Simulation of solid particle trajectory in sieves through the discrete elements method

The mixture formed by drilling fluid and gravels returning from the oil well characterizes the residue from the well drilling operation. For the proper disposal of this residue a solid control system is necessary in drilling probes, in order to remove solids from the mixture. In contrast, the maximum possible recovery of the fluid is obtained. Vibrating screens are the first equipment of the solids separation system. They are designed to process all surrounding volume of the blend. It is characterized by the separation of coarse solids, preventing the passage of material with a size larger than the aperture of the screen. The characteristics and particularities of the sifting operation make the modeling of this process challenging. In this dissertation the gravel sieving is modeled using the method of discrete elements (DEM). The method counts the influence of different factors on the dynamics of each particle. The gravel is represented by the approximation with spherical particles. The material used to describe the particles was the marble, rock composed of the main minerals found in drilling gravels of national soils (calcite, quartz and dolomite). The sieve basket is described by particles of infinite mass and radius and the screen is modeled as a perforated contour. DEM accounts for the forces acting on the particles decomposed into normal and tangential components. To describe the force due to the contact was used the Hertz nonlinear model for the normal component and the Lee and Herrmann linear model for the tangential component. The simulated results consider the particle size distribution, the sieve inclination and the vibration direction angle and represent the behavior of the solid with a good approximation, which may aid in the improvement of the sieve design and optimization of the operation.FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDissertação (Mestrado)A mistura formada por fluido de perfuração e cascalhos que retorna do poço do petróleo caracteriza o resíduo da operação de perfuração de poços. Para o adequado descarte deste resíduo é necessário um sistema de controle de sólidos em sondas de perfuração, com a finalidade de remover os sólidos da mistura. Em contrapartida, tem-se a máxima recuperação possível do fluido. As peneiras vibratórias constituem o primeiro equipamento do sistema de separação de sólidos e são projetadas para processar todo o volume circundante da mistura. Caracterizam-se pela separação de sólidos grosseiros, impedindo a passagem de material com tamanho superior à abertura da tela. As características e as particularidades da operação de peneiramento tornam a modelagem deste processo desafiadora. Nesta dissertação o peneiramento de cascalho é modelado empregando-se o método de elementos discretos (DEM). Cada partícula que constituiu o material granular é modelada individualmente. O método contabiliza a influência de diferentes fatores sobre a dinâmica de cada partícula. O cascalho é representado pela aproximação com partículas esféricas. O material empregado para descrever as partículas foi o mármore, rocha em cuja composição estão presentes os principais minerais encontrados em cascalhos de perfuração de solos nacionais (calcita, quartzo e dolomita). O cesto da peneira é descrito por partículas de massa e raio infinitos e a tela é modelada como um contorno perfurado. O DEM contabiliza as forças atuantes nas partículas decompostas em componentes normal e tangencial. Para descrever a força devido ao contato empregou-se o modelo não linear de Hertz para a componente normal e o modelo linear de Lee e Herrmann para a componente tangencial. Os resultados simulados consideram a distribuição do tamanho de partículas, a inclinação da peneira e o ângulo de direção de vibração e representam o comportamento do sólido com boa aproximação, podendo auxiliar na melhoria do projeto da peneira e na otimização da operação