Avaliação de correlações para determinação de parâmetros de escoamento de pasta de cimento

Abstract

No processo de perfuração de poços de petróleo a aplicação de fluidos é feita em todos os estágios da formação do poço. Lubrificar a broca, controlar a pressão no poço, retirar cascalhos etc. são algumas funções do fluido de perfuração na etapa de perfuração. O uso da pasta de cimento por sua vez tem a finalidade de promover a vedação hidráulica e isolar as rochas atravessadas permitindo que continue a perfuração com segurança. Este trabalho é resultado de uma linha de pesquisa que estuda o escoamento da pasta de cimento e tem por objetivo avaliar as correlações encontradas na literatura para a previsão de perda de carga no escoamento da pasta e fazer um estudo estatístico das equações utilizadas no processo de cimentação. O trabalho está dividido em duas partes distintas. Na primeira serão avaliadas as características do escoamento de uma pasta de cimento leve contendo microesferas. Na segunda etapa, é realizado o estudo estatístico das simulações reunindo os dados obtidos neste trabalho com os determinados por Paraíso (2011) no estudo do escoamento de pastas ditas pesadas e também de pastas médias estudadas no Laboratório de Escoamento de Fluidos, UFRRJ. Para a obtenção dos dados experimentais foram realizados ensaios de perda de carga nas três pastas de cimento com concentrações de sólidos que alterava a fluidez das mesmas e eram utilizadas na operação de cimentação de poços de petróleo. As concentrações foram fornecidas pelo CENPES/PETROBRÁS. Para desenvolver o estudo proposto foi construída uma unidade piloto para o escoamento das pastas. A unidade possuía um sistema que operava em circuito fechado, era composta de tubos de ferro galvanizado e uma bomba de deslocamento positivo do tipo helicoidal de 25HP de potência da marca GEREMIAS (WEATHERFORD). Os parâmetros reológicos foram obtidos com o viscosímetro FANN 35A. Os escoamentos das pastas foram feitos em tubos de ferro galvanizados com quatro geometrias diferentes: circular 1”, anular I (2" e 1 1/2"), anular II (1 1/2" e 1") e anular III (1 1/4" e 3/4") e em três temperaturas distintas: 15, 25 e 60°C. Foram analisadas três equações para o modelo reológico, três equações para o diâmetro hidráulico, nove correlações para o fator de atrito e cinco equações para o Reynolds crítico. Obtendo os dados nos regimes laminar, de transição e turbulento. O modelo reológico de Herschel-Buckley, a equação de diâmetro hidráulico DH2 e a correlação de Ellis e George (1977) obtiveram os melhores resultados para as três pastas . As equações de Jonhson (1959) e de Mishra e Tripathi (1971) mostraram-se mais eficientes nos três casos.