Determinação da perda de carga de fluidos de perfuração no escoamento através de acessórios especiais

Abstract

Neste trabalho é avaliada a perda de carga resultante do escoamento de fluidos de perfuração através de acessórios especiais, que estão presentes na coluna de perfuração de poços de petróleo e são denominados tool joints, estabilizador e ejetores. Os tool joints realizam a conexão entre os tubos da coluna de perfuração, os estabilizadores são peças posicionadas ao longo da coluna com o objetivo de auxiliar no direcionamento da perfuração e os ejetores são peças que simulam os jatos da broca de perfuração. Para realizar essa avaliação foi construída uma unidade piloto objetivando a simulação de sistemas de prospecção de petróleo, com escoamento em peças com geometrias que simulam àquelas existentes em um sistema real, mantendo-se a similaridade dinâmica com número de Reynolds e a similaridade geométrica com relação às dimensões e às características dos escoamentos em unidades de perfuração. Através dos dados experimentais de reologia, vazão mássica e queda de pressão, obtidos na unidade piloto, foram determinados os coeficientes de perda de carga dos acessórios e testadas correlações existentes na literatura referentes ao cálculo da perda de carga no escoamento interno e externo aos tool joints. Os dados obtidos experimentalmente foram comparados com os dados obtidos através da simulação computacional, na qual foram utilizados os códigos comerciais de CFD (Computational Fluid Dynamics), GAMBIT® e FLUENT®. Os fluidos de perfuração avaliados eram provenientes de sondas de perfuração, nas quais tinham sido previamente utilizados nas operações de perfuração. Esses fluidos eram constituídos de soluções poliméricas de base orgânica ou aquosa, e quanto às propriedades reológicas, eram fluidos não-Newtonianos e com comportamento pseudoplástico. O modelo reológico adotado foi o modelo da potência (power law). Os resultados revelaram que os coeficientes de descarga obtidos para os ejetores estão de acordo com a literatura e que os coeficientes de perda de carga (para tool joints e ejetor) variam em função do tipo de geometria e são pouco sensíveis ao tipo de fluido em escoamento. A reestimação dos parâmetros das correlações de perda de carga em tool joints, com escoamento interno e externo, possibilitou a obtenção de resultados concordantes com os dados experimentais e as simulações permitiram analisar os perfis de velocidade e pressão ao longo das tubulações.