Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-09T19:52:38Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Lorena Monteiro Cavalcanti Barbosa.pdf: 3341810 bytes, checksum: a11f35c60c2f472119efa988b23f0f6f (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-15T22:28:30Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Lorena Monteiro Cavalcanti Barbosa.pdf: 3341810 bytes, checksum: a11f35c60c2f472119efa988b23f0f6f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-15T22:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Lorena Monteiro Cavalcanti Barbosa.pdf: 3341810 bytes, checksum: a11f35c60c2f472119efa988b23f0f6f (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Os métodos multiescala são capazes de fornecer soluções numéricas acuradas para as equações de fluxos em reservatórios de petróleo altamente heterogêneos, com custos computacionais consideravelmente baixos quando comparados ao custo da simulação diretamente na escala mais fina. Um desafio as metodologias multiescala, em particular ao Método de Volumes Finitos Multiescala (MsFVM), consiste na simulação do escoamento em meios muito anisotrópicos, ou em meios que apresentem regiões com elevados gradientes de permeabilidade (exemplo: meios fraturados e com barreiras), isto acontece devido à necessidade do desacoplamento nas fronteiras dos sub-domínios, ou seja, o uso das condições de contorno reduzidas para calcular os operadore multiescalas. Essas condições de contorno configuram-se no núcleo das metodologias multiescala, pois desacoplam os subproblemas, possibilitando a obtenção de soluções na escala mais fina, porém, por não considerarem os fluxos normais às fronteiras, geram problemas de conservação nestas regiões. No presente trabalho, apresentamos uma variante do método multiescala, denominado Método Iterativo Multiescala Modificado para Volume de Controle (I-MMVCM). O I-MMVCM elimina a necessidade de uso dos volumes fantasmas, melhorando a acurácia dos operadores multiescala, e consequentemente aumenta a eficiência do método. A pressão é calculada em cada volume da malha grossa primal, utilizando as pressões anteriormente calculadas pelo MsFVM como condições de contorno de Dirichlet. Para garantir conservação em todo o domínio utilizamos dois métodos de correção, que visam corrigir o fluxo na malha grossa primal. Adicionalmente, comparamos os resultados obtidos por dois Métodos de Volumes Finitos com Aproximação de Fluxo por Múltiplos Pontos (MPFA), o MPFA-O ou MPFA-TPS (Triangle Pressure Support) e o MPFA-FPS (Full Pressure Support). Para a solução do problema de saturação utilizamos o Método de Ponderação à Montante de Primeira Ordem (First Order Upwind Method - FOUM), método dos volumes finitos de alta ordem (Higher Order Finite Volume –HOFV) e um método de linhas de fluxos (Streamlines). Finalmente, o sistema de equações governantes é resolvido seguindo a estratégia IMPES (Implicit Pressure, Explicit Saturation). / The multiscale methods are cable to provide accurate numerical solutions for the flow equations in highly heterogeneous petroleum reservoirs, with considerably lower computational costs when compared to the computational cost of simulating directly on the fine scale. A challenge for multiscale methods, in particular for the Multiscale Finite Volume Method (MSFVM), consist in modeling flow in highly anisotropic oil reservoir, or in medium with high permeability gradients (eg fractured media and barriers), it happens due to necessity of the decoupling at the frontier of the sub-domains, thais is, the use of reduced boundary conditions for calculate the multiscale operator. These boundary conditions are the core of all multiscale methodologies, they uncouple the problem into smaller subproblems, making it possible to obtain solutions on the fine scale, but since they do not consider the flows normal to the boundaries, they break the mass conservation law in these regions. In the present work, we present a variant of the multiscale method called the Iterative Modified Multiscale Control Volume Method (I-MMVCM). The I-MMVCM eliminates the need to use ghost volumes, improving the accuracy of multiscale operators, therefore increasing the efficiency of the method. The pressure is calculated on each volume of the primal coarse mesh, using the pressures previously calculated by the MsFVM as Dirichlet boundary conditions. In order to reimpose conservation in the domain we use two correction methods, which are designed to correct the upscaling flow of the primal coarse mesh. In addition, we compared the results obtained by two Finite Volume Methods with Multi-Point Flow Approximation (MPFA), the MPFA-O or MPFA-TPS (Triangle Pressure Support) and MPFA-FPS (Full Pressure Support). To solve the transport problem we use the First Order Upwind Method (FOUM), high order finite volume method (HOFV) and the method of the streamlines. Finally, the system of governing equations is solved using the Implicit Pressure Explicit Saturation (IMPES) strategy.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Este trabalho à dedicado ao estudo do processo de transporte de fluido e massa atravÃs de sistemas irregulares. Na primeira parte desta tese, abordamos a dinÃmica do escoamento ocorrendo atravÃs de canais rugosos auto-afins. Essencialmente, os aspectos relevantes na compreensÃo do escoamento em sistemas irregulares sÃo o {it estrutural}, intimamente associado à conformaÃÃo topolÃgica e morfolÃgica do meio, e o {it fenomenolÃgico}, que faz referÃncia aos mecanismos de transporte. Portanto, inicialmente descrevemos a topologia e a morfologia do sistema irregular. Consideramos que a geometria das interfaces que constituem o duto apresenta propriedades estatÃsticas invariantes sob transformaÃÃes de escala anisotrÃpicas, ou seja, possuem correlaÃÃes espaciais de longo alcance e podem, portanto, ser caracterizadas como superfÃcies fractais auto-afins. Mostramos que o carÃter irregular desta geometria adiciona um grau de complexidade ao problema do escoamento, refletindo-se nas propriedades dos campos de velocidade e pressÃo. Como complementaÃÃo deste estudo, investigamos o processo do transporte de partÃculas com massa arrastadas por um fluido escoando no interior das estruturas rugosas anteriormente mencionadas. Investigamos como a rugosidade da estrutura influencia fortemente a natureza deste fenÃmeno e estudamos o comportamento do tempo mÃdio de trÃnsito das partÃculas no interior destes dutos rugosos, em funÃÃo de parÃmetros como o nÃmero de Stokes e o coeficiente de restituiÃÃo. Mostramos que o transporte de partÃculas em dutos com geometria auto-afim à caracterizado pela existÃncia de quatro regimes bem distintos entre si e determinados pela competiÃÃo localizada entre dois mecanismos: as interaÃÃes partÃcula-estrutura (colisÃes) e partÃcula-fluido (escoamento). AtravÃs de simulaÃÃes numÃricas de partÃculas nÃo-Brownianas transportadas por um fluido em um meio poroso, investigamos a influÃncia da geometria e dos efeitos inerciais sobre a eficiÃncia de captura de uma matriz sÃlida. No caso de um arranjo periÃdico de cilindros e sob a aÃÃo da gravidade, nossos resultados revelam que $delta sim St$, onde $delta$ à a eficiÃncia de captura de partÃcula, e $St$ à o nÃmero de Stokes. Na ausÃncia de gravidade, observamos uma tÃpica transiÃÃo de segunda ordem entre a captura e a nÃo-captura de partÃculas, que pode ser expressa como $delta sim(St-St_{c})^{alpha}$, com um expoente $alpha approx 0.5$, onde $St_{c}$ à o nÃmero de Stokes crÃtico. TambÃm realizamos simulaÃÃes para o escoamento atravÃs de um meio poroso aleatÃrio e confirmamos que este comportamento para a captura de partÃculas à consistente com o modelo periÃdico simples. AlÃm disso, abordamos outro aspecto do processo de transporte de fluido e massa atravÃs de sistemas irregulares, nomeadamente o transporte e captura de partÃculas arrastadas por um escoamento hidrodinÃmico no interior de uma estrutura arborescente. Uma vez caracterizado o escoamento nestas estruturas complexas, passamos efetivamente à abordagem do processo de transporte de partÃculas com massa arrastadas por um fluido, integrando-se numericamente a equaÃÃo do movimento para cada partÃcula. O objetivo deste estudo à compreender, principalmente, a dinÃmica de captura de partÃculas e poluentes no interior das vias respiratÃrias. No entanto, a aproximaÃÃo realizada foi mais abrangente. Examinamos a influÃncia que certos parÃmetros fÃsicos e geomÃtricos, tais como os fatores de homotesia, os Ãngulos de ramificaÃÃo e o nÃmero de Reynolds, exercem sobre o processo citado. Esta abordagem nos permitiu pÃr em destaque uma universalidade notÃvel das leis de captura nas estruturas ramificadas. / This work is dedicated to the study of the transport process of fluid flow and mass through irregular systems. In the first part of this thesis, we approach the transport of fluids in self-affine fractured channels. Essentially, the important aspects to the comprehension of the fluid flow in an irregular geometry are the {it structural} one, associated to the topological and morphologic conformation of the fractured media, and the {it phenomenological} one, that refers to the transport mechanisms. Therefore, initially we describe the topology and the morphology of the fracture network. We consider that the geometry of the interfaces that constitutes the channel has statistical properties that are invariant under anisotropic transformations of scale, i.e. they possess long-range correlations in space and, than, can be characterized as self-affine fractals surfaces. We show that the irregular character of this geometry adds a degree of complexity to the problem of the fluid flow that substantially affects the statistical properties of the velocity and pressure fields. As a complement of this study, we investigate the process of the particle transport with mass dragged by a fluid that flows into the rough structures previously mentioned. We investigate how the roughness influences the nature of the transport of particles by studying the behavior of their average transit time, as a function of parameters like the Stokes number and the coefficient of restitution. We show that the particle transport in ducts with self-affine geometry displays a complex behavior that is characterized by the existence of four regimes and determined by the local competition between two mechanisms: the interaction between particle and structure (collisions) and between particle and fluid (flow). We investigate through numerical calculation of non-Brownian particles transported by a fluid in a porous medium, the influence of geometry and inertial effects on the capture efficiency of the solid matrix. In the case of a periodic array of cylinders and under the action of gravity, our results reveal that $delta sim St$, where $delta$ is the particle capture efficiency, and $St$ is the Stokes number. In the absence of gravity, we observe a typical second order transition between non-trapping and trapping of particles that can be expressed as $delta sim(St-St_{c})^{alpha}$, with an exponent $alpha approx 0.5$, where $St_{c}$ is the critical Stokes number. We also perform simulations for flow through a random porous structure and confirm that its capture behavior is consistent with the simple periodic model. Moreover, we inquire into another aspect of the transport process of fluid and mass through irregular systems, namely the transport and capture of particles dragged by a hydrodynamic flow into a ramified structure. After we solve the fluid flow through these complex structures, we pass effectively to the investigation of the transport process of massive particle dragged by a fluid, through numerical integration of the movement equation for each particle. The aim of this study is to understand, mainly, the dynamics of particle and pollutants capture into the airways. Nevertheless, the selected approach was broader. We examine the influence that certain physical and geometric parameters, such as the homothety factors, the bifurcation angles and the Reynolds number, exert on the mentioned process. This approach allowed us to clarify a remarkable universality of the laws of capture in the ramified structures.

This work is devoted to the numerical analysis of saturated porous media, taking into account the damage phenomenon on the solid skeleton. The porous media is taken into poroelastic framework, in full-saturated condition, based on the Biot\'s Theory. A scalar damage model is assumed for this analysis. An implicit Boundary Element Method (BEM) formulation, based on time-independent fundamental solutions, is developed and implemented to couple the fluid flow and the elasto-damage problems. The integration over boundary elements is evaluated by using a numerical Gauss procedure. A semi-analytical scheme for the case of triangular domain cells is followed to carry out the relevant domain integrals. The non-linear system is solved by a Newton-Raphson procedure. Numerical examples are presented, in order to validate the implemented formulation and to illustrate its efficiency. / Este trabalho trata da análise numérica de meios porosos saturados, considerando danificação na matriz sólida. O meio poroso é admitido em regime poroelástico, em condição saturada, com base na teoria de Biot. Um modelo de dano escalar é empregado nesta análise. Uma formulação implícita do Método dos Elementos de Contorno (MEC), baseada em soluções fundamentais independentes do tempo, é desenvolvida e implementada de forma a acoplar os problemas de difusão de fluido e de elasto-dano. A integração sobre os elementos de contorno é feita através da quadratura de Gauss. Um esquema semi-analítico é aplicado sobre células triangulares para avaliar as integrais de domínio do problema. A solução do sistema não linear é obtida através de um procedimento do tipo Newton-Raphson. Apresentam-se exemplos numéricos a fim de validar a formulação implementada e demonstrar sua eficiência.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-22T19:45:32Z No. of bitstreams: 1 gustavomirandateixeira.pdf: 21289543 bytes, checksum: 065f79ef58fa71e8e9917d39cf048fe1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T19:26:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gustavomirandateixeira.pdf: 21289543 bytes, checksum: 065f79ef58fa71e8e9917d39cf048fe1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T19:26:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gustavomirandateixeira.pdf: 21289543 bytes, checksum: 065f79ef58fa71e8e9917d39cf048fe1 (MD5) Previous issue date: 2011-07-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A Simulação de Reservatórios é uma importante área da engenharia de reservatórios. Simuladores são baseados em modelos matemáticos que modelam o escoamento dos fluidos através do meio porosos. Modelos água-óleo incompressíveis são representados por sistemas de equações diferenciais parciais em duas variáveis: pressão e saturação dos fluidos. O problema consiste de um sistema de equações de difícil resolução e que exige o uso de métodos iterativos para aproximar a solução. Neste trabalho foi feita uma comparação entre métodos numéricos que aproximam a solução deste problema através uma abordagem acoplada, utilizando um método implícito e um esquema desacoplado. O sistema desacoplado utiliza um método implícito para obter a solução da equação da pressão, enquanto a solução da saturação é aproximada através dos métodos de Euler Explícito e BDF (Backward Differentiation Formulas). Para resolver as equações no espaço, os métodos de Kurganov-Tadmor e o Esquema Upwind foram utilizados. O Esquema Upwind é um método de primeira ordem, enquanto o Kurganov-Tadmor (KT) é um método central de segunda ordem. Testes foram realizados utilizando diferentes tipos de reservatórios e propriedades da rocha e do óleo. Os resultados foram comparados com soluções precisas para medir o erro numérico introduzido por cada método. Através dos resultados obtidos nesse trabalho foi possível comparar os métodos e observar que a solução através de um esquema desacoplado é mais vantajosa, principalmente ao utilizar o método BDF para resolver a equação da saturação no tempo. Comparando o esquema Upwind com o KT, verificamos que, como esperado, o KT é um método menos difusivo. Nosso trabalho sugere que o uso do método KT em associação com o BDF resulta em um método mais preciso. Por outro lado, o KT é computacionalmente mais custoso do que o Esquema Upwind. Contudo, para produzir resultados com erros numéricos semelhantes aos do KT, o método Upwind chega a ser mais de seis vezes mais lento. / Reservoir simulation is part of an important area of reservoir engineering. Reservoir simulators are based on mathematical models capable of predicting the fluid flow through porous medium. Water-oil incompressible models are represented by a system of differential partial equations in two variables: pressure and the fluid saturation. The system of equations of the problem is not simple to solve and it demands the use of iterative methods to get the approximate solution. In this work we compared a coupled implicit approach and a decoupled scheme. The decoupled system evolves in time using an implicit method to solve the pressure equation solution whereas the solution for the saturation equation is obtained using Explicit Euler and BDF (Backward Differentiation Formulas) methods. The solutions in space discretization use the Kurganov-Tadmor method and the Upwind Scheme. Upwind Scheme is a first-order finite volume based method whereas Kurganov-Tadmor (KT) is a second-order central scheme. Different kinds of reservoir types and different rock and oil properties were used to compare the results with more precise solutions in order to estimate the amount of numerical errors introduced by each method. These results allowed us to quantify the difference between the analyzed methods and to observe that the solution obtained from the decoupled method yields the best results, in particular when the BDF method is used to solve the saturation equation in time. The solution from the BDF method in association with the Upwind Scheme compared with the KT shows that, as expected, the KT method is less diffusive than the Upwind. Our work suggests that the use of the KT method in association with the BDF results in a more accurate method. On the other hand, the KT method is computationally more expensive compared to Upwind Scheme. Nevertheless, to produce numerical results with similar errors to KT, the Upwind Scheme can be more than five times slower.

[pt] Este trabalho apresenta novas diretrizes para o estudo de escoamentos saturados em meios porosos rígidos e elásticos lineares. São propostas novas abordagens do problema que vão desde a modelagem até a teoria de aproximação numérica. Destacam-se os seguintes pontos: - Apresentação de uma teoria sistem[atica e consistente para descrever o problema que generalize a teoria clássica, a qual, baseada em observações experimentais, utiliza a lei de Darcy como forma de expressar o balanço de momentum para o fluido. - Derivação de estimativas de erro para a aproximação por elementos finitos das equações que descrevem o problema de escoamentos em meios porosos elásticos lineares. Nesta área é dado ênfase a análise do problema de consolidação linear de solos saturados proposto por Biot. Para aumentar as taxas de convergência e consequentemente melhorar a precisão da solução aproximada são propostas técnicas de pós-processamento sequencial de Galerkin - Petrov-Galerkin. / [en] This work presentes new directions in the modelling and approximation theory for the problem of saturated flows in rigid and linear elastic porous media. The following aspects are emphasized. - Presentation of a systematic and consistent theory to describe the problem that generalizes the classical theory, wich, based on experimental observations, expresses the momentum balance for the fluid by Darcy s law. - Derivation of error estimates of finite element approximation of seepage in porous elastic media. In this area we emphasize the Biot s model of consolidation. Sequential post-processing techniques are proposed to improve the rates os convergence of pore pressure and effective stress approximations.

[pt] A natureza física do amortecimento nos solos e sua formulação matemática têm sido objeto de intensa pesquisa ao longo do último meio século. Estes vários ensaios para explicar os mecanismos de perda de energia durante os episódios de vibração surgem da importância do amortecimento no problema de propagação de ondas para fins de engenharia. O objetivo deste estudo é propor uma maneira alternativa de analisar o fenômeno do amortecimento em solos, considerando o problema de vibração como um problema matemático poromecânico acoplado onde deslocamentos relativos e velocidades entre as duas fases que compõem o material geológico, fluido e sólido, gera forças de interação nas interfaces e pode desempenhar um papel importante na perda de energia vibracional dos solos. Presume-se que o problema seja resolvido na escala de poros, concentrando-se nas condições cinéticas e dinâmicas na interface entre o esqueleto sólido e o fluido de saturação. Variáveis adimensionais que misturam propriedades fluidas e sólidas permitem o acoplamento do problema, resultando no surgimento de uma massa aparente, coeficientes de amortecimento e rigidez que serão introduzidos posteriormente nas equações de movimento. A equação proposta de amortecimento será então justaposta a testes de laboratório e uma comparação com os modelos mais importantes da literatura será feita usando o software DEEPSOIL para análise de propagação de ondas para verificar sua validade. / [en] The physical nature of damping in soils and its mathematical formulation attempts have been the subject of intensive researches along the last half century. These several trials to explain the mechanisms of energy loss during vibration episodes arise from the importance of damping in the wave propagation problem for engineering purposes. The aim of this study is to propose an alternative way to analyze the damping phenomenon in soils by looking at the vibration problem as a coupled poromechanical mathematical problem where relative displacements and velocities in between the two phases that compose the geological material, fluid and solid, generates interaction forces at the interfaces and can play an important role in the vibrational energy loss of soils. The problem is assumed to be solved at the pore scale, focusing on the kinetic and dynamic conditions at the interface in between the solid skeleton and the saturating fluid. Dimensionless variables that mixes fluid and solid properties allows the coupling of the problem, resulting on the rising of an apparent mass, damping and stiffness coefficients that will be introduced later in the equations of motion. The proposed equation of damping will thus be juxtaposed to laboratory tests data and a comparison with the most important models in the literature will be done further using the software DEEPSOIL for wave propagation analysis to check its validity.

[pt] Este estudo procurou observar e quantificar os parâmetros operacionais que governam as propriedades permoporosas da torta de filtração, formada após o escoamento de uma solução de glicerina com uma determinada concentração de sólidos. A formação de um reboco externo de baixa permeabilidade é um dos fatores mais importantes para minimizar da invasão do filtrado de fluido na rocha reservatório. A contaminação do reservatório pelo filtrado do fluido pode trazer vários problemas operacionais, que serão discutidos nesta dissertação. A eficiência do sistema de fluidos em minimizar a invasão é normalmente avaliada através de ensaios padrão de filtração estática. Neste trabalho dois objetivos centrais são definidos: Identificar os parâmetros operacionais que governam as propriedades permoporosas do reboco externo através de ensaios de filtração estática e disponibilizar uma metodologia para a avaliação da invasão do filtrado do fluido de perfuração na geometria poço-reservatório (escoamento radial), a partir de ensaios de laboratório de filtração estática (escoamento linear). Os resultados indicam que a solução da lei Darcy para o problema de filtração com formação de torta incompressível mostrou - se adequada para grande maioria dos ensaios experimentais com solução de glicerina contendo agentes obturantes. O mesmo não se verificou para ensaios com solução de goma xantana como meio contínuo. Os resultados experimentais obtidos mostraram também que, para uma mesma solução de glicerina contendo agente obturante, os valores de permeabilidade da torta de filtração obtidos na geometria linear e na geometria radial são semelhantes. Desta forma, pode - se validar a metodologia de previsão do grau da invasão de fluidos de perfuração na rocha reservatório (configuração radial) a partir de ensaios convencionais de laboratório (configuração linear). / [en] This work deals with the understanding of the major operational parameters governing filter cake building drilling fluids invasion through reservoir rocks. The ability of the fluid system to prevent invasion is normally evaluated by standardized static filtration experiments. In these tests, the fluid is pressurized through a filter paper or into a consolidated inert porous medium. The volume which crosses the porous core is monitored along the time. Darcy flow modeling of non-compressible cakes proved to reproduce adequately the filtration of a Newtonian fluid + particulate system through ceramic and sinterized steel disks. Pressure differential, particle size and shape proved to be relevant parameters affecting filter cake permeability and porosity. The present study proposes, through the coupling of a linear filtration formulation (lab configuration) and a radial single phase formulation (wellbore vicinity), to predict fluid invasion depth of fluid filtrate in the reservoir rock. Modeling is validated with linear and radial lab tests. The proposed methodology is a requirement for optimum drilling fluid design to be used in the drilling of reservoir sections in both exploratory and development wells.

Ce travail est consacré à l'analyse numérique des milieux poreux saturés, en tenant comptele phénomène d'endommagement sur le squelette solide. Le milieu poreux est pris dans lecadre poro-élastique, dans un état complètement saturé, d'après la théorie de Biot. Unmodèle scalaire d'endommagement est supposé pour cette analyse. Une formulationimplicite de la Méthode des éléments de frontière, basée sur des solutions fondamentalesindépendantes du temps, est développé et implantée numeriquement pour coupler lesproblèmes de l'écoulement de fluide et de l'elasticité endommageable. L'intégration sur deséléments de frontière est realisée en utilisant la méthode numérique de Gauss. Un schémasemi-analytique pour le cas des cellules triangulaires de domaine est suivie pour évaluer lesintégrales de domaine pertinentes. Le systéme non-linéaire est résolu par une procédure deNewton-Raphson. Des exemples numériques sont présentés, afin de valider la formulationimplantée et pour illustrer son efficacité. / This work is devoted to the numerical analysis of saturated porous media, taking into accountthe damage phenomenon on the solid skeleton. The porous media is taken into poroelasticframework, in full-saturated condition, based on the Biot’s Theory. A scalar damage model isassumed for this analysis. An implicit Boundary element Method (BEM) formulation, basedon time-independent fundamental solutions, is developed and implemented to couple thefluid flow and the elasto-damage problems. The integration over boundary elements isevaluated by using a numerical Gauss procedure. A semi-analytical scheme for the case oftriangular domain cells is followed to carry out the relevant domain integrals. The non-linearsystem is solved by a Newton-Raphson procedure. Numerical examples are presented, inorder to validate the implemented formulation and to illustrate its efficiency. / Este trabalho trata da análise numérica de meios porosos saturados, considerandodanificação na matriz sólida. O meio poroso é admitido em regime poroelástico, emcondição saturada, com base na teoria de Biot. Um modelo de dano escalar é empregadonesta análise. Uma formulação implícita do Método dos Elementos de Contorno (MEC),baseada em soluções fundamentais independentes do tempo, é desenvolvida eimplementada de forma a acoplar os problemas de difusão de fluido e de elasto-dano. Aintegração sobre os elementos de contorno é feita através da quadratura de Gauss. Umesquema semi-analítico é aplicado sobre células triangulares para avaliar as integrais dedomínio do problema. A solução do sistema não linear é obtida através de um procedimentodo tipo Newton-Raphson. Apresentam-se exemplos numéricos a fim de validar a formulaçãoimplementada e demonstrar sua eficiência.

[pt] A injeção de água é o método de recuperação secundário mais utilizado no mundo. Mesmo em situações em que esse método não é o mais adequado, a facilidade de implantação e os menores custos comparativos impõem esse método como a opção selecionada. Em campos de óleo pesado, a razão de mobilidade desfavorável e as heterogeneidades de reservatório precipitam a formação de digitações viscosas e altos valores de saturação residual de óleo, levando a baixos fatores finais de recuperação. Os poços produtores desses campos produzem com altas frações de água muito rapidamente. O tratamento da água produzida é o principal custo operacional desses campos. O uso de emulsões diluídas de óleo em água foi avaliado como método de controle de mobilidade. Foi desenvolvido um extenso programa experimental em sandpacks de areia de sílica e plugs de arenito (Berea e Bentheimer) de forma a comparar as recuperações finais de óleo, perfis de pressão de injeção e razões água-óleo acumuladas nos casos de injeção de água, injeção de surfactantes e macroemulsões. Todos os meios porosos ensaiados foram saturados com petróleo cru originário da Bacia de Campos (20 graus API). Um estudo paramétrico foi feito de forma a identificar a influência da vazão de injeção, distribuição de tamanhos de gotas de óleo emulsionadas, concentração de óleo e permeabilidade no desempenho das emulsões injetadas. O programa foi complementado com um ensaio 3D (arenito Castlegate na configuração um quarto de five-spot) onde o fluido injetado foi dopado com Iodeto de Potássio para permitir melhor visualização da modificação de saturações de óleo e água com um tomógrafo de raios X. Os resultados obtidos indicaram ganhos na produção de óleo e redução da razão água-óleo acumulada. A possibilidade de preparar as emulsões óleo-água a serem injetadas a partir da água produzida pelo próprio campo traz um grande ganho ambiental ao se reduzir o descarte superficial de água oleosa. O efluente se transforma em um recurso. / [en] Water injection is the most used secondary recovery method in the world. This option is generally chosen even in situations where it is not the most efficient alternative to recover the oil due to its comparative simple implementation and lower operational costs. In heavy oilfields, the unfavorable mobility ratio between injection and displaced fluids in addition to reservoir heterogeneities cause water fingering phenomenon, high residual oil saturation and consequently poor final oil recoveries. Producer wells start to produce high water cuts very soon. Produced water treatment for surface disposal is the main operational cost in these oilfields. The use of diluted oil-in-water macroemulsions was evaluated as a mobility control method for these cases. An extensive experimental program was performed using silica sandpacks and sandstone plugs (Berea and Bentheimer) in order to evaluate final oil recovery factors, cumulative water-oil ratio and pressure behavior, comparing water injection, surfactant solution injection and oil-in-water injection. All porous media were saturated with crude oil from Campos Basin (20 degrees API). A parametric study was performed to identify the effect of injection rate, oil droplets size distributions, emulsion oil concentration and permeability level in emulsion injection performance. The experimental program was completed by an X-Ray computerized tomography monitored experiment in a Castlegate sandstone block (1/4 five-spot configuration). This block was submitted to an alternate water/emulsion/water injection. All injection fluids were doped with Potassium Iodide in order to better visualize oil and water saturations changes during this experiment. The results obtained have indicated final oil recovery improvement and cumulative water/oil reduction. The possibility, after some treatment, to prepare diluted oil-in-water emulsions using produced water from the oilfield brings the additional environmental benefit to emulsion injection. It would be a way to convert an effluent in a resource with clear environmental advantages.

[pt] O escoamento de emulsões é encontrado em diversos processos de recuperação e produção de petróleo. O escoamento de emulsões em meios porosos depende de diversos parâmetros como a relação do tamanho das gotas ao tamanho dos poros, a razão de viscosidades, a vazão volumétrica e o efeito destes parâmetros ainda não é bem compreendido. Uma análise detalhada na escala microscópica dos fenômenos envolvidos se faz essencial para a melhora do entendimento completo do escoamento de emulsões em um reservatório. Isto permitiria o desenvolvimento de melhores modelos de simulação para o escoamento multifísico em meios porosos. Neste trabalho, o escoamento de emulsões óleo-água através de um capilar com garganta foi estudado através de experimentos e teoria. A análise experimental consistiu da visualização sob um microscópio do escoamento e da medição da queda de pressão em função da vazão para diferentes emulsões. A análise teórica englobou o estudo do escoamento em regime permanente de uma gota de óleo imersa em água através de um capilar e o estudo do escoamento transiente da mesma gota através de um capilar com uma garganta. Os resultados mostram que os modelos de escoamento de emulsões em meios porosos não devem ser baseados em propriedades macroscópicas da emulsão quando o tamanho das gotas da fase dispersa for da mesma ordem de grandeza do tamanho dos poros. Neste caso, a queda de pressão é função da tensão interfacial, a razão de viscosidades, a vazão e a razão entre o tamanho das gotas e o diâmetro do poro. Os resultados apresentados neste trabalho podem ser usados no projeto de emulsões apropriadas para controle de mobilidade em operações de recuperação avançada através de injeção de emulsões. / [en] Flow of emulsions is found in many petroleum recovery and production processes and it is often referred to in the context of tertiary oil recovery. The characteristics of emulsion flow in porous media depend on several parameters such as medium drop size to pore size ratio, viscosity ratio, flow rate and the effect of these parameters is far from being entirely understood. A detailed analysis at a microscopic scale of the flow is essential to improve the understanding of flow of an emulsion in a reservoir. This would lead to the development of better simulation models, henceforth increasing the predictability capability of reservoir simulators for enhanced oil recovery applications. In this work, flow of oil-water emulsions through constricted capillaries, used as model for the geometry inside a porous media, is studied experimentally and theoretically. The experimental approach consisted of measuring pressure drop response as a function of flow rate for different emulsions and visualizing the flow under an optical microscope to understand the phenomena involved. The theoretical approach is divided in two parts. First, the immiscible steady flow of a infinite single drop suspended in an less viscous fluid through a capillary was analyzed by solving the Navier- Stokes equations with the appropriate boundary conditions for free-surface flow. The second part of the theoretical analysis consisted of solving the transient flow of a drop suspended in a less viscous fluid through a capillary with a constriction. It is shown the effect of capillary number and viscosity ratio over the main responses of the flow. The results show that models of emulsion flow in a porous media cannot be based on the macroscopic properties of the emulsion when the drop diameter is of the same order of magnitude as the pore throat diameter. In this case flow rate-pressure drop is a strong function of the interfacial tension, viscosity ratio, flow rate and drop to pore size ratio. The results can be used to design appropriate emulsions to control the water mobility during EOR operations by emulsion injection.