Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente

Bibliographic Details
Main Author: Clarindo, João Gabriel
Publication Date: 2025
Format: Bachelor thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Download full: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38311
Summary: Industry and academia have been researching new ways to enhance techniques and strategies of oil extraction. Amidst technologies developed to optimize production is Intelligent Completion, in which Interval Control Valves (ICVs) are broadly used to control the oil production in multi-zone open-hole wells. Previous studies have shown that the temperature profile of the wellbore is useful in predicting flow composition as well as water and gas cuts. The flow distribution can then be regulated based on the monitored temperature behavior to achieve the required flow conditions. The present work aims to model and simulate heat transfer in ICVs assembled in an intelligent completion that produces from three different zones, presenting a steady-state analysis of the flow in terms of velocity and temperature profiles. Results for the temperature, velocity magnitude and pressure profiles are plotted based on Computational Fluid Dynamics simulations with the k-epsilon realizable model considering a fully turbulent and incompressible fluid with rheological and thermophysical properties sourced from existing literature models. The modeling assumes the flow as one-phase. The wellbore temperature profile is calculated using a steady-state model with temperature-dependent thermophysical fluid properties. Two production scenarios were compared. For the first scenario, the flow rate at the deepest zone represents 1/8 of the total production, the flow rate at the intermediate zone equals 3/8 of the total production and, at the zone closest to the surface, the flow rate is equal to ½ of the total flow rate. For the second scenario, the flow rate at each zone represents 1/3 of the total production of the well. In both scenarios the total flow rate is 40,000 barrels per day and the geothermal gradient is 4.782°C/100 m rate zone. Results showed that the distribution of the production between zones influences greatly the temperature profile of the well. Comparing measured temperature with the model predicted temperature might help detecting nonconformities on the production.
id UTFPR-12_2829b39b9a2b28356443d8855a4c1a46
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/38311
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligenteHeat transfer simulation of flow in smart completion valvesEscoamento multifásicoFluidodinâmica computacionalCalor - TransmissãoVálvulasMedidores de fluxoMultiphase flowComputational fluid dynamicsHeat - TransmissionValvesFlow metersCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTEIndustry and academia have been researching new ways to enhance techniques and strategies of oil extraction. Amidst technologies developed to optimize production is Intelligent Completion, in which Interval Control Valves (ICVs) are broadly used to control the oil production in multi-zone open-hole wells. Previous studies have shown that the temperature profile of the wellbore is useful in predicting flow composition as well as water and gas cuts. The flow distribution can then be regulated based on the monitored temperature behavior to achieve the required flow conditions. The present work aims to model and simulate heat transfer in ICVs assembled in an intelligent completion that produces from three different zones, presenting a steady-state analysis of the flow in terms of velocity and temperature profiles. Results for the temperature, velocity magnitude and pressure profiles are plotted based on Computational Fluid Dynamics simulations with the k-epsilon realizable model considering a fully turbulent and incompressible fluid with rheological and thermophysical properties sourced from existing literature models. The modeling assumes the flow as one-phase. The wellbore temperature profile is calculated using a steady-state model with temperature-dependent thermophysical fluid properties. Two production scenarios were compared. For the first scenario, the flow rate at the deepest zone represents 1/8 of the total production, the flow rate at the intermediate zone equals 3/8 of the total production and, at the zone closest to the surface, the flow rate is equal to ½ of the total flow rate. For the second scenario, the flow rate at each zone represents 1/3 of the total production of the well. In both scenarios the total flow rate is 40,000 barrels per day and the geothermal gradient is 4.782°C/100 m rate zone. Results showed that the distribution of the production between zones influences greatly the temperature profile of the well. Comparing measured temperature with the model predicted temperature might help detecting nonconformities on the production.Indústria e academia têm estudado novas maneiras de aprimorar as técnicas e estratégias de extração de petróleo. Entre as tecnologias desenvolvidas, está a Completação Inteligente, na qual Válvulas de Controle de Vazão (ICVs) são comumente utilizadas para controlar a produção de óleo em poços com múltiplas zonas de produção. Estudos mostraram que o perfil de temperatura de um poço pode ser útil na previsão da composição do fluido produzido, bem como detectar entradas de gás e água. O presente trabalho tem como objetivo modelar e simular a transferência de calor em válvulas ICVs instaladas em um poço com completação inteligente que produz a partir de três zonas de produção, avaliando a influência da vazão de cada zona no perfil de temperatura do poço. Campos de temperatura das válvulas são obtidos a partir de simulações de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) utilizando o modelo de turbulência k-epsilon realizable, considerando um escoamento turbulento e incompressível e com propriedades do fluido baseadas em modelos disponíveis na literatura. Assumindo escoamento monofásico, o perfil de temperatura do poço é calculado utilizando um modelo de regime estacionário com propriedades do fluido variáveis de acordo com a temperatura. Dois cenários de produção foram comparados. No primeiro cenário, a vazão na zona produtora mais profunda representa 1/8 da produção total, a vazão da zona intermediária é igual a 3/8 da produção total e a zona mais próxima da superfície tem vazão igual a ½ da vazão total. No segundo cenário, a vazão de cada zona representa 1/3 da produção total do poço. Em ambos os cenários a vazão total equivale a 40.000 barris por dia, sendo o gradiente geotérmico da formação igual a 4,782°C/100m. Os resultados mostraram que a distribuição de produção entre as zonas pode afetar significativamente o perfil de temperatura do poço, sendo, portanto, possível detectar inconformidades na produção comparando as temperaturas medidas com o perfil de temperatura previsto pelo modelo.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilEngenharia MecânicaUTFPRJunqueira, Silvio Luiz de MelloPoletto, Vinicius GustavoLai, Fernando César deJunqueira, Silvio Luiz de MelloRossi, Luciano Fernando dos SantosGermer, Eduardo MatosClarindo, João Gabriel2025-09-17T20:36:36Z2025-09-17T20:36:36Z2025-02-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfCLARINDO, João Gabriel. Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38311porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-09-18T06:14:16Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/38311Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-09-18T06:14:16Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente
Heat transfer simulation of flow in smart completion valves
title Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente
spellingShingle Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente
Clarindo, João Gabriel
Escoamento multifásico
Fluidodinâmica computacional
Calor - Transmissão
Válvulas
Medidores de fluxo
Multiphase flow
Computational fluid dynamics
Heat - Transmission
Valves
Flow meters
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE
title_short Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente
title_full Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente
title_fullStr Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente
title_full_unstemmed Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente
title_sort Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente
author Clarindo, João Gabriel
author_facet Clarindo, João Gabriel
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Junqueira, Silvio Luiz de Mello
Poletto, Vinicius Gustavo
Lai, Fernando César de
Junqueira, Silvio Luiz de Mello
Rossi, Luciano Fernando dos Santos
Germer, Eduardo Matos
dc.contributor.author.fl_str_mv Clarindo, João Gabriel
dc.subject.por.fl_str_mv Escoamento multifásico
Fluidodinâmica computacional
Calor - Transmissão
Válvulas
Medidores de fluxo
Multiphase flow
Computational fluid dynamics
Heat - Transmission
Valves
Flow meters
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE
topic Escoamento multifásico
Fluidodinâmica computacional
Calor - Transmissão
Válvulas
Medidores de fluxo
Multiphase flow
Computational fluid dynamics
Heat - Transmission
Valves
Flow meters
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE
description Industry and academia have been researching new ways to enhance techniques and strategies of oil extraction. Amidst technologies developed to optimize production is Intelligent Completion, in which Interval Control Valves (ICVs) are broadly used to control the oil production in multi-zone open-hole wells. Previous studies have shown that the temperature profile of the wellbore is useful in predicting flow composition as well as water and gas cuts. The flow distribution can then be regulated based on the monitored temperature behavior to achieve the required flow conditions. The present work aims to model and simulate heat transfer in ICVs assembled in an intelligent completion that produces from three different zones, presenting a steady-state analysis of the flow in terms of velocity and temperature profiles. Results for the temperature, velocity magnitude and pressure profiles are plotted based on Computational Fluid Dynamics simulations with the k-epsilon realizable model considering a fully turbulent and incompressible fluid with rheological and thermophysical properties sourced from existing literature models. The modeling assumes the flow as one-phase. The wellbore temperature profile is calculated using a steady-state model with temperature-dependent thermophysical fluid properties. Two production scenarios were compared. For the first scenario, the flow rate at the deepest zone represents 1/8 of the total production, the flow rate at the intermediate zone equals 3/8 of the total production and, at the zone closest to the surface, the flow rate is equal to ½ of the total flow rate. For the second scenario, the flow rate at each zone represents 1/3 of the total production of the well. In both scenarios the total flow rate is 40,000 barrels per day and the geothermal gradient is 4.782°C/100 m rate zone. Results showed that the distribution of the production between zones influences greatly the temperature profile of the well. Comparing measured temperature with the model predicted temperature might help detecting nonconformities on the production.
publishDate 2025
dc.date.none.fl_str_mv 2025-09-17T20:36:36Z
2025-09-17T20:36:36Z
2025-02-14
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
format bachelorThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv CLARINDO, João Gabriel. Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38311
identifier_str_mv CLARINDO, João Gabriel. Simulação do escoamento com transferência de calor em válvulas de completação inteligente. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38311
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Engenharia Mecânica
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Engenharia Mecânica
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498014965137408