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https://www.repositorio.ufal.br/handle/123456789/18195| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Análise em regime transiente da transferência de calor em poços de petróleo |
| Autor(es): | Silva filho, Luiz Elias da |
| Primeiro Orientador: | Lira, William Wagner Matos |
| metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Imamura, William |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Lima Junior, Eduardo Toledo de |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Gouveia, Lucas Pereira de |
| metadata.dc.contributor.referee3: | Souza, Charlton Okama de |
| Resumo: | O objetivo deste trabalho é realizar uma análise em regime transiente da transferência de calor em poços de petróleo verticais, sendo proposto um modelo matemático para prever o campo de temperatura em regime transiente nessas estruturas. Tradicionalmente, a estratégia mais utilizada para modelar fenômenos térmicos em poços é a abordagem pseudopermanente, que considera a transferência de calor no poço em regime estacionário. No entanto, essa simplificação pode produzir erros significativos, principalmente em condições de serviço, como no início ou término de operações. Nessas situações, considerar o regime transiente pode melhorar a acurácia das previsões. Diante disso, este trabalho desenvolve um modelo matemático para a transferência de calor transiente em poços verticais, incorporando mecanismos frequentemente negligenciados, como a radiação nos anulares e a convecção na superfície do poço. Para alcançar esse objetivo, a metodologia adotada consiste em quatro etapas principais: a) revisão bibliográfica sobre modelagem térmica em poços de petróleo; b) desenvolvimento de um modelo matemático para previsão do campo de temperatura em poços verticais, composto pelas equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia; c) apresentação de uma estratégia numérica para a solução do modelo matemático descrito no item anterior; e d) aplicação do modelo proposto na determinação de distribuições de temperatura em poços de petróleo, comparando os resultados obtidos com dados de campo e com outros modelos da literatura, além da realização de estudos paramétricos. Os resultados mostraram que o modelo apresentou boa concordância com dados de sensores de um poço offshore e com outros modelos disponíveis na literatura, com erros geralmente inferiores a 5%. Além disso, estudos paramétricos destacaram que a radiação tem impacto significativo em anulares preenchidos com gás, enquanto a convecção na superfície é crucial para prever o resfriamento do poço durante operações de fechamento. Dessa forma, o estudo amplia a compreensão dos efeitos térmicos em poços de petróleo, evidenciando a influência de mecanismos como radiação nos anulares e convecção na superfície. Sua aplicação pode contribuir para análises de integridade estrutural, otimização de métodos de elevação artificial, diagnóstico de problemas de produção, prevenção da formação de hidratos, avaliação da corrosão nos revestimentos e planejamento de operações de estocagem de gás natural |
| Abstract: | The objective of this study is to perform a transient analysis of heat transfer in vertical oil wells, through the development of a mathematical model designed to predict the transient temperature field within these structures. Traditionally, the most commonly adopted strategy for modeling thermal phenomena in wells is the pseudo-steady-state approach, which assumes steady-state heat transfer conditions. However, this simplification can lead to significant errors, particularly under operational conditions such as the start-up or shut-down of well operations. In such cases, accounting for the transient regime can improve the accuracy of predictions. Accordingly, this work proposes a mathematical model for transient heat transfer in vertical wells, incorporating mechanisms that are often overlooked, such as radiation in the annular spaces and convective heat transfer at the wellhead surface. To achieve this objective, the adopted methodology comprises four main stages: a) a literature review on thermal modeling in oil wells; b) the development of a mathematical model for predicting the temperature field in vertical wells, based on the conservation equations of mass, momentum, and energy; c) the presentation of a numerical strategy to solve the proposed mathematical model; and d) the application of the model to determine temperature distributions in oil wells, with comparisons drawn against field data and other models from the literature, along with the performance of parametric studies. The results showed that the model demonstrated good agreement with sensor data from an offshore well and with other models reported in the literature, generally presenting errors below 5%. Furthermore, the parametric studies highlighted that radiation has a significant impact in gas-filled annuli, where as surface convection is critical for predicting wellbore cooling during shut-in operations. Thus, this study advances the understanding of thermal effects in oil wells by emphasizing the influence of mechanisms such as annular radiation and surface convection. Its application may contribute to structural integrity analyses, optimization of artificial lift methods, diagnosis of production issues, prevention of hydrate formation, evaluation of casing corrosion, and the planning of natural gas storage operations |
| Palavras-chave: | Regime transiente Transferência de calor – Poços de petróleo Campo de temperatura Transient regime Heat transfer – Oil wells Temperature field |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Alagoas |
| Sigla da Instituição: | UFAL |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
| Citação: | SILVA FILHO, Luiz Elias da. Análise em regime transiente da transferência de calor em poços de petróleo. 2026. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2025. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://www.repositorio.ufal.br/handle/123456789/18195 |
| Data do documento: | 4-abr-2025 |
| Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC |
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