Publicação: Construção de um arcabouço CFD parametrizável para o estudo de células de envelhecimento de fluidos de perfuração
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
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Resumo
O envelhecimento de fluidos de perfuração é tradicionalmente avaliado em células submetidas a
rotação sobre roladores, configuração que não estabelece um campo de cisalhamento bem definido.
Células dotadas de impelidor surgem como alternativa, ao impor cisalhamento controlado,
mas estão sujeitas ao surgimento de regiões de baixa velocidade, denominadas zonas mortas,
que comprometem a uniformidade do tratamento. Neste trabalho, concebeu-se e construiu-se, do
zero e em software livre, um arcabouço de fluidodinâmica computacional parametrizável para
a simulação do escoamento de fluidos de perfuração nessas células. A principal contribuição
reside justamente nessa parametrização: a geometria é integralmente definida por variáveis e
todo o fluxo de trabalho, da geração da geometria e da malha à solução e ao pós-processamento,
é automatizado e reprodutível, de modo que a investigação de novas configurações prescinde
de reconstrução manual. As propriedades do fluido foram determinadas experimentalmente por
retorta, picnometria a gás e ensaio de tixotropia. O modelo, implementado no OpenFOAM,
acopla a formulação Euler-Euler bifásica, o fechamento da fase sólida pela teoria cinética dos
escoamentos granulares, a força de arrasto de Gidaspow, a reologia tixotrópica de Houska com
evolução temporal do parâmetro estrutural e a representação da rotação do impelidor pelo Modelo
de Referência Múltipla, sobre geometria parametrizada em Gmsh. A conservação da massa da
fase sólida confirmou a consistência numérica do modelo, cuja solução mostrou-se independente
do refinamento da malha. O modelo reproduziu uma zona morta abaixo do impelidor, evidenciada
de forma convergente pelos campos de velocidade e de cisalhamento e pelo acúmulo de sólidos.
O arcabouço parametrizável desenvolvido constitui uma ferramenta reprodutível para estudos
futuros de projeto e otimização de células de envelhecimento de fluidos de perfuração.
Abstract
The aging of drilling fluids is traditionally assessed in cells rotated on roller devices, a configuration
that does not establish a well-defined shear field. Impeller-equipped cells arise as an
alternative, imposing controlled shear, but are subject to the formation of low-velocity regions,
known as dead zones, which compromise treatment uniformity. In this work, a parameterizable
Computational Fluid Dynamics framework was conceived and built from scratch, in free software,
to simulate the flow of drilling fluids in such cells. The main contribution lies precisely in
this parameterization: the geometry is fully defined by variables and the entire workflow, from
geometry and mesh generation to solution and post-processing, is automated and reproducible,
so that investigating new configurations requires no manual reconstruction. The fluid properties
were determined experimentally by retort, gas pycnometry and a thixotropy test. The model,
implemented in OpenFOAM, couples the two-phase Euler-Euler formulation, the solid-phase
closure by the kinetic theory of granular flow, the Gidaspow drag force, the thixotropic Houska
rheology with time evolution of the structural parameter, and the representation of the impeller
rotation by the Multiple Reference Frame approach, over a geometry parameterized in Gmsh.
The conservation of the solid-phase mass confirmed the numerical consistency of the model,
whose solution proved to be independent of mesh refinement. The model reproduced a dead zone
below the impeller, consistently evidenced by the velocity and shear-rate fields and by solids
accumulation. The developed parameterizable framework constitutes a reproducible tool for
future design and optimization studies of drilling-fluid aging cells.
Palavras-chave
Fluidodinâmica computacional, Parametrizável, Fluidos de perfuração, Célula de envelhecimento, OpenFOAM
Citação
BESSA, Luís Felipe Bento. Construção de um arcabouço CFD parametrizável para o estudo de células de envelhecimento de fluidos de perfuração. 2026. 71 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
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