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Previous issue date: 2015-03-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / É crescente o interesse na utilização de métodos térmicos para recuperação de óleo de
média e alta viscosidade. Um desses métodos é a combustão in situ, que consiste na
liberação de calor no interior do reservatório através da combustão do ar injetado. As
componentes mais pesadas do óleo atuam como combustível para as reações exotérmicas
e o calor gerado reduz a viscosidade do óleo, estimulando o fluxo em direção aos poços
de produção. Os modelos matemáticos para este método de recuperação em geral são
complexos. Portanto, a obtenção de soluções analíticas para tais modelos é inviável, sendo
necessária a utilização de simulações computacionais.
Diversos trabalhos apresentam estudos analíticos e numéricos de modelos unidimensionais
para a combustão em meios porosos. Em trabalhos anteriores, estimativas analíticas para
modelos unidimensionais foram obtidas. Neste trabalho, tais estimativas são ligeiramente
generalizadas através da inclusão da pressão prevalecente.
É proposto um modelo bidimensional para o processo de combustão in situ em meios porosos
heterogêneos que considera pressão variável. Soluções numéricas são obtidas utilizando o
método de elementos finitos para a discretização espacial, o esquema de diferenças finitas
de Crank-Nicolson para discretização no tempo e o método de Newton para resolução das
equações não lineares resultantes. Estimativas analíticas para a temperatura e velocidade
da onda de combustão são obtidas através de um modelo unidimensional simplificado.
Tais estimativas são validadas com sucesso para o modelo geral através das simulações.
Uma outra simplificação unidimensional do modelo geral é simulada numericamente
através de duas abordagens: a primeira é similar à utilizada para a solução do modelo
geral; e a segunda é escrita como um problema de complementaridade. Os problemas de
complementaridade não-linear são resolvidos pelo algoritmo FDA-NCP. As duas abordagens
numéricas utilizadas são comparadas com uma estimativa analítica para a onda térmica e
mostram bons resultados. / There is a growing interest in using thermal methods for the recovery of medium and high
viscosity oil. One of these methods is the in-situ combustion, which consists in release heat
within the reservoir through combustion of the injected air. The heavier oil components
are used as fuel for exothermic reactions and the generated heat reduces the oil viscosity,
stimulating the flow towards the production well. In general, the mathematical models for
this recovery method are complex. Therefore, the analytical solutions for such models are
impossible, requiring numerical simulations.
Several works present analytical and numerical studies of one-dimensional models for
combustion in porous media. In previous works analytical estimates for one dimensional
models were obtained. Here these estimates are slightly generalized by including the
prevailing pressure.
We propose a two-dimensional model for the in-situ combustion process in heterogeneous
porous media, considering variable pressure. Numerical results are obtained using the
finite element method for spatial discretization, Crank-Nicolson finite difference scheme for
time discretization and Newton’s method for the arising nonlinear equations. Analytical
estimates for combustion wave speed and combustion wave temperature are obtained using
one-dimensional simplified model. These estimates are successfully validated in the general
model through the simulation results.
Another one-dimensional simplification of the general model is numerically simulated by
two approaches: the first is similar to the one previously described; and the second one is
written as a complementarity problem. The arising nonlinear complementarity problems
are solved by the FDA-NCP algorithm. Both numerical approaches are compared to the
analytical estimate for the thermal wave, showing good agreement.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/402 |
| Date | 23 March 2015 |
| Creators | Pereira, Weslley da Silva |
| Contributors | Chapiro, Grigori, Mazorche, Sandro Rodrigues, Mailybaev, Alexei Abaevich, Correa, Maicon Ribeiro, Santos, Rodrigo Weber dos |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora, Mestrado Acadêmico em Matemática, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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