Exchange flows in a vertical pipe : a laboratory study of failure regimes in plug cementing
Notice bibliographique
Résumé
This thesis investigates exchange flow dynamics between a dense, viscoplastic fluid and a lighter Newtonian fluid within a vertical pipe, simulating conditions in abandoned oil and gas wells. The study is motivated by the need to improve the decommissioning of old oil/gas wells, where dense cement slurry is pumped into water-filled wellbores to create a hydraulic seal. Due to the density difference between cement and water, the significant buoyancy forces can deform the plug before the cement solidifies, leading to leakage. With the increasing number of abandoned wells in Western Canada, understanding how to enhance cement plug placement is crucial. This experimental study investigates buoyancy-driven exchange flows within a vertical pipe, where the lower fluid has low Newtonian viscosity and the upper dense fluid has a yield stress. A gate valve is opened to allow the fluids to mix. No sustained fluid motions are observed when the ratio Y of the yield stress to the buoyancy stress exceeds a certain threshold, indicating a no-flow regime. However, an exchange flow ensues for smaller Y values, characterized by the upward penetration of the less-dense fluid in a central finger, displacing the upper fluid downwards along the pipe's walls. The observed flow behaviors belong to three distinct regimes: helical finger, disconnected finger, and slug flow. The increasing influence of inertial stresses relative to viscous stresses in counterbalancing buoyancy effects dictates the transition between these regimes. The disconnected finger and slug flow regimes are marked by a yielded fluid at the interface and early onset of instabilities. In contrast, helical fingers are primarily governed by viscous effects and slow evolution until the later stages of the experiments. A lubrication model is developed to quantify the changing behaviour of the flow regimes. The study recommends using lower-density cement to reduce buoyancy forces and employing a spacer between water and cement to delay flow initiation until the cement is sufficiently hydrated to resist movement.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».