Simulação numérica do escoamento composicional em reservatórios de petróleo usando uma formulação totalmente implícita
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/49468 |
Resumo: | Na indústria do petróleo, a simulação numérica de reservatórios é uma ferramenta amplamente utilizada para investigar o efeito de diferentes estratégias de injeção ou produção, uma vez que as equações que regem o modelo matemático de um reservatório não podem ser resolvidas por métodos analíticos para problemas gerais. Dos modelos de fluidos mais adotados, destacam-se o Black-Oil e o composicional. O Black-Oil é amplamente utilizado na simulação de reservatórios por sua relativa facilidade de implementação e relativo baixo custo computacional. Entretanto, para a simulação de problemas mais complexos, como a aplicação de técnicas de Recuperação Avançada, reservatórios de óleo volátil (exemplo do pré-sal brasileiro) ou de gás condensado, é necessária a aplicação do modelo composicional para atingir resultados mais acurados e fisicamente adequados. A solução do modelo composicional envolve um complexo sistema de equações cuja solução representa, até hoje, um grande desafio do ponto de vista computacional. Vários algoritmos de solução surgem da combinação de diferentes seleções de variáveis primárias e técnicas de desacoplamento. Neste trabalho, apresentamos uma formulação Totalmente Implícita (Fully Implicit - FI) com abordagem monolítica, empregando o método de Euler implícito (Backward Euler) para a integração no tempo, utilizando uma Equações de Estado para modelagem do comportamento das fases. Adotamos o fluxo de até três fases no reservatório (água, óleo e gás). Para os termos difusivos das equações que descrevem o modelo matemático, discretizamos pelo Método dos Volumes Finitos com a Aproximação de Fluxo por Dois Pontos (Two-Point Flux Approximation - TPFA), enquanto nos termos advectivos aplicamos a ponderação à montante de primeira ordem. Esse simulador foi elaborado em um ambiente integrado e em conjunto com outros projetos desenvolvidos por integrantes do grupo PADMEC da UFPE. Utilizou-se a linguagem Python na implementação, recorrendo a vetorização das operações na busca de um melhor desempenho computacional. Nesse ambiente, já foram elaboradas duas formulações sequenciais (uma IMPEC e uma IMPSAT), e como contribuição deste trabalho, uma formulação Totalmente Implícita foi acrescentada. Nossa formulação é avaliada resolvendo problemas de natureza 1-D e 2-D encontrados na literatura, usando malhas cartesianas, e os resultados são promissores, fornecendo uma base para futura implementação de modelos mais complexos, como uma expansão para formulação não isotérmica e adequação para implementação usando malhas não-estruturadas. |
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LACERDA, Igor Vasconcelos dehttp://lattes.cnpq.br/7073907499575093http://lattes.cnpq.br/6568615406054840http://lattes.cnpq.br/9033828541812842LYRA, Paulo Roberto MacielCARVALHO, Darlan Karlo Elisiário de2023-03-24T11:37:51Z2023-03-24T11:37:51Z2023-01-30LACERDA, Igor Vasconcelos de. Simulação numérica do escoamento composicional em reservatórios de petróleo usando uma formulação totalmente implícita. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2023.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/49468Na indústria do petróleo, a simulação numérica de reservatórios é uma ferramenta amplamente utilizada para investigar o efeito de diferentes estratégias de injeção ou produção, uma vez que as equações que regem o modelo matemático de um reservatório não podem ser resolvidas por métodos analíticos para problemas gerais. Dos modelos de fluidos mais adotados, destacam-se o Black-Oil e o composicional. O Black-Oil é amplamente utilizado na simulação de reservatórios por sua relativa facilidade de implementação e relativo baixo custo computacional. Entretanto, para a simulação de problemas mais complexos, como a aplicação de técnicas de Recuperação Avançada, reservatórios de óleo volátil (exemplo do pré-sal brasileiro) ou de gás condensado, é necessária a aplicação do modelo composicional para atingir resultados mais acurados e fisicamente adequados. A solução do modelo composicional envolve um complexo sistema de equações cuja solução representa, até hoje, um grande desafio do ponto de vista computacional. Vários algoritmos de solução surgem da combinação de diferentes seleções de variáveis primárias e técnicas de desacoplamento. Neste trabalho, apresentamos uma formulação Totalmente Implícita (Fully Implicit - FI) com abordagem monolítica, empregando o método de Euler implícito (Backward Euler) para a integração no tempo, utilizando uma Equações de Estado para modelagem do comportamento das fases. Adotamos o fluxo de até três fases no reservatório (água, óleo e gás). Para os termos difusivos das equações que descrevem o modelo matemático, discretizamos pelo Método dos Volumes Finitos com a Aproximação de Fluxo por Dois Pontos (Two-Point Flux Approximation - TPFA), enquanto nos termos advectivos aplicamos a ponderação à montante de primeira ordem. Esse simulador foi elaborado em um ambiente integrado e em conjunto com outros projetos desenvolvidos por integrantes do grupo PADMEC da UFPE. Utilizou-se a linguagem Python na implementação, recorrendo a vetorização das operações na busca de um melhor desempenho computacional. Nesse ambiente, já foram elaboradas duas formulações sequenciais (uma IMPEC e uma IMPSAT), e como contribuição deste trabalho, uma formulação Totalmente Implícita foi acrescentada. Nossa formulação é avaliada resolvendo problemas de natureza 1-D e 2-D encontrados na literatura, usando malhas cartesianas, e os resultados são promissores, fornecendo uma base para futura implementação de modelos mais complexos, como uma expansão para formulação não isotérmica e adequação para implementação usando malhas não-estruturadas.ANPIn the oil industry, the numerical simulation of reservoirs is a widely used tool to investigate the effect of different injection or production strategies, since the equations that govern the mathematical model of a reservoir cannot be solved by analytical methods for general problems. Of the most adopted fluid models, Black-Oil and compositional stand out. The Black-Oil model is widely used in the reservoir simulation due to its relative ease of implementation and relatively low computational cost. However, for the simulation of more complex problems, such as the application of Enhanced Oil Recovery techniques, volatile oil reservoirs (example of the Brazilian pre-salt) or condensate gas, it is necessary to apply the compositional model to achieve results more accurate and physically adequate. The solution of the compositional model involves a complex system of equations whose solution represents, until today, a great challenge from the computational point of view. Several solution algorithms arise from the combination of different primary variable selections and decoupling techniques. In this work, we present a Fully Implicit (FI) formulation with a monolithic approach, employing the Backward Euler method for time integration, using an Equations of State (EOS) for modeling the phases behavior. We adopted the flow of up to three phases in the reservoir (water, oil and gas). For the diffusive terms of the equations describing the mathematical model, we discretize using the Finite Volume Method with the Two-Point Flux Approximation (TPFA), while for the advective terms we apply the first-order upstream weighting. This simulator was created in an integrated environment together with other projects developed by members of the PADMEC group at UFPE. The Python language was used in the implementation, resorting to the vectorization of operations in the search for better computational performance. In this environment, two sequential formulations have already been elaborated (one IMPEC and one IMPSAT), and as a contribution to this work, a Fully Implicit formulation was added. Our formulation is evaluated by solving 1-D and 2-D problems found in literature, using Cartesian meshes, and the results are promising, providing a basis for future implementation of more complex models, such as an expansion to non-isothermal formulation and suitability for implementation using unstructured meshes.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia CivilUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia civilReservatórios de petróleoFormulação composicionalAbordagem totalmente implícitaSimulação numérica do escoamento composicional em reservatórios de petróleo usando uma formulação totalmente implícitainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALDISSERTAÇÃO Igor Vasconcelos de Lacerda.pdfDISSERTAÇÃO Igor Vasconcelos de Lacerda.pdfapplication/pdf2827501https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/49468/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Igor%20Vasconcelos%20de%20Lacerda.pdf6ef33b12f8425ae6598bcecfb6a56908MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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