Modeling of surge and swab pressure of yield power law fluids
Yıeld power law akışkan için surge ve swab basıncı modellemesi
- Tez No: 442336
- Danışmanlar: PROF. DR. SERHAT AKIN, DOÇ. DR. İSMAİL HAKKI GÜCÜYENER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- 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: 100
Özet
Bu tezde, surge ve swab basınçlarının eş merkezli anülüste matematiksel model çözümlemesi ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi yapildi. Surge ve swab sırasında oluşan akış için oluşturulan matematiksel model, ticari bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı ile kontrol edildi ve doğrulandı. Matematiksel model, kapalı uçlu sondaj dizisi ile surge ve swab sırasında oluşan laminer akış için Yield Power Law akış modeli uygulanarak çözüldü. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizinin doğruluğunu kontrol etmek için, sonuçlar ilk önce Newtonian akışkanın surge ve swab sırasında anülüste oluşan hız profilinin analitik çözümü ile karşılaştırıldı. Analitik çözüm ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği sonuçları birbiriyle çok iyi oranda örtüştü. Aynı yaklaşım nümerik çözümü doğrulamak için de kullanıldı. Sonlu farklar yöntemi ile oluşturulan nümerik çözüm ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi sonuçlarının çok iyi oranda örtüştüğü görüldü. Anülüste oluşan hız profili sonuçları karşılaştırıldığında ortalama mutlak hata yüzdesinin %5'in altında olduğu görüldü. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizinde eşmerkezli anülüsün 3 boyutlu geometrisi kullanıldı. Ayrıca, matematiksel model, farklı iç ve dış çapları olan borular içeren bir anüler geometri düşünülerek hazırlandı. Böylece, hem hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi, hem de nümerik çözüm, iç ve dış borular arasındakı kıvrım derecesi farkının etkisini kapsamış oldu. Bu yaklaşım ile problemin anülüsü dar oluk benzetimi ile çözülmesinden daha doğru bir sonuç elde edildi. Analiz sonuçları boyutsuz hız profili grafikleri ile sunuldu; böylece eşmerkezli anülüste iç borunun yukarı aşağı kararlı durumdaki hareketi daha iyi bir şekilde anlaşıldı. Çoğu sondaj akışkanının akış modeli Yield Power Law ile karakterize edilebilir. YPL modeli Bingham Plastic modelindekine benzer bir kopma gerilimi terimi, ve Power Law modelindeki gibi kayma incelmesi özelliğini içeren bir akış modelidir. YPL modeli, sondaj akışkanlarının hem düşük hem de yüksek kayma hızlarındaki davranışını doğru bir şekilde tanımlar. Dikey sondajlarda, sondaj sonrasında sondaj dizisini kuyudan çıkarmak veya yeni bir dizi ile inmek, veya koruma borularını merkezleyici ile birlikte indirmek, kuyu içindeki boruların kuyu ile eşmerkezli olmasını yakınsar. Bu yüzden, YPL sondaj akışkanları kullanılarak yapılan eşmerkezli anülüsteki surge ve swab basınçlarının matematiksel model ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi sonuçları, iniş/çıkış manevralarını optimize etme potansiyeline sahiptir. Böylece, hem kuyu problemlerinin önüne geçilmiş olur, hem de sondaj operasyonlarındaki kayıp zaman azalır.
Özet (Çeviri)
A mathematical modeling work and computational fluid dynamics (CFD) analysis of surge and swab pressures in concentric annuli is conducted. A commercial CFD package is used to validate the developed model of the flow during surge and swab in concentric annuli. Developed mathematical model incorporates the Yield Power Law (YPL) fluid behavior for closed-end pipes under laminar flow conditions. The results of the mathematical model and CFD analysis is compared with the models from literature. CFD analysis is initially compared with the analytical solution of the surge and swab velocity profiles of a Newtonian fluid to validate the CFD approach. A good agreement is obtained with the analytical solution and the results from the CFD analysis. A similar approach is followed and proposed numerical solution is compared with the results from the CFD analysis to validate the proposed approach. A good agreement is observed with the result from CFD and the proposed finite differencing scheme. Velocity profile comparison among numerical solution, analytical solution and CFD analysis yields less than 5% average absolute percent error. A 3D geometry of concentric annuli is used in the CFD analysis. Also, a mathematical model is developed considering an annular geometry with different inner and outer pipe sizes. The effect of the degree of curvature difference between the inner and outer pipes while surge and swab is captured both with the CFD analysis and the mathematical model. With this approach, more accurate results are obtained than approximating the annuli to a slot. Additionally, dimensionless velocity profiles are presented that better explain the flow during surge and swab conditions in concentric annuli while the inner pipe is reciprocating in steady-state. Most of the drilling fluids can be characterized with Yield Power Law (YPL) model. YPL model includes a yield stress term similar to Bingham Plastic and has the shear thinning ability as the Power Law fluids. YPL model accurately estimates the drilling fluid behavior in low and high shear rates. After drilling, pulling out or running a BHA in the vertical section or running casing with centralizers approximates the position of the tubular to concentric. Therefore, mathematical modeling and CFD analysis of the swab and surge pressures of YPL fluids in concentric annuli has potential to optimize the tripping operations that will help not only avoid hole problems, but also reduce the non-productive time.
Benzer Tezler
- Comprehensive modeling of surge and swab pressures in eccentric annuli: A mathematical and computational approach
Eksantrik anülüste surge ve swab basınçlarının kapsamlı modellemesi: Matematiksel ve bilişimsel bir yaklaşım
ÖNER ERGE
Doktora
İngilizce
2023
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT AKIN
- Modelling wellbore hydraulics through thermal rheological sepiolite mud properties
Sondaj kuyusu hidroliğinin sepiyolit çamuru ısıl reolojik özellikleriyle modellenmesi
ALI ETTEHADI
Doktora
İngilizce
2016
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRŞAT ALTUN
- Semi analytical pressure surge model for Extended Herschel-Bulkley fluids
Extended Herschel-Bulkley akışkanlar için yarı analitik basınç dalgalanması modeli
MÜCAHİT YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRŞAT ALTUN
- A method for correcting parameters of rheological models facilitating couette type viscometers
Couette tipi viskometrelerden elde edilen reolojik model parametrelerini düzeltmek için bir yöntem
MAJED SABBAGH
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRŞAT ALTUN
- İki paralel levha arasında non-newtonian akışın modellenmesi
Başlık çevirisi yok
GÜRŞAT ALTUN
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. MUSTAFA HACIİSMAİLOĞLU