Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:42:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 313170.pdf: 22183716 bytes, checksum: d094a1b22e6b2c14059900e708bd7751 (MD5) / Uma estratégia especial para a discretização de reservatórios de petróleo encontrada na literatura tem por princípio manter o uso das tradicionais malhas corner-point nas regiões afastadas dos poços e empregar malhas cilíndricas ao redor destes. A necessária conexão entre estes dois tipos de malhas é sugerida ser feita através de malhas de transição, cuja característica principal é apresentar volumes de controle genéricos com um número arbitrário de faces. Dando ênfase a este tipo de malhas, também denominadas na literatura por malhas poligonais, o presente trabalho tem como foco o estudo, a implementação e a análise de métodos de reconstrução explícita do gradiente nelas empregados. Os métodos de reconstrução têm como tarefa fundamental determinar os vetores gradiente associados a todos os volumes de controle de uma malha poligonal através de valores discretos de pressão, associados aos centroides desses volumes. Tais métodos podem ser divididos em dois grandes grupos: um deles se utiliza da fórmula de Green-Gauss, derivada do teorema da divergência, e o outro emprega os princípios do método dos mínimos quadrados. Testes em diferentes tipos de malhas poligonais e considerando diferentes funções, cada uma representando um campo de pressão ao longo do domínio, são realizados com o intuito de determinar quais métodos de reconstrução apresentam os melhores resultados numéricos e tempos computacionais razoáveis para serem executados. Os resultados numéricos são analisados de acordo com o índice de convergência do gradiente de pressão e também de acordo com a magnitude da norma do erro deste gradiente. A determinação daqueles métodos que melhor desempenham a sua função e apresentam uma boa relação custo/benefício é importante para os esquemas numéricos que se utilizam do resultado do gradiente para aproximar os fluxos através das faces dos volumes de controle poligonais. Um esquema numérico que emprega o princípio anterior é também apresentado neste trabalho. Dois casos são testados com o intuito de avaliar a metodologia numérica proposta.<br> / Abstract : A special strategy for petroleum reservoir discretization found in the literature is based on the principle of maintain the use of the traditional cornerpoint grids in the regions away from the wells and employ cylindrical grids around them. The connection between these two types of grids is suggested to be made using transitional grids whose main characteristic is to be formed by control volumes with an arbitrary number of faces. This kind of grids is mostly known in the literature as polygonal grids. This work focuses on the study, the implementation, and the analysis of explicit gradient reconstruction methods employed with those grids. The purpose of these methods is to approximate the gradient vectors associated with all the control volumes of a polygonal grid using discrete values of pressure, localizated at control volume centroids. The methods belong to two main groups: one of them uses the Green-Gauss formula, derived from the divergence theorem, and the other one employs the least squares method. Tests on different types of polygonal grids and considering different functions, each one representing a pressure field in the domain, are performed in order to determine the gradient reconstruction methods that give more accurate numerical results in reasonable computational times. The numerical results are analyzed according to the convergence order of the pressure gradient and also according to the magnitude of the gradient error norm. The determination of the methods that show a good cost/benefit ratio is important for numerical schemes that need gradients for approximating the mass-flowthrough the control volumes interfaces. A numerical scheme applying gradient reconstruction methods to a singlephase flow model is also presented in this work. Two cases are tested in order to evaluate the numerical methodology proposed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T21:33:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 313458.pdf: 3173246 bytes, checksum: 57344d8885578aa55e384762ed7cbb13 (MD5) / Esta dissertação tem como objetivo avaliar os cálculos de escoamento monofásico e o comportamento capilar das redes de poros e gargantas baseadas em raios exatos. O modelo usando raios exatos aborda modificações na formação da rede que precisam ser verificadas e analisadas para uma utilização mais confiável dessa abordagem. Para isso é efetuado um levantamento de dados referentes às permeabilidades absolutas, usando métodos bem documentados na literatura, para um conjunto amostral de rochas de reservatório. Após isso é verificado o comportamento da pressão capilar e a formação de resíduo no interior da rede de poros e gargantas. A comparação é realizada através de métodos computacionais desenvolvidos para este propósito. Os testes são feitos de maneira direta, os valores obtidos têm o objetivo de auxiliar o especialista na interpretação das amostras estudadas. Não será apontado qual método é o mais adequado para cada situação, mas sim, apresentados caminhos alternativos de análise e auxílio para avaliação criada pelo geólogo.<br>

Los trazadores son sustancias capaces de proveer información sobre el comportamiento del fluido bajo estudio y ser detectados y cuantificados con facilidad. En la industria petrolera son utilizados para la caracterización y diagnóstico de los reservorios. En el Capítulo I se revisan los distintos tipos de trazadores, sus características y sus principales aplicaciones en la industria petrolera. En particular, los ensayos que emplean trazadores químicos particionables se denominan SWCTT (“Single Well Chemical Tracer Test”) y tienen como objetivo estimar la Saturación de Petróleo Residual o Sor (“Saturation Oil Residual”). Esta resulta esencial para pronosticar la producción de petróleo por recuperación secundaria o mejorada, identificada por las siglas EOR (“Enhanced Oil Recovery”). El ensayo consiste en la inyección de una solución acuosa de un trazador químico particionable e hidrolizable junto con otro trazador químico no particionable, de referencia, en la zona del reservorio que se desea evaluar. Una vez alcanzada la penetración deseada en el reservorio se suspende la inyección, sobreviniendo un período de “remojo” o reacción, estimado a partir de la constante de velocidad de hidrólisis (kh) del trazador, durante el cual se genera in situ un trazador secundario no particionable. Finalizado el periodo de remojo el pozo se pone en producción y periódicamente se toman muestras del agua producida y se mide las concentraciones de los trazadores para su análisis. El particionable demorará un tiempo mayor en ser producido, debido a que una fracción pasará inicialmente de la fase desplazante a la inmóvil y finalmente regresará a la fase acuosa, una vez que el gradiente de concentración se invierta. La Sor depende del coeficiente de partición (K) del trazador particionable y del factor de retardo (β), obtenido a partir de la separación entre los tiempos de residencia del trazador secundario producto de la hidrólisis y el trazador particionable primario. El valor de K es importante para preveer un valor óptimo de β y un cálculo adecuado de la Sor. Por lo tanto, una de las áreas de interés es la exacta determinación de K del trazadores particionable en condiciones de reservorio y el estudio de las variables que lo afectan. En el Capítulo II se presenta un análisis termodinámico teórico el cual permitiría analizar y eventualmente modelar el efecto de las distintas variables, como temperatura, presión y salinidad de la fase acuosa, sobre los coeficientes de partición. Sin embargo, en la práctica los K en sistemas petróleo-agua se deben determinar experimentalmente, dado que no hay suficiente información disponible para evaluar los coeficientes de actividad debido a la salinidad de la fase acuosa y la complejidad de la fase orgánica. Para la determinación experimental de K bajo distintas condiciones se implementó un método en flujo continuo, el cual se describe en el Capítulo III. El dispositivo experimental está constituido básicamente por un sistema de impulsión y mezclado para obtener un flujo multi-segmentado de ambas fases inmiscibles, un tubo de reacción termostatizado donde se produce la partición del trazador y un sistema de separación de las fases. Este método permite obtener un número representativo de valores de K en un corto periodo de tiempo, a elevadas temperaturas y presiones, en un sistema bifásico inmiscible y sumamente complejo como el constituido por el agua de inyección del pozo y el petróleo propio del reservorio. La concentración de los trazadores en la fase acuosa se determinó por headspace acoplado a un cromatógrafo gaseoso con un detector de ionización de llama (HS/GC/FID). Además, se utilizó el método batch estándar para comparar los resultados de K de los trazadores obtenidos en condiciones atmosféricas mediante el método de flujo continuo y validar los resultados. Se determinó el coeficiente de partición de los trazadores formiato de etilo (FE) y acetato de etilo (AcEt) en sistemas modelos y reales, en condiciones atmosféricas y de reservorio. En el capítulo IV se presentan los principales resultados obtenidos y se discute el efecto de las variables más relevantes: temperatura, presión, concentración de los trazadores, salinidad de la fase acuosa y características de la fase oleosa. Estos resultados muestran que si bien existe un rango representativo de valores de K para cada éster, el coeficiente de partición del trazador debe ser determinado en el laboratorio y bajo condiciones de reservorio ya que resulta muy difícil estimar o predecir el efecto de las distintas variables. Finalmente, se aplicaron los resultados obtenidos de K del trazador FE bajo condiciones de reservorio en un ensayo SWCTT para determinar situaciones residuales de un pozo de la cuenca Neuquina, tal como se describe en el Capítulo V. También se estudió la importancia de la cinética de hidrólisis del éster y se determino kh en la salmuera del pozo LmS-30 y a 55°C. Se analizó de qué manera varía la estimación de la Sor frente a cambios o errores en el valor de K, para iguales y distintos valores de β. Debido a que la Sor incide sobre el factor de recobro, el cual relaciona la producción acumulada con el petróleo original in situ, a partir de la estimación del error en el valor de Sor se puede evaluar cómo esto afecta la estimación del valor económico del yacimiento. / Tracers are substances capable of providing information about the behavior of the fluid under study and being easily detected and quantified. In the oil industry these compounds are used for the characterization and evaluation of reservoirs. Chapter I reviews the different kind of tracers, their characteristics and their main applications in the oil industry. In particular, tests employing partitioning chemical tracers are called SWCTT ("Single Well Chemical Tracer Test") and are used for estimating Residual Oil Saturation (Sor). This is essential for forecasting oil production by secondary or improved recovery, identified by the acronym EOR ("Enhanced Oil Recovery"). The test consists of injecting an aqueous solution of a partitioning and hydrolyzing chemical tracer together with another non-partitioning chemical tracer, as a reference, in the area of the reservoir to be evaluated. Once the desired penetration into the reservoir is reached, the injection is suspended, following a period of "soak" or reaction, estimated from the hydrolysis rate constant (kh) of the tracer, during which a secondary tracer non-partitioning is generated in situ. At the end of the soaking period, the well is put into production, periodically samples of the produced water are taken and the concentrations of the tracers are measured through analysis. The partitioning will take a longer time to be produced, because a fraction will initially pass from the displacer phase to the immobile phase and finally return to the aqueous phase, once the concentration gradient is reversed. The Sor depends on the partition coefficient (K) of the partitioning tracer and the delay factor (β), obtained from the separation between the residence times of the secondary tracer product of the hydrolysis and the primary partitioning tracer. The value of K is important to predict an optimal value of β and an adequate calculation of the Sor. Therefore, one of the interest areas is the exact determination of K tracers in reservoir conditions and the study of the variables that affect it. In Chapter II a theory thermodynamic analysis is presented which would allow analyzing and eventually modeling the effect of the different variables, such as temperature, pressure and salinity of the aqueous phase, on the partition coefficients. However, in practice the K in systems Petroleum-water should be determined experimentally, since there is not enough information available to evaluate the activity coefficients due to the salinity of the aqueous phase and the complexity of the organic phase. For the experimental determination of K under different conditions a continuous flow method was implemented, which is described in Chapter III. The experimental device consists basically of a drive and mixing system to obtain a multi-segmented flow of both immiscible phases, a thermostated reaction tube where the tracer partitioning takes place and a phase separation system. This method allows to obtain representative number of K values in a short period of time, at high temperatures and pressures, in an inmiscible and extremely complex biphasic system such as the water of injection of the well and the own oil of the reservoir. The concentration of the tracers in the aqueous phase was determined by headspace coupled to a gas chromatograph with a flame ionization detector (HS/GC/FID). In addition, the standard batch method was used to compare the K results of tracers obtained under atmospheric conditions using the continuous flow method and to validate the results. The partition coefficient of the ethyl formiate and ethyl acetate tracers were determined in model and real systems under atmospheric and reservoir conditions. In Chapter IV the main results are presented and the effect of the most relevant variables is discussed: temperature, pressure, tracer concentration, salinity of the aqueous phase and characteristics of the oil phase. These results show that although there is a representative range of K values for each esters, the tracer partition coefficient must be determined in the laboratory and under reservoir conditions since it is very difficult to estimate or predict the effect of the different variables. Finally, the obtained results from K of the ethyl formiate tracer under reservoir conditions were applied in a SWCTT test to determine residual conditions of a well in the Neuquén basin, as described in Chapter V. The importance of kinetics of Hydrolysis of the ester and kh was determined in the brine of the LmS-30 well and at 55°C. We analyzed how the estimated Sor varies with changes or errors in the value of K, for equal and different values of β. Because the Sor affects the recovery factor, which relates the accumulated production to the original oil in situ, from the estimation of the error in the value of the Sor, it can be assessed how this affects the estimate of the economic value of the field.

Frente ao cenário de esgotamento das reservas mundiais de petróleo e a demanda mundial por energia renovável, aliado a necessidade de novas tecnologias para produção de biocombustíveis e o potencial energético das palmáceas, o presente trabalho teve por objetivo a síntese de ésteres metílicos, tendo como matéria-prima o óleo da amêndoa de macaúba, a partir da reação de transesterificação empregando o ácido p-toluenossulfônico (95%) como catalisador. Para tanto foi necessário a caracterização do óleo da amêndoa e o estudo e planejamento das variáveis tempo, razão molar óleo:álcool e percentual de catalisador. Em seguida a avaliação do teor de ésteres por termogravimetria dos ensaios de transesterificação, e por fim, com base nestes dados, a obtenção de um modelo matemático que explicasse satisfatoriamente o rendimento em percentual de ésteres em função das variáveis estudadas. Os resultados apontam o ótimo estado de conservação do óleo utilizado bem como sua composição em termos de ácidos graxos, constituída, predominantemente, pelo ácido oleico, composto este, monoinsaturado e formado por uma cadeia carbônica mediana, o que propicia uma boa qualidade ao combustível produzido. Por meio do perfil termogravimétrico e do espectro na região do infravermelho para o óleo da amêndoa de macaúba pôde-se observar a estabilidade térmica do mesmo até cerca de 220ºC, com um único intervalo de volatilização, que ocorreu até a temperatura de 420ºC, bem como bandas características de absorção dos principais grupos funcionais presentes em suas moléculas, que acabaram se deslocando e alterando suas intensidades de absorção para os ésteres transesterificados. Três planejamentos foram realizados para os ensaios de transesterificação, dois fracionários e um terceiro utilizando a metodologia do Delineamento do Composto Central Rotacional com um fatorial 22, que originou o modelo matemático para o sistema. Com base nos dados obtidos dos planejamentos 1, 2 e 3 foi possível concluir que a faixa de tempo reacional ideal para as condições estudadas é de 2 a 4,5 horas. A razão molar óleo:metanol deve ser superior a estequiometria da reação que é de 1:3. O percentual de catalisador deve ser igual ou superior a 11,5 % para que o teor de ésteres atenda ao exigido pela legislação ANP 2014, que é de 96,5%. A melhor condição encontrada para o rendimento em percentual de ésteres metílicos foi processada utilizando 11,5% de catalisador, razão molar óleo:metanol de 1:6, temperatura de 65ºC, 200 rpm de agitação e tempo reacional de 4,25 horas, atingindo um rendimento de 99%. A partir do modelo matemático gerado, foi comprovada a validade deste para as condições experimentais, com um erro percentual médio de 1%. / Against the backdrop of the depletion of world oil reserves and global demand for renewable energy, combined with the need for new technologies for production of biofuels and the energy potential of palm trees, this study aimed to the synthesis of methyl esters, with the matter macaúba the raw almond oil from the transesterification reaction using p-toluenesulfonic acid (95%) as catalyst. Therefore it was necessary to characterize the almond oil and the study and planning between time, molar ratio of oil: alcohol and catalyst percentage. Then, the evaluation of the content by thermogravimetric esters of transesterification trials, and finally, on the basis of these data, obtaining a kinetic model to explain the percentage yield of esters according to the variables. The results show the great oil conservation status used and its composition in terms of fatty acids, consisting predominantly by oleic acid, compound this, monounsaturated and formed by a median carbon chain, which provides a good quality to that produced fuel. By means of thermogravimetric profile and the spectrum in the infrared region for macaúba almond oil could observe the thermal stability of about 220ºC even with a single range of volatilization, which occurred until the temperature of 420ºC and characteristic absorption bands of the main functional groups present in the molecules which eventually moving and changing its absorption intensities for the biodiesel produced. Three schedules were performed for transesterification trials, two and a third fraction using the methodology of the Delineation Central Composite Rotational with a factorial 22, which gave the mathematical model for the system. Based on the data obtained from the plans 1, 2 and 3 it was concluded that the range of reaction time ideal for the conditions studied is 2 to 4,5 hours. The molar ratio of oil: methanol must be greater than the stoichiometry of the reaction is 1:3. The catalyst percentage should be equal to or greater than 11,5% for the income as a percentage of esters meets the required legislation by the ANP in 2014, which is 96,5%. The best condition found for the percentage yield of methyl esters was processed using 11,5% catalyst molar ratio of oil: methanol 1:6, 65°C temperature, 200 rpm agitation and reaction time of 4,25 h, reaching a yield of 99%. From the generated mathematical model has been established for the validity of the experimental conditions, with an average percentage error of 1%.