Análise dos parâmetros operacionais e geométricos no desempenho da limpeza de poços horizontais

Abstract

O processo de perfuração de poços constitui parcela significativa do custo total de exploração de um campo petrolífero. A técnica de perfuração horizontal permite o aumento da área de contato do poço com o reservatório, melhorando a eficiência da extração e vem sendo amplamente utilizada na indústria petrolífera. Apesar dos benefícios, alguns problemas são gerados a partir dessa técnica. Os principais problemas são a excentricidade da coluna devido ao efeito gravitacional e a sedimentação das partículas de cascalho, que formam um leito sólido, prejudicando o carreamento do material rochoso para fora do poço. Entre os parâmetros que podem afetar o processo de perfuração de um poço encontram-se: a excentricidade e a velocidade de rotação da coluna, a taxa de escoamento axial e a reologia do fluido de perfuração. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência do número de Reynolds (Re), da razão de diâmetros (κ), da excentricidade (ε) e rotação da coluna (ω) sobre o escoamento de um fluido não newtoniano caracterizado pelo modelo reológico Herschel-Bulkley, utilizando a técnica da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). A geometria consiste em um cilindro de diâmetro interno (Di) igual a 50,8 mm e outro cilindro, cujo diâmetro varia de acordo com a razão de diâmetros adotada. Para o presente estudo, o valor de κ variou de 0,5 a 0,9. A excentricidade variou de 0 (totalmente concêntrico) a 0,8. A rotação do cilindro interno variou de 0 a 400 rpm. O número de Reynolds variou de 200 a 1000, garantindo a condição de escoamento laminar. O fluido de perfuração possui massa específica (ρ) de 1000 kg/m³, tensão limite de escoamento (τ0) de 17,81 Pa, índice de consistência (K) de 0,26 Pa.s e índice de comportamento (n) igual a 0,74. Os dados mostram que o número de Reynolds tem mais influência sobre o processo de limpeza quando razões de diâmetro mais elevadas são adotadas. Excentricidade, número de Reynolds e razão de diâmetros mostraram grande influência sobre a perda de carga enquanto a rotação da coluna praticamente não apresentou influência. Uma relação matemática foi proposta para determinar a queda de pressão em função dos parâmetros analisados e, assim, contribuir para a definição de uma boa estratégia de perfuração.