[pt] Nesta dissertação é apresentado um estudo comparativo entre dois métodos de descrição do escoamento de fluidos em meios porosos heterogêneos e compostos de elementos arquiteturais de permoporosidade elevada, chamados
fraturas e carstes. Fraturas são descontinuidades nas formações desencadeadas
por tensão mecânica e carstes são espaços vazios na rocha formados por dissolução. Ambos são característicos das rochas carbonáticas do Pré-Sal, principais reservatórios produtores de petróleo do Brasil. A presença destes elementos
traz grande dificuldade de caracterização e, por consequência, introduz grande
incerteza nas curvas de produção previstas para cada campo. Os simuladores
numéricos em diferenças finitas de Engenharia de Reservatórios, responsáveis
pela geração destas curvas, representam de forma aproximada o escoamento
nos espaços vazios da rocha devido à formulação aplicada. Além disso, devido
à escala de quilômetros de extensão em que normalmente são utilizados, usam
células que incluem os três meios (matriz porosa, carste e fratura), cujas escalas
são menores que a de cada célula. Nesta dissertação, busca-se entender a equivalência entre simuladores numéricos black oil e o modelo de Brinkman, ainda
não utilizado amplamente, que é um modelo físico constituído por equações que
representam mais fielmente o escoamento, tanto na matriz porosa, quanto nas
regiões de altíssima porosidade e nas fronteiras entre elas. Para esse objetivo, foi
desenvolvido um simulador de Brinkman de fluxo monofásico em duas dimensões e capaz de representar o regime não permanente, utilizando o método dos
elementos finitos para resolução das equações diferenciais. Os comportamentos
não permanente e permanente do simulador criado foram validados por meio
de exemplos da literatura. Os valores obtidos para a propagação da pressão
e velocidade de fluxo foram comparados com os de um simulador numérico
black oil na reprodução do escoamento em camadas selecionadas do modelo
do carbonato do Lajedo Arapuá. Foram realizados estudos com modelos de
duplo contínuo (que representam, através de parâmetros específicos, o fluxo na
matriz porosa e nas fraturas, com um termo de transferência entre eles) buscando, através da variação da permeabilidade efetiva da fratura e do fator de
forma, convergência aos resultados do modelo de contínuo único de referência,
selecionado após análise dos resultados comparativos com Brinkman. Os resultados mostraram pouca variação entre os resultados dos métodos em cenários
nos quais o sistema cárstico é composto por vugs dispersos e desconectados,
enquanto que carstes em forma de condutos e com configurações complexas
causam alterações na propagação da onda de pressão e nas velocidades de fluxo
entre os modelos, principalmente em cenários com valores de permeabilidade
mais próximos entre carste e matriz porosa na simulação black oil. A análise
em duplo contínuo mostrou ser possível obter, através de modelos homogêneos
e com escala até 10 vezes maiores, resultados semelhantes aos obtidos com uma
modelagem black oil heterogênea com caracterização do sistema cárstico. Também foi possível concluir que a permeabilidade efetiva de fratura é suficiente
como parâmetro de ajuste para encontrar um modelo equivalente, dentro de
um critério de valor de variação, ao modelo de contínuo único. / [en] This dissertation presents a comparative study between two porous media fluid flow description methods applied to heterogeneous reservoirs composed of architectural elements of high permo-porosity, called fractures andkarsts. Fractures are formation discontinuities triggered by mechanical stressand karsts are empty cavities inside the formation generated by dissolution.Both are characteristic of Pre-Salt carbonate rocks, which are the main oil producing reservoirs in Brazil. The existence of these elements brings complexityin characterization and, hence, increases the uncertainty in field productionprediction curves. The Reservoir Engineering numerical simulators, based onfinite differences, that generate these curves model the flow behavior insidethe cavities in an approximate manner due to the mathematical formulationapplied. Besides, due to the kilometric scale in which they are usually applied,these models use cells that comprehend the three media (matrix, karst andfractures), whose scales are smaller than the cell’s. This dissertation evaluatesthe equivalence between black oil simulation and the Brinkman model, still notwidely used, which is a physical model made of equations that represent porousmedia flow inside high porosity regions as well as at the porous matrix andits boundaries. With this objective, a two-dimensional single-phase Brinkmansimulator, capable of representing transient flow, was designed using the finiteelements method to solve differential equations. The simulator s transient andpermanent behaviors were validated through literature analytical solutions.The pressure propagation and flow velocity values obtained while simulatingfluid flow inside selected layers from Lajedo Arapuá s carbonate formation werecompared to the ones from a black oil simulator. Studies were performed usingdual-continuum models (which calculate the fluid flow inside porous matrixand fractures separately and use a transfer term to account for the flow between them) seeking, through variation of the fracture effective permeabilityand the shape factor, convergence to the mono-continuum reference model thatwas selected after Brinkman s results comparative analysis. The results showsmall variation between the two methods when the karst system is composedof sparse and disconnected vugs, while conduit shaped karsts with complexconfiguration increase the variation in pressure wave propagation and flowvelocity values between models, especially in scenarios where matrix permeability values were closer to karst permeability values in the black oil model.The dual-continuum analysis showed that it is possible to obtain, through homogeneous and even ten times coarser models, similar results to those obtainedby a heterogeneous black oil model with karst system characterization. It wasalso possible to conclude that fracture effective permeability was sufficient asa fitting parameter in order to achieve equivalent results to those from themono-continuum model, using a threshold criteria.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:63063 |
| Date | 29 June 2023 |
| Creators | DANIEL VAZ CAMPOS |
| Contributors | MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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