[en] PARTICLE TRANSPORT IN LAMINAR FLOW BETWEEN TWO PARALLEL PLATES

• Main Author: DANIELE DIAS DE OLIVEIRA
• Other Authors: MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2018
• Subjects: [pt] ESCOAMENTO LAMINAR; [en] LAMINAR FLOW; [pt] SEDIMENTACAO; [en] SEDIMENTATION; [pt] TRANSPORTE DE PARTICULA; [en] PARTICLE TRANSPORT; [pt] RESSUSPENSAO VISCOSA; [en] VISCOUS RESUSPENSION
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=32757@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=32757@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.32757

[pt] O escoamento de suspensões concentradas tem grande importância em diversos segmentos da indústria, representando uma maneira econômica de transportar grandes quantidades de materiais sólidos particulados. Uma das aplicações inclui a etapa de perfuração de poços de petróleo direcionais. No decorrer do processo são gerados sedimentos originários do corte da formação, que são removidos através da operação de limpeza do poço. Durante a limpeza, no trecho de maior inclinação esses sedimentos tendem a se separar da suspensão, pelo efeito gravitacional, formando um leito na parte inferior do anular. Esse leito formado pode causar vários problemas, como redução da taxa de penetração, desgaste prematuro da broca, prisão da coluna de perfuração, fraturamento da formação e torque excessivo na coluna de perfuração. O entendimento do escoamento de suspensões de partículas se torna relevante para o aperfeiçoamento desses processos. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é analisar o escoamento de suspensões de partículas entre duas placas paralelas para estudar a formação de um leito de sedimentos na parte inferior do canal e determinar o efeito dos diferentes mecanismos de migração de partículas neste processo. A formulação matemática do problema inclui as equações de conservação de massa e quantidade de movimento linear e equação de transporte de partículas. Para descrever o transporte de partículas no escoamento foi usado o modelo de fluxo difusivo proposto por Phillips et al. (1992). As equações diferenciais parciais, que descrevem o escoamento de uma suspensão de partículas, são resolvidas pelo método de Elementos Finitos de Galerkin e o sistema não-linear é resolvido através do método de Newton. Os resultados obtidos mostram como a distribuição das partículas sólidas varia com os parâmetros do problema e determina as condições para a formação de um leito de partículas. === [en] The flow of solid particles suspended in a liquid medium have great importance in several industry segments representing an economical way to transport large quantities of solid materials. One of the applications includes the flow during directional well drilling. During the process sediments are generated from the formation cutting, which are removed through the wellbore cleaning. During the cleaning, step near the horizontal section of the well, these sediments tend to separate from the suspension by the action of gravity, forming a stationary bed in the bottom of the annular. This stationary bed can cause problems, such as reducing the penetration rate, premature wear of the drill bit, trapping column, fracturing of the formation and high torque. The complete understanding of the flow of solid particles suspension becomes relevant to the improvement of these processes. In this sense, the main goal of this work is to analyze the flow of solid particle suspensions between two parallel plates to investigate the formation of a stationary bed in the bottom of the channel and to determine the effect of different particle migration mechanisms in this process. The mathematical formulation includes the equations of mass (continuity equation) and momentum conservation. The Diffusive Flux Model proposed by Phillips et al. (1992) was used to describe the particle transport in the flow. The partial differential equations, which describe the flow of solid particles suspension, are solved by the Galerkin/Finite Element Method (GFEM) and the non-linear system is solved using Newton s Method. The results show how the distribution of solid particles varies with the problem parameters and determines the conditions for the formation of a stationary bed.