Modelo numérico para liberações de óleo e gás em águas profundas: validação e aplicações em vazamentos hipotéticos

• Autor(a) principal: Luciana de Freitas Tessarolo
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
• Texto Completo: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/08.24.19.24

O crescimento da produção mundial de petróleo e gás natural é motivo de atenção devido ao risco de ocorrerem acidentes que resultem em consequências danosas para a população, para a economia e para o meio ambiente. Uma importante ferramenta que pode ser utilizada para auxiliar na elaboração de planos de contingência para o atendimento de emergências envolvendo vazamentos é a modelagem numérica. Através da simulação de diversos cenários, o comportamento da pluma de óleo e gás pode ser determinado, proporcionando agilidade para as tomadas de decisão. Com base nessa importância, o objetivo desse trabalho foi construir um modelo numérico Lagrangiano para determinar o comportamento do óleo e do gás em caso de vazamentos a partir de águas profundas. Nesse modelo, o modo como as gotículas de óleo e as bolhas de gás descrevem sua trajetória e interagem com o meio foi formulado em dois estágios: dinâmico, no qual a dinâmica inicial da mistura de óleo, gás, água e hidrato determina o transporte da pluma, e advectivo-difusivo, no qual processos de advecção e difusão dominam o transporte das partículas após a pluma alcançar o nível de flutuabilidade neutra, onde o estágio dinâmico torna-se negligenciável. Em cada fase, os processos físico-químicos que alteram a massa e a concentração dos componentes da pluma foram considerados. Primeiramente, o modelo numérico foi validado utilizando experimentos de laboratório e de campo, avaliando isoladamente os processos de entranhamento de água, formação/dissolução/decomposição de hidrato, dissolução de gás e óleo, e escape do gás a partir da pluma. Para todos os parâmetros analisados, os resultados fornecidos pelo modelo concordaram de forma satisfatória com os valores observados. Em seguida, para avaliar o modelo considerando os processo combinados, um experimento com descargas reais de plumas de óleo/gás/água a partir de águas profundas foi simulado, sendo obtidas trajetórias semelhantes àquelas observadas. Após a validação do modelo, foram realizadas simulações de vazamentos hipotéticos de óleo e gás em poços atualmente em fase de produção nos Campos de Frade - Bacia de Campos e de Lula - Bacia de Santos. Em cada poço, foram simuladas descargas nos meses de Janeiro/2016 e Julho/2016, a fim de se verificar o efeito da variação sazonal do meio no comportamento da pluma. Os resultados mostraram que as trajetórias do óleo e do gás seguiram a direção das correntes oceânicas. Para os experimentos no Campo de Frade (Exps. CF-JAN e CF-JUL), as maiores gotículas de óleo foram as primeiras a alcançar a superfície, 2 h após o início da descarga, enquanto que as menores ascenderam de forma mais lenta, emergindo após 6, 7 h. Desde o fundo do mar até z = −300 m, o óleo deslocou-se para Noroeste. Acima dessa profundidade, as gotículas seguiram para as direções Sudeste e Sudoeste, respectivamente, nos Exps. CF-JAN e CF-JUL, influenciadas pela inversão das correntes oceânicas. Nos dois casos simulados, 6\% da massa inicial do óleo foram dissolvidas no meio durante seu deslocamento na coluna de água. O comportamento das bolhas de gás em ambos os experimentos foi bastante semelhante. O gás contido nas bolhas foi completamente convertido em cristais de hidrato logo nos primeiros minutos. As bolhas seguiram a direção Noroeste, atingindo a profundidade máxima de z = −545 m e tendo a massa de gás completamente dissolvida no meio em um intervalo de 2 h. Nos dois experimentos no Campo de Lula (Exps. CL-JAN e CL-JUL), enquanto as gotículas maiores levaram cerca de 2, 6 h para chegar em superfície, as de menor tamanho afloraram 7, 6 h após o início da liberação. No Exp. CL-JAN (CL-JUL), o óleo deslocou-se para Noroeste (Sudoeste) até z = −600 m (z = −400 m), mudando para Sudeste (levemente para Noroeste) acima dessa profundidade, seguindo as variações na direção das correntes. Ao computar a dissolução do óleo na coluna de água, verificou-se que 9, 3% da massa inicial foram perdidas para o meio. Nessas duas simulações no Campo de Lula, a cobertura de hidrato também foi rapidamente formada ao redor das bolhas de gás. As bolhas deslocaram-se para Noroeste (Sudoeste) no Exp. CL-JAN (CL-JUL) e não afloraram em superfície. O gás foi completamente dissolvido no meio em um intervalo de 2, 95 h e a profundidade máxima alcançada pelas bolhas foi z = −611 m (z = −576 m).