Please use this identifier to cite or link to this item: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/13384
Tipo do documento: Dissertação
Title: Modelagem e simulação da sedimentação de sólidos adensantes em fluidos de perfuração
Other Titles: Modeling and simulation of sedimentation of adsorptive solids in drilling fluids
Authors: Ribeiro Junior, José Messias
Orientador(a): Meleiro, Luiz Augusto da Cruz
Primeiro coorientador: Calçada, Luis Américo
Primeiro membro da banca: Souza Jr, Mauricio Bezerra de
Segundo membro da banca: Torres, Alexandre Rodrigues
Keywords: Settling;interface height;BR-Mul sag;Sedimentação;altura de interface;BR-Mul
Área(s) do CNPq: Engenharia Química
Idioma: por
Issue Date: 30-Aug-2016
Publisher: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UFRRJ
Departamento: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citation: RIBEIRO JUNIOR, José Messias. Modelagem e simulação da sedimentação de sólidos adensantes em fluidos de perfuração. 2016. 83 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2016.
Abstract: O presente trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade de predição de modelos matemáticos simplificados para descrever a dinâmica de sedimentação de sólidos adensantes em fluidos de perfuração. Na etapa inicial deste trabalho, foram realizados experimentos de sedimentação de suspensões aquosas de barita e de calcita em colunas de vidro, com concentrações volumétricas iniciais de 6; 7%, 12% e 20% para cada sólido, e a variação da altura da interface entre a zona de clarificado e a zona de concentração constante foi registrada ao longo do tempo. A primeira abordagem fez uso de modelos conservativos, cuja velocidade relativa entre o sólido e o fluido é somente função da concentração volumétrica local do sólido. Dessa forma, os modelos conservativos utilizados para simular esses sistemas foram baseados nas leis de conservação da massa e em funções de densidade de fluxo. Para avaliar a acurácia dos resultados fornecidos pelos modelos conservativos, utilizou-se a variação da altura da interface de clarificação ao longo do tempo, como variável auxiliar para inferir a qualidade das predições fornecidas pelo modelo, visto que não se dispunha de equipamentos para determinar os perfis espaciais de concentração de sólidos. Através deste procedimento, verificou-se que os modelos conservativos foram capazes de predizer a variação temporal da interface de clarificação com erro relativo menor que 10% na maior parte do tempo, exceto na região que a concentração local aumenta rapidamente. Na segunda abordagem utilizou-se um modelo simplificado, composto pela equação da continuidade e pela equação do movimento, considerando as forças de interação entre as fases sólido e líquido. O modelo simplificado descreve a variação temporal da interface de clarificação dos sistemas de sedimentação simples, com valores bastante satisfatórios e com erro relativo menor do que os resultados exibidos pelos modelos conservativos. Na etapa final deste trabalho, este mesmo modelo foi avaliado na simulação dos perfis temporais e espaciais da concentração de barita na sedimentação no fluido BR-Mul, que é um fluido real de perfuração bastante utilizado pela Petrobras. Os perfis de concentração obtidos por simulação foram comparados a dados experimentais obtidos na Faculdade de Engenharia Química da Universidade Federal de Uberlândia (FEQ/UFU). Neste estudo de caso, foi possível comparar diretamente a saída do modelo aos dados experimentais, e os resultados mostraram que o erro relativo do modelo foi menor para o fluido com a maior concentração inicial de barita, sobretudo nos pontos que se encontram próximos da região de compactação. No entanto, a metodologia experimental utilizada na FEQ/UFU apresenta elevada imprecisão em regiões com alta concentração de sólidos, devido ao erro experimental introduzido na utilização do equipamento emissor de raios gama.
Abstract: This work has aimed to evaluate the predictive ability of simplified mathematical models to describe the dynamics of the thickening of solids in drilling fluids. In the early stages, settling experiments of barite and calcite in water-based fluids at graduated cylinders were done at initial volumetric concentrations of 6.7%, 12% and 20%, while the change of interface height was measured on the time steps. The first data modelling approach has used conservation laws, considering the relative velocity between the solid and the liquid phase as function of volumetric concentration of solids. This way, the conservation laws used to simulate these systems were based in mass conservation law and in the flux density functions. For the accuracy evaluation in the numerical data provided by conservation laws, this work has used the interface height variation through a period of time, which was determined by experiments as an auxiliary variable, to imply the prediction quality provided by the proposed model, because there was not any equipment available to determine the spatial profiles of solids concentration. Through this procedure, it was found that conservation laws was capable of predict the interface variation through a period of time with relative errors below 10%, except in regions of rapid increase of local concentration. In the second approach of modelling was used a simplified model consisting of the continuity equation and the momentum equation, considering the interaction forces between the solid and liquid phases. The simplified model describe the variation of the interface height through a period of time in several sedimentations, and the displayed results were quite satisfactory and with relative errors lower than the results showed by the conservation laws. In the final stage of this work, the simplified model was used in the simulation of time and spatial concentration profile of the barite suspended in the BR-Mul fluid, which is a real drilling fluid often used by Petrobras. The concentration profiles obtained by simulation were compared with the experimental data reported by authors from Faculty of Chemical Engineering in Federal University of Uberlandia (FEQ/UFU). In this case study, it was possible to directly compare the model output with the experimental data, and the results has showed that the relative error of the model was lower to the fluid with the highest concentration suspensions of barite, specially in the points near to the compacted zone. However, the experimental methodology used in FEQ/UFU has exhibit much imprecision in the regions of high solids concentration, because of the experimental error in the gamma ray emitter.
URI: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/13384
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química

Se for cadastrado no RIMA, poderá receber informações por email.
Se ainda não tem uma conta, cadastre-se aqui!

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
2016 - José Messias Ribeiro Júnior.pdfDocumento principal1.93 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.