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Eventos Anais de eventos

Anais de eventos

ENCIT 2022

19th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering

Modeling of complex displacement flows involving foamed fluids in annular geometries for well cementing applications

Submission Author: Rafael Peralta Moreira , RJ
Co-Authors: Rafael Peralta Moreira, Monica Naccache
Presenter: Monica Naccache

doi://10.26678/ABCM.ENCIT2022.CIT22-0055

 

Abstract

Multiphase displacement in annular geometries is present in many industrial applications involving the substitution of fluids, such as oil and gas well cementing operation, which plays a relevant role in well integrity. For some applications, combining a low-density high compressive strength cement is required, and foamed cement is often used in these scenarios. Foamed cementing involves the generation of a cement slurry with stable suspensions of nitrogen bubbles leading to pressure and temperature dependent densities and non-Newtonian rheology. To properly model the displacement complexity involving foamed fluids, a 3-dimensional (3D) computational fluid dynamics (CFD) model was developed. The conservation and constitutive equations are solved in an annulus, taking into the effect of pressure in fluid density and rheology. The volume-of-fluid (VoF) method was used to capture the interface between fluids. A validation of the implemented models was performed using exact solutions for axisymmetric single-phase flow with incompressible and compressible fluids, and Newtonian and non-Newtonian constitutive models. Further, the multiphase simulations show the removal efficiency of the drilling fluid by the foamed cement slurry in selected scenarios. The model developed may also be suitable for other applications involving displacement flows of foamed and energized fluids.

Keywords

OpenFOAM, 3-D CFD modelling, foams, displacement efficiency, Cementing, Cementing Operation, Rheology, Oil well drilling, foamed cementing

 

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