[pt] O trabalho apresenta uma ampla revisão de conceitos básicos associados ao fluxo multifásico (fluxo simultâneo de dois ou mais fluidos) em meios porosos, bem como técnicas de ensaios e equipamentos utilizados na determinação de permeabilidades efetiva e absoluta em solos saturados e não saturados com água. Com base nesta revisão, e visando a medida da permeabilidade de solos não saturados submetidos a fluxo de misturas gasolina-álcool, foi projetados, construído e colocado em operação um sistema de permeâmetros de parede flexível com controle de sucção; foi desenvolvido um software de controle e implementando um sistema automático de monitoramento da instrumentação eletrônica utilizada para medidas de variação de volume, de pressões e de deslocamentos axiais das amostras desolo; foi implementado um sistema de bomba de fluxo para aplicação de vazões constantes nos ensaios de permeabilidade, e forma desenvolvidos sistemas de medição do volume dos líquidos e gases passando pela amostra sob diferentes gradientes de pressão. Todos os desenvolvimentos projetados e implementados são descritos em detalhe. Características de uso dos equipamentos e aspectos de calibração da instrumentação eletrônica e demais acessórios são discutidos, procurando-se definir limites de trabalhabilidade, eventuais deficiências e técnicas alternativas de ensaios envolvendo o uso de misturas álcool gasolina. Visando avaliar o comportamento dos equipamentos e acessórios desenvolvidos, apresenta-se e discute-se resultados de um programa experimental envolvendo a) o uso de amostras de um solo inerte, incompressível dentro dos níveis de tensões efetivas aplicadas, preparadas em laboratório utilizando técnicas especiais de modo a se obter uma estrutura repetitiva, fracamente cimentada, simulando os solos residuais de gnaisse; b) execução de ensaios de vazão constante visando a determinação da permeabilidade absoluta de amostras saturadas utilizando como fluidos permeantes água, ar gasolina e álcool; c) execução de ensaios de vazão constante visando a determinação das permeabilidades efetivas à água e ao ar de amostras não saturadas, submetidas a sucções constantes variando de cerca de 10 a 60 kPa. Os resultados obtidos indicam que o equipamento desenvolvido e as técnicas experimentais implementadas constituem ferramentas versáteis que possibilitam a determinação direta das permeabilidades absolutas e efetivas de forma relativamente simples e confiáveis. / [en] This work presents a wide revision of basic concepts associated to the multiphase flow (simultaneous flow of two or more fluids) in porous media as well as techniques of test and equipment s used in the determination of effective and absolute permeability in saturated and not saturated soils with water.With basis in this revision, and locking for the measure of saturated soils permeability submitted to flow of mixtures gasoline-alcohol, it was projected, built and placed in operation a system of flexible wall permeameters with suction control; a control software was developed and implementing an automatic system of monitoring of the electronic instrumentation used for measures of change volume, pressures and axial displacements of the soil samples; a flow pump system was implemented for application of constant rate in the permeability test, and systems of measurement of the volume of the liquids and gases were developed going by the sample under different pressure gradients.All the projected developments and implemented are described in detail. Characteristics of the used equipment s and calibration aspects of the electronic instrumentation and other accessories are discussed, trying to define workability limits, eventual deficiencies and techniques alternatives of testing involving the use of alcohol gasoline mixtures. Look in for evaluate the performance of equipment s and developed accessories, are presented and it is discussed results of an experimental program involving a) the use of samples of a inert soil, incompressible between levels of applied effective tensions,prepared in labortory using special techniques in way obtaining a repetitive structure, weakly cemented, simulating the residual soils of gnaisse; b) execution of constant rate test looking for the absolute permeability determination of saturated samples using as percolate fluids water, air, gasoline and alcohol; c) execution of constant rate test looking for the determination of the effective permeability to the water and the air of non saturated samples, submitted to constant suctions varying about 10 to 60 kPa.The obtained results indicate that the developed equipment and the implemented experimental techniques constitute versatile tools that make possible the direct determination of the absolute and effective permeabilities in way relatively simple and you trusted. / [es] EL trabajo presenta una amplia revisión de conceptos básicos asociados al flujo multifásico (flujo simultáneo de Dos o más fluidos) en medios porosos, así como técnicas de ensayos y equipamentos utilizados en la determinación de permeabilidades efectiva y absoluta en suelos saturados y no saturados con agua. Con el objetivo de medir la permeabilidad de suelos no saturados sometidos a flujo de mezclas de gasolina y alcohol, fue proyectados, construido y colocado en operación un sistema de permeámetros de pared flexible con control de succión; se desarrolló un software de control y se implementó un sistema automático de monitoramiento de la instrumentación eletrónica utilizada para medidas de variación de volumen, de presiones y de desplazamientos axiales de las muestras de suelo. Se implementó además; un sistema de bomba de flujo para aplicación de desbordamientos constantes en los ensayos de permeabilidad, y se deasarrollaron sistemas de medición del volumen de los líquidos y gases pasando por la muestra bajo diferentes gradientes de presión. Se detallan todos los desarrollos proyectados e implementaciones. Se discute las características de uso de los equipamentos y aspectos de calibración de la instrumentación eletrónica y demás accesorios, con el objetivo de definir límites de trabajabilidad, eventuales deficiencias y técnicas alternativas de ensayos que envuelven el uso de mezclas de alcohol u gasolina. Para evaluar el comportamiento de los equipos y accesorios desarrollados, se presentan y discuten los resultados de un programa experimental que considera a) el uso de muestras de un suelo inerte, incompresible dentro de los níveles de tensiones efectivas que fueron aplicadas, preparadas en laboratorio utilizando técnicas especiales para obtener una extructura repetitiva, debilmente cimentada, simulando suelos residuales de gnaise; b) ejecución de ensayos de desbordamiento constante visando la determinación de la permeabilidad absoluta de muestras saturadas utilizando como fluidos permeantes agua, ar gasolina y álcool; c) ejecución de ensayos de desbordamiento constante con el objetivo de determinar las permeabilidades efectivas a agua y aire de muestras no saturadas, sometidas a succiones constantes variando entre 10 a 60 kPa. Los resultados obtenidos indican que el equipo desarrollado y las técnicas experimentales implementadas constituyen herramientas versátiles que hacen posible la determinación directa de las permeabilidades absolutas y efectivas de forma relativamente simple y confiables.

O principal objetivo desta tese é estudar os efeitos inerciais e de pressão do escoamento médio sobre o próprio escoamento médio de jatos bi-dimensionais confinados. Os escoamentos considerados no presente trabalho são turbulentos, isotérmicos, incompressíveis e compostos por fluidos simples. A introdução e a revisão bibliográfica são feitas por meio da apresentação: das motivações tecnológicas e fundamentais para a escolha do tema da presente tese; do cenário no qual a abordagem adotada está inserida; dos parâmetros adimensionais usualmente adotados na literatura para caracterizar os jatos bidimensionais confinados (parâmetros clássicos); e dos dados experimentais levantados na literatura na forma de correlações semi-empíricas, e de perfis de propriedades do escoamento. A presente tese desenvolve uma abordagem integral e adimensional para jatos confinados. As hipóteses adotadas nesta abordagem são aquelas relativas a escoamentos em camada fina cisalhante, e a escoamentos não dissipativos. A abordagem é baseada em balanços integrais de massa e quantidade de movimento. Os termos de quantidade de movimento são classificados como inerciais ou de pressão; e como fluxos, forças ou fontes. Esta classificação permite analisar os efeitos considerados pelos parâmetros adimensionais clássicos. Os parâmetros clássicos não satizfazem simultaneamente às seguintes condições: ser baseado em uma superfície de controle fechada; e ter os efeitos inerciais e de pressão separados em parâmetros distintos. Desta forma, são desenvolvidos dois parâmetros adimensionais novos. Estes parâmetros novos são usados na definição de variáveis adimensionais cuja finalidade é obter uma regra de escalonamento apropriada. A regra de escalonamento desenvolvida é validada por meio de sua aplicação a três bancos de dados de literatura. Esta aplicação mostra a influência dos efeitos inerciais e de pressão sobre o escoamento. A qualidade dos dados experimentais de literatura e próprios também é avaliada pela aplicação desta mesma regra de escalonamento. O túnel de vento construído para estudo de jatos confinados axi-simétricos é apresentado por meio: dos requisitos de projeto; dos critérios de projeto; e da descrição dos componentes. Este túnel possui seção de teste com 300mm de diâmetro e 1500mm de comprimento; contração com razão de área de 4 : 1 e lanças de ar com diâmetros de 10mm, 40mm, 75mm e 150mm. Os procedimentos experimentais adotados na caracterização do escoamento do túnel de vento axi-simétrico incluem: a técnica de determinação do tensor das tensões de Reynolds e do vetor velocidade média em função de medições de velocidade média e de tensão normal de Reynolds em 6 direções distintas; a validação desta técnica; e as correções de posicionamento e de direcionamento do intrumento de medição. O instrumento de medição utilizado foi um anemômetro a laser (LDV). As principais contribuições da presente tese são as seguintes: redesenvolvimento dos parâmetros adimensionais clássicos de jatos confinados por meio de uma metodologia e nomenclatura unificada; proposição de dois parâmetros adimensionais para jatos confinados, um para efeitos inerciais e outro para efeitos de pressão; incremento do banco de dados experimentais referentes a jatos confinados; construção de um túnel de vento axi-simétrico para estudo de jatos confinados; e descoberta da existência de similaridade em jatos confinados com gradiente de pressão elevado. / The main objective of this thesis is to study the mean flow inertial and pressure effects on the mean flow itself in two-dimensional confined jets. The flows considered in the present work are turbulent, isothermal, incompressible and single-fluid. The introduction and the bibliographical review are done by the following presentations: technological and fundamental motivations for the choice of the thesis subject; the scene where the adopted approach is included; dimensionless parameters usually adopted in the literature for two-dimensional confined jets characterization (classic parameters); and experimental data found in literature as semi-empirical correlation, and as mean flow properties profiles. This thesis develops an integral and dimensionless approach for confined jets. The hypotheses adopted in such approach are the thin shear layer approximation, and the non-dissipative flow assumption. The approach is based on mass and momentum integral balances. The terms are classified as inertial or as pressure; and as flux, as force, or as source. Such classification allows the analysis of the effects considered by the dimensionless classic parameters. The classic parameters do not satisfy the following conditions simultaneously: to be based on a closed control surface; and to separate the inertial and pressure effects in distinct parameters. Due to this, two new dimensionless parameters are developed. The new dimensionless parameters are used in dimensionless variables definition whose purpose is to obtain a proper scaling rule. The developed scaling rule is validated applying it to three data banks from literature. This application shows the inertial and pressure effects on the flow. The quality of the literature and the own data bank is evaluated by this scaling rule application. The wind tunnel built for axi-symmetric confined jets studies is presented by: project requirements; project criteria; and components description. This tunnel has a test section with 300mm in diameter and 1500mm in length; contraction area rate of 4 : 1; and air guns with 10mm, 40mm, 75mm and 150mm in diameters. The procedures adopted in the axi-symmetric wind tunnel flow characterization include: the scheme to determine the Reynolds stress tensor and the mean velocity vector from mean velocity and normal Reynolds stress measurements in six distinct directions; this scheme validation; and the positioning and directioning probe corrections. The instrument used was a laser Doppler velocimeter. The main contributions of the present thesis are the following: redevelopment of the confined jets classic dimensionless parameters through an unified methodology and nomenclature; the proposition of two new confined jets dimensionless parameters, one for inertial effects and other for pressure effects. improvement of experimental data bank regarding confined jets; construction of an axi-symmetric wind tunnel for confined jet studies; and the discovery of the similarity existence in confined jets with high pressure gradient.

O principal objetivo desta tese é estudar os efeitos inerciais e de pressão do escoamento médio sobre o próprio escoamento médio de jatos bi-dimensionais confinados. Os escoamentos considerados no presente trabalho são turbulentos, isotérmicos, incompressíveis e compostos por fluidos simples. A introdução e a revisão bibliográfica são feitas por meio da apresentação: das motivações tecnológicas e fundamentais para a escolha do tema da presente tese; do cenário no qual a abordagem adotada está inserida; dos parâmetros adimensionais usualmente adotados na literatura para caracterizar os jatos bidimensionais confinados (parâmetros clássicos); e dos dados experimentais levantados na literatura na forma de correlações semi-empíricas, e de perfis de propriedades do escoamento. A presente tese desenvolve uma abordagem integral e adimensional para jatos confinados. As hipóteses adotadas nesta abordagem são aquelas relativas a escoamentos em camada fina cisalhante, e a escoamentos não dissipativos. A abordagem é baseada em balanços integrais de massa e quantidade de movimento. Os termos de quantidade de movimento são classificados como inerciais ou de pressão; e como fluxos, forças ou fontes. Esta classificação permite analisar os efeitos considerados pelos parâmetros adimensionais clássicos. Os parâmetros clássicos não satizfazem simultaneamente às seguintes condições: ser baseado em uma superfície de controle fechada; e ter os efeitos inerciais e de pressão separados em parâmetros distintos. Desta forma, são desenvolvidos dois parâmetros adimensionais novos. Estes parâmetros novos são usados na definição de variáveis adimensionais cuja finalidade é obter uma regra de escalonamento apropriada. A regra de escalonamento desenvolvida é validada por meio de sua aplicação a três bancos de dados de literatura. Esta aplicação mostra a influência dos efeitos inerciais e de pressão sobre o escoamento. A qualidade dos dados experimentais de literatura e próprios também é avaliada pela aplicação desta mesma regra de escalonamento. O túnel de vento construído para estudo de jatos confinados axi-simétricos é apresentado por meio: dos requisitos de projeto; dos critérios de projeto; e da descrição dos componentes. Este túnel possui seção de teste com 300mm de diâmetro e 1500mm de comprimento; contração com razão de área de 4 : 1 e lanças de ar com diâmetros de 10mm, 40mm, 75mm e 150mm. Os procedimentos experimentais adotados na caracterização do escoamento do túnel de vento axi-simétrico incluem: a técnica de determinação do tensor das tensões de Reynolds e do vetor velocidade média em função de medições de velocidade média e de tensão normal de Reynolds em 6 direções distintas; a validação desta técnica; e as correções de posicionamento e de direcionamento do intrumento de medição. O instrumento de medição utilizado foi um anemômetro a laser (LDV). As principais contribuições da presente tese são as seguintes: redesenvolvimento dos parâmetros adimensionais clássicos de jatos confinados por meio de uma metodologia e nomenclatura unificada; proposição de dois parâmetros adimensionais para jatos confinados, um para efeitos inerciais e outro para efeitos de pressão; incremento do banco de dados experimentais referentes a jatos confinados; construção de um túnel de vento axi-simétrico para estudo de jatos confinados; e descoberta da existência de similaridade em jatos confinados com gradiente de pressão elevado. / The main objective of this thesis is to study the mean flow inertial and pressure effects on the mean flow itself in two-dimensional confined jets. The flows considered in the present work are turbulent, isothermal, incompressible and single-fluid. The introduction and the bibliographical review are done by the following presentations: technological and fundamental motivations for the choice of the thesis subject; the scene where the adopted approach is included; dimensionless parameters usually adopted in the literature for two-dimensional confined jets characterization (classic parameters); and experimental data found in literature as semi-empirical correlation, and as mean flow properties profiles. This thesis develops an integral and dimensionless approach for confined jets. The hypotheses adopted in such approach are the thin shear layer approximation, and the non-dissipative flow assumption. The approach is based on mass and momentum integral balances. The terms are classified as inertial or as pressure; and as flux, as force, or as source. Such classification allows the analysis of the effects considered by the dimensionless classic parameters. The classic parameters do not satisfy the following conditions simultaneously: to be based on a closed control surface; and to separate the inertial and pressure effects in distinct parameters. Due to this, two new dimensionless parameters are developed. The new dimensionless parameters are used in dimensionless variables definition whose purpose is to obtain a proper scaling rule. The developed scaling rule is validated applying it to three data banks from literature. This application shows the inertial and pressure effects on the flow. The quality of the literature and the own data bank is evaluated by this scaling rule application. The wind tunnel built for axi-symmetric confined jets studies is presented by: project requirements; project criteria; and components description. This tunnel has a test section with 300mm in diameter and 1500mm in length; contraction area rate of 4 : 1; and air guns with 10mm, 40mm, 75mm and 150mm in diameters. The procedures adopted in the axi-symmetric wind tunnel flow characterization include: the scheme to determine the Reynolds stress tensor and the mean velocity vector from mean velocity and normal Reynolds stress measurements in six distinct directions; this scheme validation; and the positioning and directioning probe corrections. The instrument used was a laser Doppler velocimeter. The main contributions of the present thesis are the following: redevelopment of the confined jets classic dimensionless parameters through an unified methodology and nomenclature; the proposition of two new confined jets dimensionless parameters, one for inertial effects and other for pressure effects. improvement of experimental data bank regarding confined jets; construction of an axi-symmetric wind tunnel for confined jet studies; and the discovery of the similarity existence in confined jets with high pressure gradient.

[pt] Rampas de revezamento (RRs) são zonas altamente deformadas e que representam caminhos preferenciais do fluxo de fluidos nos reservatórios do pré-sal. O trabalho reside no estudo do comportamento do fluxo de fluidos e da poropressão em diferentes geometrias de RRs, para cenários de injeção e produção de um reservatório carbonático. Foram construídos dois modelos 2D de RR: soft-linked e hard-linked, e atribuído a eles propriedades para os materiais matriz, RR e zona de falha e definidas as condições iniciais e de contorno. Para cada modelo foram gerados três submodelos, nos quais se variou a posição dos poços. Definiu-se dois pontos observadores, um para cada modelo, no centro das RRs e foram testados sete cenários. Os resultados mostraram que, de maneira geral, as rampas soft-linked promovem uma maior comunicação no reservatório do que as rampas hard-linked. A influência da geometria da rampa foi significativa nas condições em que a permeabilidade da rampa e da matriz eram mais baixas e a poropressão não apresentou grande variação, ou seja, em reservatórios carbonáticos, cujo fluxo é dominado principalmente por falhas e fraturas. Contudo, à medida que a porosidade e permeabilidade aumentaram, assim como a variação da poropressão, a geometria da rampa passou a ter uma importância secundária comparada à disposição dos poços, ou seja, em reservatórios carbonáticos, cuja matriz é de boa qualidade permo-porosa. As fraturas na RR, a depender da direção em relação ao campo de tensões, tornaram o fluxo tortuoso. O estudo realizado trouxe importantes informações que podem auxiliar na otimização de malhas de drenagem de reservatórios carbonáticos e na recuperação dos hidrocarbonetos. / [en] Relay Ramps (RRs) are highly deformed zones and represent preferential fluid flow paths in pre-salt reservoirs. The purpose of this work is to study the behavior of fluid flow and poropressure in different relay ramp (RR) geometries, for injection and production scenarios of a carbonate reservoir development. Two 2D ramp models were built: soft-linked and hard-linked, assigned properties for the matrix, relay ramp and fault zone (damage zone and fault core) materials and defined initial and boundary conditions. For each model three sub models were generated, in which the position of the wells variated. Two observer points were defined, one for each model, in the center of the RRs and seven scenarios were tested. The results showed that, in general, soft-linked ramps promote greater reservoir communication than hard-linked ramps. The geometry influence of the ramp was significant in the conditions where the ramp and matrix permeability were lower and the poropressure did not vary much, that is, in carbonate reservoirs, whose flow is mainly dominated by faults and fractures. However, as porosity and permeability increased in the ramp and matrix, as well as the variation of poropressure, the geometry of the ramp became of secondary importance compared to the wells layout, that is, in carbonate reservoirs, whose matrix has high porosity and permeability. The fractures in RR, depending on the direction in relation to the stress field, made the flow tortuous. The study brought important information that can help in the optimization of drainage plan in carbonate reservoirs and the recovery of hydrocarbons.

Submitted by Jesiel Ferreira Gomes (jesielgomes@ufcg.edu.br) on 2018-04-18T00:27:12Z No. of bitstreams: 1 MARCELLA MAYARA COSTA ARAUJO ARAGÃO – DISSERTAÇÃO (PPGEPM) 2017.pdf: 3889032 bytes, checksum: b07ad0aff275b94b8f849a17c019fe8e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-18T00:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCELLA MAYARA COSTA ARAUJO ARAGÃO – DISSERTAÇÃO (PPGEPM) 2017.pdf: 3889032 bytes, checksum: b07ad0aff275b94b8f849a17c019fe8e (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / No gerenciamento de reservatórios petrolíferos um dos desafios é predizer o comportamento do fluxo de fluidos. A identificação das unidades de fluxo é complexa, por este motivo é necessário realizar a caracterização rochosa. Parâmetros como porosidade e permeabilidade devem ser conhecidos. O uso da estatística é útil para realizar a divisão do reservatório em zonas utilizando dados de testemunho e os perfis do poço. Esta pesquisa tem como objetivo aplicar duas técnicas alternativas, úteis para o reconhecimento de unidades de fluxo no campo de Namorado e realizar uma análise comparativa das técnicas verificando os resultados obtidos em ambas as abordagens, assim como obter o modelo tridimensional das zonas indicadas pelas técnicas. As técnicas utilizadas nesta dissertação são o zoneamento estatístico e índice de zona de fluxo (FZI). Utilizaram-se os dados de permeabilidade de quinze poços fornecidos pela Agência Nacional de Petróleo. Na primeira técnica foram calculadas as variâncias entre zonas, variâncias agrupadas dentro das zonas e por fim o índice de zoneamento com o qual foi possível a divisão de zonas. Na aplicação da técnica FZI o maior valor do índice indicou a profundidade de divisão entre zonas. Após a obtenção das zonas foram construídos dois modelos, o primeiro baseado no zoneamento estatístico, indicando as zonas; e o segundo baseado no FZI, apontando a localização das zonas correspondentes ao reservatório e aquelas associadas ao não-reservatório. Para a construção dos modelos tridimensionais utilizou-se o software geoestatístico SGeMS. De acordo com os resultados obtidos ficou evidenciado que as técnicas de zoneamento estatístico e FZI têm produzido resultados equivalentes em alguns poços, mas divergentes em outros. No entanto, o método FZI apresentou, na maioria dos poços, resultados mais satisfatórios em comparação ao zoneamento estatístico. / In oil reservoirs management one of the challenges is to predict the behaviour of the fluid flow. Identifying the flow units is complex task, therefore it is necessary to perform the characterization of rocks. Parameters such as porosity and permeability must be known. The use of statistics is useful to perform reservoir division into zones using core data and geophysical well logs. This research aims to apply two alternative well established techniques useful for the recognition of flow units in the Namorado field and conduct a comparative analysis of the techniques by looking at the results obtained in both approaches, as well as obtain the three-dimensional model of this field, as indicated by both techniques. The techniques used in this work are statistical zoning and flow zone index (FZI). In this research was used permeability data from 15 wells provided by the Brazilian National Petroleum Agency. In the first technique were calculated the variances between zones, grouped variances within zones and finally the zoning index with which it was possible divide the field into zones. On application of FZI the greatest value of the index indicated the depth of division between zones. After zones recognition, two model were constructed, the first one based on statistical zoning, indicating the zones; and the second based in FZI, pointing out the location of the zones corresponding to the reservoir and those associated with the nonreservoir. For the construction of three-dimensional models the geostatistical software SGeMS was used. According to the obtained results was evidenced that the techniques of statistical and FZI zoning have produced equivalent results in some wells, but different in others. However, the FZI method presented, in most wells, more satisfactory results compared to the statistical zoning.