[pt] O deslocamento de um líquido por outro em espaços anulares é comumente
encontrado na indústria do petróleo, e a maioria deles envolve materiais
não newtonianos. O espaço anular muitas vezes apresenta irregularidades
causadas pela erosão, onde quantidades consideráveis de fluido de perfuração
podem ser deixadas para trás durante o processo de deslocamento,
comprometendo a qualidade da operação de cimentação. Motivados por
esse processo industrial, testes de deslocamento entre líquidos a vazão
constante foram realizados em espaços anulares cuja parede externa possui,
em uma determinada posição axial, um aumento repentino de diâmetro
seguido de uma diminuição repentina de diâmetro mais a jusante. O objetivo
dos experimentos era determinar a eficiência do deslocamento em função
da vazão, reologia dos fluidos e geometria da cavidade. Os resultados
revelaram forte influência desses parâmetros na eficiência de deslocamento.
Ao mesmo tempo, um estudo numérico foi desenvolvido. Simulações
numéricas das equações de Navier-Stokes em geometria axissimétrica para
fluidos incompressíveis foram acopladas ao método Level-Set para captura
da interface. Fluidos com viscosidade constante e o modelo newtoniano
generalizado com função viscosidade de Carreau-Yasuda foram utilizados.
Isso permitiu simular deslocamentos entre dois fluidos newtonianos e entre
um fluido newtoniano e outro não-newtoniano. Este foi utilizado tanto como
fluido deslocador quanto como deslocado. Foram realizadas simulações para
várias razões de diâmetros, viscosidades, tempos de relaxação, e números de
capilaridade e de Reynolds. Identificamos quando a aproximação do espaço
anular por duas placas paralelas pode ser aplicada e calculamos como a
forma da interface depende dos parâmetros investigados. / [en] The displacement of a fluid caused by another one, inside annular
spaces, is commonly found in the oil industry and most of these
rearrangements involve non-Newtonian materials. The annular space often
shows irregularities caused by erosion, in which considerable amounts
of drilling fluid can be left behind during the displacement process,
compromising the cementing operation efficiency. Motivated by that
industrial process, fluid-fluid displacement tests at constant flow rate were
performed in annular spaces in which their exterior walls displayed -
in a determined axial position - an abrupt expansion followed by an
abrupt contraction. The purpose of the tests were to determine the
displacement efficiency as a function of flow rate, rheological properties
and geometric cavity. The results revealed a strong influence of these
parameters on the displacement efficiency. At the same time, a numerical
research was developed. Numerical simulations of the Navier-Stokes
equations in axisymmetric geometry for incompressible fluids were coupled
to the Level-Set method to capture the interface. Fluids with constant
viscosity and the generalized Newtonian model with viscosity function of
Carreau-Yasuda were used. That allowed to simulate displacements between
two Newtonian fluids and a Newtonian and a non-Newtonian fluid. This was
used both as a displacer and as a displaced fluid. Simulations were performed for several diameters and viscosities ratios, relaxatation time, capilar and Reynolds numbers. We identified when the approximation of the annular space by two parallel plates can be applied and calculated how the shape
of the interface depends on the investigated parameters.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:56290 |
| Date | 30 November 2021 |
| Creators | PEDRO JOSE TOBAR ESPINOZA |
| Contributors | RAFAEL MENEZES DE OLIVEIRA, RAFAEL MENEZES DE OLIVEIRA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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