00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC
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Tipo: Dissertação
Título: Análise fluidodinâmica de um solo marinho jateado empregando modelos reológicos
Título(s) alternativo(s): Fluidodynamic analysis of a marine soil in jetting excavation employing rheological models
Autor(es): Tenório, Mávyla Sandreya Correia
Primeiro Orientador: Marinho, José Luis Gomes
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Santos, João Paulo Lima
metadata.dc.contributor.referee1: Oliveira, Leonardo Mendonça Tenório de Magalhães
metadata.dc.contributor.referee2: Barboza, Beatriz Ramos
Resumo: Com a exploração de campos petrolíferos marinhos, em regiões de águas ultraprofundas, a necessidade do uso de diferentes métodos de construção de poços tem se ampliado. A técnica de assentamento de revestimento condutor por jateamento é a mais utilizada para a fase de início de poço em tais condições. Neste cenário, nas camadas iniciais, onde o solo marinho está em contato com a água do mar, este material pode se apresentar sob o aspecto de lama fina, caracterizando um solo coesivo não-drenado, de baixa resistência ao cisalhamento e que pode ser considerado como um material de comportamento viscoplástico. Desta forma, a utilização da reologia dos fluidos para analisá-lo pode ser uma opção válida, sendo possível classificá-lo como um fluido de Herschel-Bulkley. Uma das alternativas para se entender o comportamento do solo durante o jateamento é o uso da modelagem computacional e simulação numérica, devido à acurácia desta técnica e ao seu custo de desenvolvimento, visto que as condições locais e orçamentárias nem sempre possibilitam estudos e análises experimentais mais complexas. Sendo assim, este trabalho teve como foco a modelagem computacional do jateamento do solo marinho, baseando-se a abordagem fluidodinâmica do solo. Para isto, utilizou-se o software de fluidodinâmica computacional (CFD – Computiaitonal Fluid Dynamics) SIMULIA XFLOW©, desenvolvido pela Dassault Systèmes, versão (2020). Primeiramente, este trabalho buscou investigar a deformação do solo marinho em resposta a um jato vertical incidente, utilizando a água do mar como fluido de perfuração. O perfil da cavidade formada pelo jato foi quantificado em termos de profundidade e largura, rastreando a posição da interface fluido-fluido ao longo do tempo de jateamento considerado. Isto foi possível graças ao método numérico do software, o LBM (Lattice-Boltzmann Method), que oferece um melhor suporte às simulações de escoamentos multifásicos se comparado aos métodos numéricos utilizados nos softwares de CFD convencionais, no que se diz respeito à modelagem da região de interface entre fluidos. Em seguida, análises paramétricas foram realizadas buscando-se entender a influência da velocidade do jato e do fluido de perfuração na deformação do solo em resposta ao jato incidente. Os resultados mostraram que o aumento da velocidade do jato proporcionou maiores profundidades e larguras à cavidade; a variação do fluido de perfuração não provocou diferenças significativas na cavidade escavada, exceto ao se considerar um fluido de perfuração de massa específica mais elevada, cujo jato deformou o solo em maiores profundidades em relação aos demais fluidos de perfuração. A fim de observar como se daria o jateamento do solo enquanto ocorre o assentamento do revestimento condutor, implementou-se uma broca no modelo analisado. A broca, a qual foi modelada conforme as informações disponíveis na literatura, não desempenhou uma boa performance para o jateamento, mesmo mediante a variação de rotação da broca e da vazão de fluidos, dado que houve o acúmulo demasiado de solo no anular interior ao condutor.
Abstract: Due to the exploration of marine oil fields in ultradeep water regions, the need for different methods of well construction has increased. The technique of laying conductive casing by jetting is the most widely used for the well starting phase in such conditions. In this scenario, in initial layers, where the marine soil is in contact with seawater, this material can present itself as a fine mud, characterizing a cohesive non-drained soil, with low shear strength and that can be considered as a material with viscoplastic behavior. Thus, the use of fluid rheology to analyze it can be a valid option, and it is possible to classify it as a Herschel-Bulkley fluid. One of the alternatives to understand the behavior of the soil during jetting is the use of computational modeling and numerical simulation, due to the accuracy of this technique and its development cost, since the local and budgetary conditions do not always allow more complex studies and experimental analysis. Thus, this work focused on the computational modeling of the jetting of marine soil, based on the soil fluid dynamics approach. For this, the computational fluid dynamics (CFD) software SIMULIA XFLOW©, developed by Dassault Systèmes, version (2020), was used. Firstly, the present work sought to investigate the deformation of the seabed in response to an incident vertical jet, using seawater as the drilling fluid. The profile of the cavity formed by the jet was quantified in terms of depth and width by tracking the position of the fluid-fluid interface over the considered jetting time. This was made possible by the numerical method of the software, the LBM (Lattice-Boltzmann Method), which offers better support for multiphase flow simulations compared to the numerical methods used in conventional CFD softwares, regarding the modeling of the fluid interface region. Next, parametric analyses were performed seeking to understand the influence of jet velocity and drilling fluid on ground deformation in response to the incident jet. The results demonstrated that increasing the jet velocity provided greater depths and widths to the cavity; however, varying the drilling fluid did not cause significant differences in the excavated cavity, except when considering a drilling fluid of higher specific mass, whose jet deformed the soil at greater depths than the other drilling fluids. In order to observe how the jetting of the soil would occur while the conductive casing is being laid, a drill bit was implemented in the analyzed model. The drill bit was modeled according to the information available in the literature and did not perform adequately for jetting, even when varying the rotation of the drill bit and the fluid flow rate, since there was too much soil accumulation in the annulus inside the conductor.
Palavras-chave: Poços de petróleo - Perfuração
Solo marinho
Reologia dos fluidos
Fluidodinâmica computacional
Drilling operation
Cohesive Soil
Fluid Rheology
Computational Fluid Dynamics
Lattice-Boltzmann Method
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: TENÓRIO, Mávyla Sandreya Correia. Análise fluidodinâmica de um solo marinho jateado empregando modelos reológicos. 2023. 150 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/10786
Data do documento: 26-ago-2021
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