Experimental investigation of the effect of temperature on friction pressure loss of polymeric drilling fluid through vertical concentric annulus
Polimer bazlı sondaj sıvısının dikey eş merkezli halkasal ortamdaki akışı sırasında oluşan sürtünmeye bağlı basınç kaybına sıcaklığın etkisinin deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 521616
- 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: Yüksek sıcaklık, High temperature
- Yıl: 2018
- 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: Belirtilmemiş.
Özet
Halkasal ortamda sürtünmeye bağlı basınç kaybının doğru olarak hesaplanması, tam kaçak, takım sıkışması, formasyon sıvısının kuyu içine girmesi ve bunun gibi ciddi sondaj ve kuyu tamamlama problemlerinden kaçınmak için önemlidir. Deneysel ve teorik olarak, boru ve halkasal ortamda sürtünmeye bağlı basınç kaybı, sondaj borusunun eksantrikliği, borunun dönmesi, halkasal ortamın geometrisi ya da akış biçimi etkisi altında birçok çalışmada incelenmiştir. Tüm bu faktörlere ek olarak, sıvı reolojisi sıcaklığa bağlıdır ve reolojik özelliklerdeki değişim de sürtünmeye bağlı basınç kaybını etkilemektedir. Buna rağmen, Newtonian olmayan sıvıların akışındaki sürtünmeye bağlı basınç kaybına sıcaklığın etkisi deneysel olarak henüz araştırılmamıştır. Bu çalışma, polianyonik selüloz (0.50 lb/bbl) ve ksantan sakızı (0.75 lb/bbl) polimerleri içeren sondaj sıvısının dikey eş merkezli halkasal ortamdaki (2.91 inç X 1.85 inç) akışı sırasında ortaya çıkan sürtünmeye bağlı basınç kaybına sıcaklığın etkisini deneysel olarak inceledi. Sürtünmeye bağlı basınç kaybı Bingham Plastic, Power Law ve Herschel-Bulkley reolojik modelleri arasında, ölçülen ile hesaplanan kayma gerilimi arasında en az hataya sahip olan Herschel-Bulkley reolojik modeli ile dört farklı eşdeğer çap tanımı kullanılarak teorik olarak hesaplandı. Çalışma da ek olarak, sürtünmeye bağlı basınç kayıplarının teorik ve deneysel sonuçları karşılaştırılarak en uygun eşdeğer çap tanımı olarak laminar akış için hidrolik yarıçap tanımı, türbülanslı akış için slot yaklaşım tanımı seçildi ve hesaplar bu tanımlara göre yeniden yapıldı. Reolojik parametreler, Reynolds sayısı ve görünür viskoziteye sıcaklığın etkileri araştırıldı. Reolojik parametreler içinde uyumluluk endeksi ve akma noktasının, akış davranış endeksine göre sıcaklığa karşı daha hassas olduğu görüldü. Daha sonra, Reynolds sayısı ve görünür viskozitenin sıcaklığa bağlı grafikleri farklı akış hızlarında (25-125 gpm arası) değerlendirildi ve yüksek akış hızının, Reynolds sayısını sıcaklığın artışı ile ciddi şekilde etkilediği görüldü. Görünür viskozite de aynı şekilde düşük akış hızlarında daha ciddi düşüş gösterdi. Ek olarak, laminar akıştan türbülanslı akışa geçişin sıcaklıkla birlikte daha erken olduğu görüldü. Sonuç olarak, bu parametrelerin sıcaklıktan etkilendiği görüldü ve bu yüzden bu durum sürütnmeye bağlı basınç kaybı ve akış biçimi geçişlerini doğrudan etkilemektedir. Bu çalışma Newtonian olmayan akışkanlara sıcaklığın etkisini araştıran bir başlangıç çalışmasıdır. Sıcaklığın, gerçek sondaj şartlarını gösteren diğer değişkenlerle beraber sürtünmeye bağlı basınç kaybına etkisinin modellenmesi gibi gelecek çalışmalara ışık tutacaktır.
Özet (Çeviri)
Accurate estimation of friction pressure loss through annulus is important to avoid lost circulation, pipe sticking, kicks or more serious problems in drilling and well completion operations. Several studies have been performed to determine friction pressure loss experimentally and theoretically through pipe and annulus with the effects of eccentricity, pipe rotation, annulus geometry or flow regime by applying several rheological models. However, in addition to all of these factors, fluid rheology is dependent on temperature. Change in rheological properties of fluid also leads to shift in friction pressure loss. However, experimental studies about the effect of temperature on friction pressure loss for the flow of non-Newtonian fluids have not been conducted. This study experimentally investigated the effect of temperature on friction pressure loss through vertical concentric annulus (2.91 in X 1.85 in) with a polymerized drilling fluid including Polyanionic Cellulose (0.50 lb/bbl) and Xanthan Gum (0.75 lb/bbl). Friction pressure loss was determined with Herschel-Bulkley rheological model which has less error than Bingham Plastic and Power Law rheological models by comparing measured and calculated shear stresses with four different equivalent diameter concepts. Also, the most suitable equivalent diameter concept was chosen as hydraulic radius in laminar region, slot approximation in turbulent region by comparing experimental and theoretical results of friction pressure loss and flow rate. Temperature effects on rheological parameters, Reynolds number and apparent viscosity were investigated. Among rheological parameters, consistency index (K) and yield point (YP) were more sensitive to the effect of temperature than flow behavior index (n). Reynolds number and apparent viscosity vs. temperature plots with flow rates changing from 25 to 125 gpm were examined and it was observed that high shear rate significantly influenced Reynolds number with increasing temperature. Apparent viscosity also decreased significantly by increasing temperature at low shear rates. Also, transition from laminar to turbulent flow regime was accelerated by increasing temperature. As a result, these parameters were affected by temperature and thus, this led to a change in friction pressure loss and regime transition directly. This study is the starting point of investigation of the effect of temperature on non-Newtonian fluids. It will lead to future investigations for modeling temperature effect on friction pressure loss with considering real drilling conditions including eccentricity, inclination and inner pipe rotation.
Benzer Tezler
- Sabit ve hareketli türbülatörlerin ısı transferine etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of fixed and moving turbulators on heat transfer
İLKER FIRAT
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞENDOĞAN KARAGÖZ
- Minikanal ısı değiştiricilerde kanat geometrilerinin taşınım katsayısı ve basınç düşüşüne etkisinin incelenmesi
Experimental investigation of the effect of fin geometry on heat convection coefficient and pressure drop for minichannel heat exchangers
SELÇUK KARAGÖZ
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZDEN AĞRA
DOÇ. DR. HAKAN DEMİR
- Yeni geliştirilen türbülatörlerin ısı değiştiricilerinde ısıl verim ve basınç kaybı üzerindeki etkisinin deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of the effect of newly developed turbulators on heat efficiency and pressure loss in heat exchangers
HACİRE DEVİREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
EnerjiBatman ÜniversitesiYenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN KARAKAYA
- Plakalı tip ısı değiştirici plaka desenlerinin ısıl performansa etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of plate type heat exchanger plate patterns on thermal performance
HAYDAR YAĞMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiAmasya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HALİL BAYRAM
- Radyal dudaklı keçelerde keçe dudağı geometrisinin sızdırmazlık performansına etkisinin sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi ve deneysel incelenmesi
Numerical investigation and experimental verification of effect of the radial lip seal geometry on sealing performance
GÖRKEM TOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ