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Título: Estudo, desenvolvimento e aplicação de modelagens para o cálculo do aumento de pressão anular (APB) em poços
Autor(es): Santos, Tatiane de Gois
Palavras-chave: Aumento de pressão anular;Expansão térmica;Fluidos confinados;Modelagem matemática
Data do documento: 7-Abr-2017
Citação: SANTOS, Tatiane de Gois. Estudo, desenvolvimento e aplicação de modelagens para o cálculo do aumento de pressão anular (APB) em poços. 2017. 139f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Resumo: Annular pressure build-up (APB) is a thermal phenomenon that happens when oil and gas wells face temperature variations along their life cycle, and is generally take in account in the safety factors applied for the well design. Casing design have to take into consideration high pressures, resulting from this effect to the annular, therefore mitigating the risk of increasing internal pressure or collapsing the casing in weak points. Offshore wells do not have the option of controlling their annular pressure, and remotely bleed off annulus fluid in a controlled volume. Unmanned platforms and wells in remote locations face similar problems. Besides that, HPHT (high-pressure and high temperature) wells face high temperatures during long production times, which worsen the problem of pressure build-up in annular, because the thermal expansion of liquids tends to increase the temperature even more. From this context, this thesis presents the analysis of three models for annular pressure build-up (APB), to verify if a more simplified model can present an acceptable result. The first model, the simplest, considers that the thermal expansion of the fluid is governed by the ratio between the isobaric thermal expansion and the isothermal compressibility; the ballooning and reverse ballooning effect inside tubulars, and the complete rigidity of casings where they are cemented. The second model follows the same premises of the previous model; however, it also considers the deformation of the casing by the Poisson coefficient, as they are assumed to have axially fixed ends. The last model considers the well composed by a multiple sealed and interactive annular spaces, where those spaces influence each other, interdependently. It has a premise that the build-up in the annular pressure, caused by the fluid heating, and the corresponding change in radial, tangential and axial tensions, acting on casing tubular, reach the balance through the well. Results from the first two models shown that they overestimate pressures, when the annulus tubulars are cemented. On the other hand, the third model results show a good agreement with a commercial program, used as reference, for any well configuration.
metadata.dc.description.resumo: O aumento de pressão anular (APB – Annular Pressure Buildup) é um fenômeno térmico que ocorre em poços de petróleo que sofrem variações de temperatura ao longo de sua vida útil, geralmente considerado nos fatores de segurança utilizados nos projetos das tubulações dos poços. O projeto das tubulações e dos revestimentos deve levar em consideração as altas pressões resultantes deste efeito no anular, por aumentarem osriscos de falha por pressão interna ou por colapso do revestimento em pontos fracos. Poços submarinos não são equipados com a opção de controlar a pressão anular e desviar os líquidos liberados a um volume controlado. Plataformas não habitadas e poços em locais de difícil acesso enfrentam problemas semelhantes. Além disso, em poços HPHT (alta pressão e alta temperatura), as altas temperaturas, em desenvolvimento no poço durante períodos prolongados de produção, agravam o problema do aumento de pressão nos anulares, devido à expansão térmica dos líquidos tendem a aumentar em temperaturas mais elevadas. O presente trabalho apresenta a análise de três modelagens para o aumento de pressão no anular (APB), para verificar se um modelo mais simplificado pode ser suficiente para um resultado aceitável. O primeiro modelo, mais simplificado, considera que a expansão térmica do fluido é governada pela razão entre a expansão térmica isobárica e a compressibilidade isotérmica; a formação de balão e balão reverso nos revestimentos do anular; e a completa rigidez dos revestimentos nos trechos que estiverem cimentados. O segundo modelo segue as mesmas premissas do modelo anterior, a menos por considerar também a deformação do revestimento pelo coeficiente de Poisson. E o último modelo considera sistemas de múltiplos anulares, selados como sistemas interativos, onde os anulares influenciam-se uns pelos outros, e tem como premissa que o aumento de pressão anular, causado pelo aquecimento do fluido e o correspondente das tensões radial, tangencial e axial nas tubulações, devem atingir o equilíbrio através de todo o poço. Os resultados dos primeiros modelos demonstraram que estes superestimam, quando os anulares são cimentados. Enquanto que o terceiro modelo apresentou resultados com boa aproximação a um programa comercial para qualquer configuração de poço.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26315
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