Modelagem e simulação do fenômeno de sedimentação de sólidos adensantes em suspensões não newtonianas confinadas em regiões anulares sob condições não isotérmicass

Abstract

Durante a perfurações de poços de petróleo são utilizados fluidos de perfuração para auxiliarem no processo. Para isto, é necessário que estes fluidos tenham propriedades físicas como a densidade e a viscosidade bem definidas. Assim, é comum que sejam adicionados aos fluidos agentes adensantes como a barita. Quando se tem início a extração do óleo, o fluido confinado é sujeito a um gradiente de temperatura, sem possibilidade de se expandir, ocorre então um aumento de pressão na região anular, fenômeno este chamado de APB (Annular Pressure Build-up). Este fenômeno pode causar diversos problemas, inclusive o colapso da estrutura do poço. Sendo assim, faz-se necessário a adoção de estratégias de mitigação. Uma dessas estratégias é permitir o contato do fluido de perfuração com a formação rochosa adjacente. Porém, esta estratégia pode falhar caso a sedimentação dos sólidos adensantes forme uma barreira e obstrua a janela de comunicação entre o fluido e a rocha. Diante deste cenário o presente trabalho propõe dois modelos de sedimentação não-isotérmicos para fluidos com tensão limite de escoamento. Estes modelos, baseados na mecânica do contínuo, são capazes de predizer a dinâmica de sedimentação e o perfil axial da sedimentação de barita em fluido sintético em diversas temperaturas. Os modelos foram obtidos a partir das leis de conservação da massa e do movimento para a fase sólida e as propriedades das fases líquidas e sólidas foram incorporadas por meio de equações constitutivas. Devido à complexibilidade dos modelos, técnicas numéricas foram empregadas em suas resoluções, de modo que a variável espacial das equações foi discretizada pelo método dos volumes finitos e o conjunto de EDOs resultante foi integrado numericamente na variável tempo espacial. Além disso, foram estimados os parâmetros de permeabilidade do meio, pressão dos sólidos e tempo de relaxação utilizando dados experimentais de sedimentação de sólidos adensantes em fluido Br-Mul, além de parâmetros reológicos não isotérmicos do modelo tipo Arrhenius com dados de reologia de um fluido de perfuração sintético. Os resultados mostraram bons ajustes dos dados preditos aos dados experimentais, inclusive na dinâmica inicial da sedimentação, além de demostrarem como é fundamental considerar os efeitos da temperatura na sedimentação