of the nonlinear system of
equations. The solution is
given through the following variables: bed height, solid
velocity and fluid velocity
both in bed and suspension, annular pressure and solid
concentration in the
annular. Examples of application of the methodology are
presented, showing the
behavior of the involved variables through time. The
examples show the efficacy
of the methodology to simulate drilling operations, in
special hole cleaning ones.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:8883 |
| Date | 22 August 2006 |
| Creators | SUZANA SANTOS COSTA |
| Contributors | SERGIO AUGUSTO BARRETO DA FONTOURA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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