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[en] FLOW MODELLING IN FRACTURE NETWORKS THROUGH EXPLICIT AND IMPLICIT REPRESENTATION / [pt] MODELAGEM DE FLUXO EM REDES DE FRATURAS POR MEIO DE REPRESENTAÇÃO EXPLÍCITA E IMPLÍCITAISMAEL RIBEIRO VASCONCELOS NETO 27 September 2021 (has links)
[pt] Meios porosos fraturados estão presentes em diferentes tipos de formações geológicas, como os maciços rochosos e os reservatórios de petróleo e gás. A modelagem adequada dos sistemas de fraturas presentes nesses meios é de grande relevância para o desenvolvimento de estratégias de exploração e produção dessas formações. Isso porque os processos de fluxo de fluido são fortemente influenciados pelas características dos sistemas de fraturas. Nesse contexto, diversas abordagens têm sido desenvolvidas para a modelagem desses problemas utilizando representações explícitas e implícitas para as fraturas. A representação explícita usando modelos de fraturas discretas fornece resultados precisos, mas possui um custo computacional elevado e apresenta dificuldades na construção de modelos mais complexos. Por outro lado, modelos de representação implícita, como o de dupla porosidade/dupla permeabilidade, são muito atrativos por incorporarem o efeito das fraturas nas simulações sem a necessidade de representá-las no modelo. No entanto, esses modelos são adequados para problemas envolvendo fraturas pequenas e conectadas, possuindo aplicabilidade limitada para representar fraturas principais de maior escala que podem dominar o fluxo. Assim, este trabalho apresenta algumas das abordagens disponíveis para a representação de formações porosas fraturadas. Diferentes cenários foram estudados para avaliar pontos fortes e limitações de cada método em diferentes aplicações. Além disso, uma nova formulação foi proposta para representar o efeito de fraturas isoladas, que se demonstrou eficiente em modelos com considerável número de fraturas. / [en] Fractured porous media are present in different types of geological formations as rock masses and oil and gas reservoirs. The proper modelling of the fractured systems present in these media is of high relevance to the development of production and exploitation strategies of these formations. This is because the fluid flow processes are strongly influenced by the fractured systems characteristics. In this context, several approaches have been developed to model these problems using explicit and implicit representations to fractures. The explicit representation using discrete fracture models provides accurate results, but has a high computational cost and exhibits difficulties to construct more complex models. On the other hand, implicit representation models, as the dual porosity/dual permeability, are very attractive because they incorporate the effect of fractures to simulations without the need to represent them explicitly in the models. However, these models are suitable to problems with small and connected fractures, and have limited capability to represent major fractures of larger scale that can dominate the flow. Therefore, this work shows some of the available approaches to represent fractured porous formations. Moreover, a new formulation was proposed to represent the effect of isolated fractures, which proved to be efficient in models with considerable number of fractures.
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[pt] MODELAGEM NUMÉRICA DE FLUXO EM MEIOS FRATURADOS E MEIOS POROSOS FRATURADOS / [en] NUMERICAL MODELLING OF FLOW IN FRACTURED AND FRACTURED POROUS MEDIACESAR AUGUSTO TORRES PAITAN 29 September 2014 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta o desenvolvimento/montagem de um sistema computacional para análise de fluxo em meios porosos, meios fraturados, porosos fraturados e em combinações destes meios, considerando regime permanente ou transiente, sob condições saturadas e não saturadas. O sistema consiste de quatro programas, três programas de funções específicas interligadas por rotinas de programação feitas na linguagem Cmaismais e o quarto é um visualizador de resultados. O FracGen 3D (Telles, 2006) gera fraturas ou famílias de fraturas de forma determinística ou probabilística. O programa ICEM CFD v.14 divide o domínio de interesse em sub-dominios, através da geração de malha de elementos finitos. O programa FTPF-3D (Telles, 2006) utiliza o método de elementos finitos para discretizar as equações governantes no espaço e em diferenças finitas no tempo, e para resolver a não linearidade, utiliza o método iterativo de Picard ou o método iterativo BFGS e finalmente O Pos3D é o responsável pela visualização dos resultados. Neste trabalho foram desenvolvidos cinco exemplos, dois deles para a validação deste procedimento, e três aplicados a um talude típico do Rio de Janeiro, os quais incluem fraturas verticais e juntas de alívio. Estes casos estudados verificam a influência das fraturas nos meios porosos em termos de carga de pressão, totais e campo de velocidades, para a verificação do comportamento hidráulico dos maciços e de eventuais instabilidades. / [en] This work presents the development/assembly of a computational system for flow analysis in porous media, fractured and fractured porous media and in combination of both media, considering steady or transient states under saturated and unsaturated conditions. The system comprehends four computational programs, three of them of specific functions interconnected by Cplusplus programing routines and the last program is an output viewer. FracGen 3D program (Telles, 2006) generates fractures or fracture families in a determinist or probabilistic way. ICEM CFD v.14 program divides the interest domain in sub-domains by means of the element finite mesh generation. FTPF-3D program (Telles, 2006) uses the element finite method to discretize the governing equations in the space domain and the difference finite method for the time domain and for solving the nonlinearity is used the iterative Picard or BFGS method, so that, finally, Pos3D viewer program is answerable by visualization of the results. In the present dissertation five examples were developed, two of them for the validation of this procedure and the three others applied to a typical slope in Rio de Janeiro, which include vertical fractures and relief joints on their slopes. All those studied cases evaluate the influence of the fractures on porous media in terms of pressure and total heads and velocity fields for verifying of the hydraulic behavior of solid masses and eventual instabilities.
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[pt] MODELAGEM NUMÉRICA PARA AVALIAÇÃO DO CONTROLE DAS ÁGUAS NA MINERAÇÃO / [en] NUMERICAL MODELING TO ASSESS THE CONTROL OF WATER IN MINEHUGO DAVID NINANYA DE LA CRUZ 25 June 2015 (has links)
[pt] O rebaixamento e controle das águas subterrâneas são atividades
implementadas e monitoradas de forma contínua ao longo da vida dos projetos de
mineração subterrânea ou a céu aberto. A implementação apropriada e eficiente
destas atividades depende de estudos hidrogeológicos de grande porte, que
permitem avaliar os sistemas de controle mais adequados. A procura da eficiência
técnico-econômica destes processos demanda análises numéricas de fluxo
tridimensionais de toda a região em estudo, caracterizada por profundas e
complexas estratificações de materiais permeáveis abaixo do lençol freático, como
normalmente abrangem projetos de mineração, onde as soluções analíticas não
podem mais ser aplicadas. O presente trabalho de pesquisa contribui na melhor
compreensão das formulações numéricas que representam o comportamento do
fluxo subterrâneo, através de dois estudos de caso, o primeiro em uma mina
subterrânea e segundo em uma mina superficial. No caso da mina subterrânea
foram incorporadas feições cársticas através de elementos discretos 1D dentro de
um modelo tridimensional de elementos finitos com o intuito de representar
caminhos preferenciais de fluxo. Foram discutidas as vantagens de incorporar tais
feições de forma explicita, quantificando o fluxo que passam por estas, que
alimentam à mina através de conexões diretas com um rio adjacente. Estes
elementos discretos permitem uma representação mais realista do meio
hidrogeológico e ao mesmo tempo, uma avaliação mais aprimorada dos efeitos no
comportamento do fluxo subterrâneo devido à impermeabilização superficial do
rio, como a solução mais coerente para este problema de infiltração. Também foi
elaborado um modelo hidrogeológico conceitual para representar o
comportamento hidrogeológico de uma mina a céu aberto, desenvolvendo uma
sistemática de uso adequado das condições de contorno e de restrição, a calibração
deste modelo e a verificação de diferentes cenários de fluxo, como resultado da
incorporação das diferentes técnicas de controle das águas avaliadas em regime
transiente, que abrange poços de bombeamento, paredes cut-off assim como
ponteiras filtrantes e drenos horizontais. As diferentes técnicas modeladas
mostraram resultados satisfatórios, sendo que arranjos de várias técnicas,
configuradas de forma localizada, resultam ser mais recomendáveis e eficientes
para tratar problemas particulares. / [en] Dewatering and groundwater control are activities continuously
implemented and monitored throughout the duration of underground mining or
open pit projects. The proper and efficient implementation of these activities
depends on large hydrogeological studies, for assessing the most appropriate
control systems. The demand for technical and economic efficiency of these
processes requires three-dimensional flow numerical analysis of the entire study
area, characterized by deep and complex stratifications of permeable materials
below the water table, as usually cover mining projects, where analytical solutions
cannot be applied. The present research contributes to a better understanding of
the numerical formulations that represent the behavior of groundwater flow via
two case studies—the first in an underground mine and the second in a surface
mine. In the case of the underground mine, 1D discrete elements were
incorporated within a finite-three dimensional model in order to represent
preferential flow paths. The advantages of incorporating such features explicitly to
quantify the flow passing through them, that feed the mine through direct
connections with an adjacent river, were discussed. The use of discrete elements
allows for a more realistic representation of the hydrogeological environment and,
at the same time, a more refined assessment of the effects on the behavior of
groundwater flow due to surface sealing of the river, as the most coherent solution
to this infiltration problem. Furthermore, a conceptual hidrogeologic model
representing the hydrogeological behavior of an open pit mine was created,
developing a system of the appropriate use of boundary and constraint conditions,
calibrating the model and verifying different flow scenarios, as a result of the
incorporation of different water control techniques assessed in transient regime,
such as covering pumping wells, cut-off walls as well as wellpoints and horizontal
drains. The different techniques modeled showed satisfactory results, with various
arrangements of techniques configured in a localized form resulting in the most
desirable and efficient treatments for particular problems.
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