Friction pressure loss determination of yield power law fluid in eccentric annular laminar flow

• Autorzy: Ahmed R. , Miska S. , Miska W.

Warianty tytułu

PL

Określenie strat ciśnienia przy przepływie laminarnym cieczy opisanej równaniem potęgowym z granicą płynięcia w niecentrycznej przestrzeni pierścieniowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Accurate predictions of friction pressure losses are very important in drilling and well completions operations. In some applications, for example, drilling in areas where the margin between pore pressure and fracture pressure gradients is small, inaccurate predictions of bore hole pressure may lead to serious complications and even a loss of the well. This paper is focused on a flow of yield power law type (pseudo-plastic with the yield stress) fluid in the annular space with the possibility that the inner pipe maybe eccentric. A new mathematical model that is based on a concept of generalized average wall shear rate - wall shear stress relationship is presented. A carefully designed laboratory facility that permits accurate differential pressure measurements as a function of flow rate in both pipe and annular flow has been developed. The desired rheology of the fluids was obtained by mixing two types of polymers (PAC and HEC) with water. Pipe flow measurements have been utilized to produce flow curves and subsequently the fluid rheological characterization (yield stress, consistency index and flow behavior index). The results of measured pressure losses are compared to those predicted by the proposed model. While the discrepancies are noticeable the difference is less than 15% and frequently is even less than 5%. We believe that the proposed model is simple useful for practical design applications

PL

Dokładne określenie strat ciśnienia przepływu płuczki w otworze jest bardzo ważne podczas wiercenia i dowiercania. W niektórych warunkach np. podczas wiercenia w interwałach, gdzie różnica między ciśnieniem porowym a gradientem ciśnienia szczelinowania jest mała, niedokładne określenie ciśnienia w otworze może prowadzić do poważnych komplikacji z likwidacją otworu włącznie. Artykuł dotyczy przepływu płynu posiadającego granicę płynięcia, opisanego równaniem potęgowym, w przestrzeni pierścieniowej, w sytuacji niecentrycznego ułożenia przewodu wiertniczego w stosunku do rur okładzinowych lub ściany otworu. Przedstawiony, model matematyczny oparty jest na idei średniej uogólnionej wartości naprężenia ścinającego przy ścianie otworu. Zaprojektowano i wykonano urządzenie laboratoryjne umożliwiające dokładny pomiar strat ciśnienia przy zmiennych prędkościach przepływu w rurze i przestrzeni pierścieniowej. Do badań użyto dwóch typów roztworów polimerów: PAC i HEC, o wymaganych parametrach reologicznych. Pomiary na stanowisku badawczym były podstawą do wykreślenia krzywych płynięcia ww. płynów, jak również do określenia parametrów reologicznych takich, jak: granica płynięcia, współczynnik konsystencji i współczynnik n (miara odchylenia od cieczy newtonowskiej). Wyniki pomiarów strat ciśnienia porównane zostały z wynikami uzyskanymi z obliczeń sporządzonych na podstawie prezentowanego modelu. Jakkolwiek rozbieżności są zauważalne, to jednak różnice nie przekraczają 15%, a w niektórych przypadkach nawet 5%. Mamy nadzieję, że proponowana metodyka będzie z powodzeniem wykorzystywana w zastosowaniach praktycznych

Słowa kluczowe

EN

drilling muds; pressure loss; fluid flow

PL

płuczka wiertnicza; straty ciśnienia; przepływ cieczy

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Wiertnictwo, Nafta, Gaz
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 23/1
• Strony: 47--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ahmed R.

• University of Tulsa

autor

Miska S.

• University of Tulsa

autor

Miska W.

• Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków

Bibliografia

• [1] Adariani Y.H.: Numerical Simulation of Laminar Flow of Non-Newtonian Fluids in Eccentric Annuli. The University of Tulsa 2005 (MSc Thesis)
• [2] Ahmed R.: Experimental Study and Modeling of Yield Power-Law Fluid Flow in Pipes and Annuli. Report prepared for TUDRP Advisory Board Meeting, the University of Tulsa, Nov. 14–15, 2005, Tulsa
• [3] Davison J.M., Clary S., Saasen A., Allouche M., Bodin D., Nguyen V.-A.: Rheology of Various Drilling Fluid Systems under Deepwater Drilling Conditions and the Importance of Accurate Predictions of Downhole Fluid Hydraulics. SPE paper 56632, presented at SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 3–6 October, Houston
• [4] Fang P., Manglik R.M., Jog M.A.: Characteristics of laminar viscous shear-thinning fluid flows in eccentric annular channels. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 84, 1999, 1–17
• [5] Haciislamoglu M., Langlinais J.: Non-Newtonian flow in eccentric annuli. Journal of Energy Resources, 1990, 163, 169
• [6] Iyoho A.W., Azar J.: An Accurate Slot-Flow Model for Non-Newtonian Fluid Flow Through Eccentric Annuli. SPE paper 9447, SPEJ, Issue: October, 565–572, 1981
• [7] Kozicki W., Tiu C.: Parametric Modeling of Flow Geometries in Non-Newtonian Flows. Encyclopedia of Fluid Mech., 7, 1986, 200–248
• [8] Kozicki W., Chou C.H., Tiu C.: Non-Newtonian flow in ducts of arbitrary cross--sectional shape. Chemical Engineering Science, 21, 1966, 665–679
• [9] Luo Y., Peden J.M.: Flow of Non-Newtonian Fluids through Eccentric Annuli. SPE paper 16692, Journal SPE Production Engineering, Feb. 1990, 91–96
• [10] Subramanian R., Azar J.J.: Experimental Study on Friction Pressure Drop for Non-Newtonian Drilling Fluids in Pipe and Annular Flow. SPE paper presented at the SPE International Oil and Gas Conference and Exhibition in China held in Beijing, China, 7–10 November 2000
• [11] Uner D., Ozgen C., Tosum I.: Flow of a Power-Law Fluid in an Eccentric Annulus. SPE paper 17002, Journal SPE Drilling Engineering, vol. 4, No. 3, Sept., 269–272
• [12] Vaughn R.D., Grace W.R.: Axial Laminar Flow of Non-Newtonian Fluids in Narrow Eccentric Annuli. SPE paper 1138, Issue: December, 1965, 277–280