Análise paramétrica de escoamento particulado aplicado ao preenchimento de fraturas

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Barbosa, Marcos Vinicius
• Orientador(a): Junqueira, Silvio Luiz de Mello
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
• Palavras-chave em Português: Escoamento multifásico; Mecânica da fratura; Modelos matemáticos; Métodos de simulação; Engenharia mecânica; Multiphase flow; Fracture mechanics; Mathematical models; Simulation methods; Mechanical engineering
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1266

Dentre os diversos tipos de escoamentos multifásicos, o escoamento particulado desperta interesse devido à sua presença em diversos sistemas, como na indústria farmacêutica, química e de petróleo, entre outros. Na indústria petrolífera, especificamente, o escoamento particulado pode ser utilizado quando existe o fenômeno de invasão, caracterizado pela fuga de fluido do poço em direção à formação rochosa, associado à presença de fraturas. Partículas de granulometria selecionada são adicionadas ao fluido de perfuração para promover o preenchimento das fraturas e reestabelecer a circulação no poço. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é investigar o escoamento particulado aplicado ao preenchimento de uma fratura perfeitamente retangular e não permeável. A modelagem matemática do escoamento utiliza uma abordagem euleriana para a fase contínua (fluido) e lagrangiana para a fase discreta (partículas). Os modelos numéricos aplicados para a solução do problema consistem no Dense Discrete Phase Model (DDPM) para o cálculo do acoplamento entre as partículas e o fluido e do Discrete Element Method (DEM) para contabilizar as colisões entre partículas. A análise em questão mostra a influência do comprimento da fratura (hF R ), de parâmetros do escoamento (número de Reynolds - Re e viscosidade dinâmica do fluido - μβ ), das partículas (diâmetro da partícula - Dp e razão entre massa específica da partícula e fluido - ρp/β ) e do processo de injeção (número de partículas injetadas - Np,inj ) sobre a formação do leito de partículas. Tal influência é analisada através do comprimento (hpct ) e posicionamento (hpct ) do leito, além do preenchimento vertical da fratura (epct ). Um leito de partículas ótimo é capaz de reduzir a vazão de fuga (Qf uga ) até um patamar próximo de zero, se formar no menor tempo possível (test ), próximo à entrada da fratura, apresentando um comprimento mínimo e um preenchimento vertical máximo. Para obter um leito ótimo, a pressão na entrada do canal (pm,CH,i ) deve ser monitorada para garantir que a pressão de fratura, que é a pressão na qual existe a falha mecânica da formação, não seja ultrapassada pela pressão gerada pela injeção de partículas. A pressão de entrada é analisada através da adimensionalização em relação à pressão no fenômeno de invasão, antes da injeção de partículas e em relação ao gradiente de pressão gerado entre a saída do canal e a saída da fratura. Os resultados obtidos mostram que todos os parâmetros são capazes de alterar as características geométricas do leito, mostrando uma influência direta na vazão de fuga e no tempo de preenchimento.