Pesquisa de Seleção de Tela de Poço de Controle de Areia – Parte 3

Pesquisa de seleção de tela de controle de areia – Parte 3

Modelo alternativoUma equipe da academia e da indústria revisou os recentes avanços nos testes de tela, interpretação e modelagem para aplicativos SAS. Com base em suas descobertas, a equipe propôs um método de seleção de tela com base em modelos numéricos e analíticos verificados em testes de laboratório. O objetivo principal desse método é eliminar ou reduzir o número de SRTs físicos que devem ser executados ao selecionar um tamanho e tipo de tela para uma determinada aplicação e para entender melhor a ciência da retenção de areia.

O estudo usou simulações SRT numéricas que combinavam dados experimentais em um esforço para ajudar a equipe a entender e relacionar as combinações de tela PSD e correlacionar a produção de areia com PSD de areia de formação até que a produção de areia pare ou seja limitada a finos.9A equipe primeiro estudou WWSs, que têm uma geometria mais simples do que a de outros tipos de tela, e realizou simulações usando o método de elementos discretos (PARA O). Este modelo numérico descreve comportamentos mecânicos, como massa,

Figura 5. Simulações de testes de retenção de areia usando o método de elementos discretos (PARA O). Usando o DEM, cientistas rastreiam informações como massa, velocidade, força e momento sobre cada partícula dentro do domínio computacional, ou caixa de simulação (deixei). Os pesquisadores usaram o DEM e um simulador de dinâmica molecular para modelar o desempenho em um experimento de pré-embalagem, gerando um empacotamento de esferas granulares polidispersas (bolas multicoloridas) sobre uma geometria de tela de envoltório de arame (camada azul) e, em seguida, fluindo o líquido através da embalagem. O tamanho individual e o número de partículas por tamanho foram obtidos a partir da distribuição de tamanho de partícula medida da amostra de areia de formação usada para o experimento correspondente. As simulações do método de elementos discretos foram então usadas para calcular a massa de areia produzida por unidade de área de tela para vários tamanhos de tela e distribuições de tamanho de partícula. Perto do final da simulação polidispersa, que exigia 24 horas em um cluster de rede de 48 processadores, partículas de areia (certo, verde, roxo, marrom, azul e branco) ponte entre as aberturas da tela (rosa)

Figura 6. Determinando a massa de areia produzida e toda a distribuição de tamanho de partícula da formação. O Mondal-Sharma (EM) método usa uma correlação entre o número de partículas de diâmetro Dp produzidas através de uma abertura de fenda de tela de largura, W. O número de partículas de cada diâmetro produzidas através da tela é contado e plotado contra Dp/W de cada simulação (topo). Neste caso, PSDs de formação A e B foram distribuídos em cinco tamanhos de caixa cada (fundo, linhas tracejadas) para gerar as distribuições de tamanho baseadas em número (D1A a D5A e D1B a D5B) usado para preencher a caixa de simulação (fundo). (Adaptado de Mondal et al, referência 9.)

Figura 7. Distribuição de tamanho de partícula (PSD) de areia de formação retida e produzida. O PSD da primeira camada de areia retida na tela (vermelho) tem a distribuição esperada das partículas de areia de larguras maiores que o tamanho da ranhura. O PSD da segunda camada (verde) está se aproximando da areia de formação (azul). Porque os tamanhos das partículas retidas na segunda camada são ditados pelos tamanhos dos poros da primeira camada, as partículas retidas eventualmente terão o mesmo PSD e permeabilidade que a areia de formação. (Adaptado de Chanpura et al, referência 13.)

para formar pontes de partículas estáveis, considerando que o parâmetro mais crítico que afeta o número de partículas de areia produzidas é a razão entre a largura da fenda e o diâmetro da partícula. Atualmente, altas viscosidades de fluidos e baixos gradientes de pressão facilitam a ponte de partículas; o aumento da pressão do fluido aumenta a produção de partículas quando os gradientes de pressão são de cerca de 2.3 MPa/m [100 psi/ft]. Em gradientes mais altos, Contudo, não existe tal dependência. Quando os resultados do modelo DEM foram plotados, a equipe observou uma relação de lei de potência. Esta relação foi confirmada pela plotagem dos dados experimentais, que revelou excelente concordância e tendências consistentes entre o modelo e os resultados experimentais.

Com base nessa relação recém-estabelecida, a equipe desenvolveu o Mondal-Sharma (EM) método, que usa o número e tamanho dos sólidos produzidos para estimar a massa de areia produzida (Figura 6).

Ao comparar a massa estimada de areia produzida pelo método M-S com a massa de areia produzida em experimentos, uma boa correspondência foi encontrada. O método M-S, que usa resultados de simulação DEM para desenvolver uma correlação simples, pode ser usado para estimar a massa de areia produzida sem realizar simulações DEM para todas as combinações possíveis de areia e tela.11 A equipe de pesquisa estendeu a aplicação do método M-S para incluir malha quadrada simples (PSM) telas, alcançando praticamente os mesmos resultados. Algumas conclusões das simulações WWS e PSM incluíram o seguinte:• As simulações são capazes de estimar a massa de areia produzida para um determinado PSD e tamanho de tela. • Os resultados das simulações concordam fortemente com aqueles de experimentos de pré-embalagem cuidadosamente controlados. • As simulações mostram que a massa de areia produzida por unidade de área de tela e por unidade a área de fluxo aberto é maior para PSMs de camada única do que para geometria de slot da mesma classificação e área de fluxo aberto padrão correspondente. • As simulações mostram que a proporção entre a espessura do fio e o tamanho da abertura parece ser um fator chave que contribui para o aumento massa de produção de areia de PSMs de camada única.

12Os pesquisadores então voltaram sua atenção para soluções analíticas e simulações de Monte Carlo para prever a produção de areia por meio de WWSs e telas PSM sob condições de teste de lama. Seus resultados mostraram que a solução analítica e a simulação numérica estavam em excelente acordo. A equipe mostrou que os métodos propostos foram capazes de estimar a distribuição de massa e tamanho do sólido produzido em um SRT do tipo pasta, levando em consideração o PSD completo da areia de formação. Simulações também mostraram que, com exceção de um problema de multas móveis, a produção de areia torna-se insignificante uma vez que a abertura da ranhura foi coberta por partículas maiores que a abertura (Figura 7).

Como no caso da modelagem de SRTs do tipo prepack, os métodos propostos podem ser usados ​​para estimar a produção de areia em SRTs do tipo lama para vários tamanhos de tela, permitindo assim a seleção do tamanho da tela com base em um nível aceitável de produção de areia. A seleção final da tela pode então ser confirmada por meio de um SRT do tipo pasta.13 Os resultados mostraram que mais de 90% da produção total de areia em massa ocorre durante a formação da primeira camada de partículas na tela e que o PSD da areia retida se aproxima do da areia de formação após algumas camadas de areia acumuladas na tela. Os resultados também revelaram que a massa de areia produzida durante a formação da primeira camada de partículas na tela é independente da forma do PSD para grãos menores que o tamanho do poro da abertura e é regida pela forma

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