Modeling of Newtonian fluids and cuttings transport analysis in high inclination wellbores with pipe rotation
Boru dönme hızı dikkate alınarak Newtonian akışkanların modellenmesi ve yüksek açılı kuyularda kesintilerin taşınma analizi
- Tez No: 269003
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İSMAİL AYDIN, PROF. DR. MAHMUT PARLAKTUNA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 177
Özet
Bu çalışma, sondaj akışkanlarının halkasal ortamdaki akış mekanizmasını ve hidroliğini incelemeyi ve kesintilerin yatay ve eğimli kuyulardan taşınma mekanizmasını anlamayı amaçlamaktadır. Bu amaçla, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Bölümü, Sondaj Simülatörü'nde su ve çeşitli sondaj akışkanları kullanılarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Delme hızı 0.00127 m/s to 0.0038 m/s arasında, akışkan hızı 0.64 m/s ile 3.05 m/s arasında, boru dönme hızı 0 ile 120 rpm arasında, kuyu eğimleri yataydan 60º ye kadar değiştirilmiş ve her akışkan debisi için basınç farkı ve durağan kesinti yatağı yüksekliği kaydedilmiştir. Deney sonuçları kullanılarak, su ve sondaj akışkanları için Reynold Sayısı ve durağan kesinti yatağı yüksekliğinin fonksiyonu olarak yeni sürtünme faktörü denklemleri ve grafikleri oluşturulmuştur. Aynı zamanda, arazi şartlarında kolayca uygulanabilecek ampirik basınç kaybı ve durağan kesinti yatağı yüksekliği denklemleri boyut analizi kullanılarak elde edilmiş ve sondaj parametrelerinin kuyu temizliğine etkisi değerlendirilmiştir. Akışkan hızının, kesinti taşınmasını etkileyen en önemli parametre olduğu gözlenmiştir. Ayrıca, borunun dönmesi, özellikle orbital hareket yaptığında, durağan kesinti yatağı gelişimini önleyen kritik akışkan hızını düşürmektedir. Boru dönerken, boru içindeki kesinti yüksekliğinin azalmasından dolayı, basınç farkında da bir düşüş gözlenmiştir. Yatay kuyularda, kesinti taşınması hesaplamalı akışkanlar mekaniği yazılımı kullanılarak çeşitli boru delme hızları, akışkan hızları ve boru dönme hızları için modellenmiştir. Model sonuçları, kesinti taşıma deneyleri kullanılarak değerlendirilmiştir.Ayrıca, bu çalışma kapsamında, Newtonian akışkanların eş merkezli yatay borular arası akışında ortaya çıkan basınç farkının hesaplanması için bir mekanistik model önerilmiştir. Turbulent akış denklemleri, sınırlı farklar yaklaşımı kullanılarak çözülmüştür. Matlab 2007b programı kullanılarak önerilen model için bir bilgisayar kodu yazılmıştır. Önerilen modelin performansı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Petrol Mühendisliğinden elde edilen deney sonuçlarının yanında hesaplamalı akışkanlar mekaniği (CFD) bilgisayar yazılım programı ve daha önce yapılan çalışmalarla da karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, mekanistik modelin basınç kaybını ve akışkanın hız profilini doğru olarak tahmin edebildiğini göstermiştir. Basınç kayıpları, ± 10% hata sınırları arasındadır.
Özet (Çeviri)
This study aims to investigate hydraulics and the flow characteristics of drilling fluids inside annulus and to understand the mechanism of cuttings transport in horizontal and deviated wellbores. For this purpose, initially, extensive experimental studies have been conducted at Middle East Technical University, Petroleum & Natural Gas Engineering Flow Loop using water and numerous drilling fluids for hole inclinations from horizontal to 60 degrees, flow velocities from 0.64 m/s to 3.05 m/s, rate of penetrations from 0.00127 to 0.0038 m/s, and pipe rotations from 0 to 120 rpm. Pressure loss within the test section and stationary and/or moving bed thickness are recorded. New friction factor charts and correlations as a function of Reynolds number and cuttings bed thickness with the presence of pipe rotation for water and drilling fluids in horizontal and deviated wellbores are developed by using experimental data. Meanwhile empirical correlations that can be used easily at the field are proposed for predicting stationary bed thickness and frictional pressure loss using dimensional analysis and the effect of the drilling parameters on hole cleaning is discussed. It has been observed that, the major variable influencing cuttings transport is fluid velocity. Moreover, pipe rotation drastically decreases the critical fluid velocity that is required to prevent the stationary cuttings bed development, especially if the pipe is making an orbital motion. A decrease in the pressure loss is observed due to the bed erosion while rotating the pipe. Cuttings transport in horizontal annulus is modeled using a CFD software for different fluid velocities, pipe rotation speeds and rate of penetrations. The CFD model is verified by using cuttings transport experiments.A mathematical model is also proposed to predict the flow characteristics of Newtonian fluids in concentric horizontal annulus with drillpipe rotation. The Navier-Stokes equations of turbulent flow are numerically solved using finite differences technique. A computer code is developed in Matlab 2007b for the proposed model. The performance of the proposed model is compared with the experimental data which were available in the literature and gathered at METU-PETE Flow Loop as well as Computational Fluids Dynamics (CFD) software. The results showed that the mechanistic model accurately predicts the frictional pressure loss and the velocity profile inside the annuli. The model?s frictional pressure loss estimations are within an error range of ± 10%.
Benzer Tezler
- Sondaj çamuru uygulamaları için kil-polimer etkileşimlerinin belirlenmesi
Determination of the clay-polymer interaction for drilling mud applications
EREN KARGI
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEVİM İŞÇİ TURUTOĞLU
- Determining parameters of rheological models by the method of least squares
Enküçük kareler yöntemiyle reolojik modellerin parametrelerinin belirlenmesi
JORES DONGMO NGUIMATSIA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. GÜRŞAT ALTUN
- Experimental investigation of Newtonian and non-Newtonian fluid flows in rough pipes and modeling using computational fluid dynamics
Newtonyen ve Newtonyen olmayan akışkanın pürüzlü borudaki akışının deneysel olarak incelenmesi ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak modellenmesi
TEVFİK DENİZHAN MÜFTÜOĞLU
Doktora
İngilizce
2021
İnşaat Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SORGUN
- Development of an incompressible smoothed particle hydrodynamics method for electrohydrodynamics of immiscible fluids and rigid particles
Birbirleri ile karışmayan akışkan ve katı parçacık akışlarının elektrohidrodinamiğine uygun düzleştirilmiş parçacık hidrodinamiği
NIMA TOFIGHI
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET YILDIZ
- Filament beslemeli 3D yazıcının nozul bölgesinin sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi ve analizi
Finite element modeling and analysis of nozzle area of filament feed 3D printer
OĞUZHAN EMRE AKBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ATAKAN ALTINKAYNAK