A coupled CFD-DEM model for sand production in oil wells
- Autores: Natalia Climent Pera
- Directores de la Tesis: Marcos Arroyo (dir. tes.), Antonio Gens Sole (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Catherine O'Sullivan (presid.), Lakshmikantha Mookanahallipatna Ramasesha (secret.), Stefano Utili (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería del Terreno por la Universidad Politécnica de Catalunya
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
En este estudio se ha representado el comportamiento de la roca en DEM utilizando el modelo de enlace paralelo (parallel-bond model - PBM) porque simulat el efecto del cemento entre partículas. El estudio ha implicado la calibración del model en DEM de la roca en comparación don datos reales. Además, las limitaciones del modelo en DEM se ha exploradoy se han llevado a cabo análisis de sensibilidad para examinar los efectos del parámetro de amortiguación (local damping). El principal objetivo de este estudio es mejorar la comprensión de la producción de arena basado en un modelo de acoplamiento con Dinámica de Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD) CFD-DEM. El CFD-DEM se usa frecuentemente para problemas de procesos y de ingeniería química. Para simular la interacción de las partículas con el fluido, el modelo sólido DEM es acoplado con el modelo de fluido (CFD). En esta tesis se ha llevado a cabo una validación del modelo CFD-DEM realizando simulaciones con una sola partícula y con análisis de tests de permeabilidad. Se han presentado simulaciones de producción de arena utilizando un modelo análogo a una arenisca homogénea, y finalmente se han presentado simulaciones de producción de arena bajo condiciones realistas.
Durante el proceso de extracción de petróleo se perfora un agujero y la arenisca queda sin apoyo junto a la vacidad y los granos de arena sueltos pueden entrar en el sistema de extracción del petróleo. Este proceso se llama producción de arena y pueden producirse varios problemas debido a este proceso, como obstruir el pozo o dañar el equipo instalado en el pozo. El estudio del proceso de producción de arena es de primordial importancia para una producción de hidrocarburo segura y rentable.
La mayoría de los modelos numéricos para predecir la producción de arena que se han estado usando hasta el momento están basados en medio continuo. No obstante, un método continuo no puede captar fácilmente algunas características importantes del problema de la producción de arena, como es la erosión, y requiere una formulación que se reconoce como una tarea difícil debido al gran número de interacciones y no-linearidades intrínsecas al problema. Por otro lado, los métodos basados en elementos discretos permiten una formulación más simple del problema y un entendimiento mejor de algunas de sus características. Los Métodos de Elementos Discretos (Discrete Element Methods - DEM) describen de una forma más natural la desagregación y la erosión de partículas de arena y de la interacción sólido-fluido.
