Tese: Deslocamento Axissimétrico de Fluidos Miscíveis em Anulares com Expansão Abrupta
Aluno(a) : Frederico Resende de CarvalhoOrientador(a): Rafael Oliveira
Área de Concentração: Petróleo e Energia
Data: 28/04/2023
Link para tese/dissertação: https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.63905
Resumo: Umas das etapas mais complexas e críticas durante a construção de poços de petróleo é o processo de cimentação primária, definida 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 cimento bem-sucedida dependerá se a pasta de cimento desloca de forma adequada e completa a lama 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 injetado e deslocado, a miscibilidade entre eles, a taxa de injeção e a dimensão do washout com configuração geométrica retangular podem afetar o escoamento bifásico. Consideramos uma geometria axissimétrica em processos de deslocamentos verticais, e as equações governantes são resolvidas em coordenadas cilíndricas, permitindo investigar diferentes aberturas anulares. Nossos resultados preveem eficiências de deslocamento altíssimas, próximas a 100%. Apesar dos fluidos utilizados nos processos industriais de cimentação serem não-newtonianos, as altas eficiências de deslocamentos encontradas em nossos resultados motivam o uso de fluidos espaçadores para tentar controlar as propriedades de interface. Assim, a aproximação das condições de escoamento entre fluidos newtonianos miscíveis pode contribuir para um aumento da eficiência de deslocamento e, consequentemente, da segurança de poços de petróleo