Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018. / Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-19T21:01:16Z No. of bitstreams: 1 2018_AnaCarolinaLoyolaCaetanoRios.pdf: 2923062 bytes, checksum: ebcffecc8676ebe8998b4ec1f3b7416f (MD5) / Approved for entry into archive by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-25T19:38:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_AnaCarolinaLoyolaCaetanoRios.pdf: 2923062 bytes, checksum: ebcffecc8676ebe8998b4ec1f3b7416f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-25T19:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_AnaCarolinaLoyolaCaetanoRios.pdf: 2923062 bytes, checksum: ebcffecc8676ebe8998b4ec1f3b7416f (MD5) Previous issue date: 2018-09-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ). / A simulação de reservatórios é uma atividade estratégica da produção de petróleo, feita com o intuito de se estimar a produção, fazer designs e reavaliação de projetos de recuperação, e prever de efeitos mecânicos. A utilidade dos simuladores gera pesquisas em torno da modelagem numérica de reservatórios, de modo a torná-los mais representativos da realidade e mais computacionalmente eficientes. Este trabalho se propõe a revisar os principais métodos e técnicas matemáticas aplicadas na simulação do fluxo multifásico do modelo black oil, alguns dos quais foram implementados em um código para resolução de problemas de fluxo. O fluxo bifásico foi resolvido com a combinação do método dos elementos finitos e do método com volumes de controle centrados no vértice, em um esquema do tipo IMPES. O fluxo não saturado e o modelo black oil foram simulados com o método dos elementos finitos convencional de forma totalmente implícita, sendo que foi proposta a avaliação dos erros utilizando volumes de controle. A estabilidade do método proposto para o tratamento de resíduos na conservação foi analisada. Também foram verificados o efeito do upwind na mobilidade na representação de frentes de saturação e o uso da técnica do tipo pseudogas na descrição do aparecimento de gás pelo modelo black oil. O código implementado foi, então, utilizado na avaliação do comportamento de produção de um reservatório subsaturado, em que foram verificados os efeitos da compressibilidade da rocha e da injeção de água. / Reservoir simulation is strategical in the context of petroleum exploitation, since it provides data for production estimation, design of recuperation projects and prediction of mechanical behavior. For that reason, current researches in the area work on making simulators more computationally efficient and accurate in representing reality. The most popular methods and numerical techniques used in simulation of multiphase and multicomponent flow are reviewed in the present work. A code was developed to simulate unsaturated and two-phase flow and the black oil model. Two-phase flow was solved using the IMPES technique and combined the conventional finite element method with the control volume finite element method. Unsaturated flow and the black oil model were simulated with a fully implicit formulation of the conventional finite element method. The evaluation of errors in mass conservation with the use of control volumes was proposed and the stability of the method of correction of these errors was evaluated. Also, the effects of the upwind in the permeability were observed for the representation of saturation fronts. The efficiency of a technique called pseudogas was evaluated in the representation of gas appearance in the black oil model. Finally, the code was implemented in the analysis of the production behavior of an unsaturated reservoir.

[pt] Nas últimas décadas, grandes investimentos foram feitos no desenvolvimento de modelos e métodos numéricos para prever e analisar os diferentes aspectos do processo de recuperação de óleo e gás. Neste contexto, os simuladores modernos devem ser capazes de incorporar uma grande variedade de opções para responder questões relacionadas ao gerenciamento de reservatórios de forma rápida e precisa. Neste trabalho, nós apresentamos um simulador de reservatórios baseado em uma arquitetura de plugins, onde diferentes formulações, solvers e modelos podem ser desenvolvidos, estendidos e aprimorados. A partir desta abordagem, utilizamos o modelo black-oil para implementar técnicas tradicionais e do estado da arte, como os métodos totalmente e adaptativamente implícito, os métodos de Newton-Raphson e Newton Inexato, controladores heurístico e PID para passo de tempo adaptativo e aproximações de fluxo de um ponto baseados no potencial de fase tradicional e C1-contínuo. Diversas configurações de plugins foram testadas e validadas com simuladores comerciais e seus desempenhos foram utilizados para determinar quais as mais adequadas para resolver problemas de escoamento multifásico. / [en] During the last decades, large investments were made towards the development of numerical models and methods to forecast and analyze the different aspects of oil and gas recovery. In this context, modern simulators must be able to incorporate a wide variety of options to answer questions related to reservoir management accurately and effectively. In this work, we present a reservoir simulator based on a plugin architecture, where different formulations, solvers, and models can be developed, extended, and enhanced. With this approach, we use the black-oil model to implement traditional and state-of-the-art techniques, including fully- and adaptiveimplicit methods, heuristic and PID time-step controllers, Newton-Raphson and Inexact Newton, and C1-continuous and conventional phase-potential single-point upstream weighting. Several plugin configurations were tested and validated with commercial simulators, and their performances were used to determine which are the most suitable to solve multiphase flow problems.