Novos modelos computacionais hierárquicos para reservatórios fraturados carstificados

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Lopes, Tuane Vanessa
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Laboratório Nacional de Computação Científica; Coordenação de Pós-Graduação e Aperfeiçoamento (COPGA); Brasil; LNCC; Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
• Palavras-chave em Português: Reservatórios; Rochas sedimentares; Método dos elementos finitos; Homogeneização autocoerente; Modelagem hierárquica; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ENGENHARIA HIDRAULICA::HIDROLOGIA
• Link de acesso: https://tede.lncc.br/handle/tede/286

Neste trabalho construímos um novo modelo computacional para descrever escoamento em rochas carbonáticas carstificadas e fraturadas com foco nos reservatórios do Pré-Sal. Consideramos o reservatório composto por rocha intacta e feições geológicas que ocorrem com frequência em carbonatos, tais como objetos gerados pelo processo cárstico (cavernas, dolinas e vugs), bem como redes de fraturas (juntas e veios). No contexto do novo modelo proposto neste trabalho, denominado Hierarchical Karst-Fracture Modeling (HKFM), os objetos geológicos de maior dimensão, que exercem influência direta sobre o escoamento e geomecânica, são incorporados explicitamente ao modelo computacional, enquanto as estruturas de menor tamanho, que ocorrem em maior densidade, são homogeneizadas e substituídas por um contínuo equivalente com propriedades hidromecânicas computadas através de processos de upscaling analítico. A homogeneização da microestrutura para a escala de metros (escala meso) é realizada através de dois procedimentos distintos. O primeiro consiste em computar, através de uma técnica de upscaling de natureza analítica, propriedades equivalentes da matriz porosa constituída por uma rede de micro-fraturas. No segundo abordamos em detalhes as cavernas preenchidas por brechas de colapso, dando origem a várias sub-regiões, dentre as quais ressaltamos (i) o núcleo caótico composto por fragmentos de rocha (clastos) e sedimentos (areia, argila), caracterizando a brecha caótica, (ii) a região adjacente com brechas tipo mosaico e (iii) a rocha perturbada pelo colapso e dissolução, denominada “zona de dano” ou brecha craquelada. Para estes cenários exploramos técnicas baseadas na homogeneização autocoerente (self-consistent theory), as quais são capazes de estimar propriedades equivalentes, tais como permeabilidade e módulo elástico volumétrico, associadas a cada sub-região da brecha de colapso. Nesta mesma escala intermediária, na formulação hidrodinâmica proposta, as fraturas de maior dimensão e com alta conectividade são tratadas como objetos de dimensão reduzida explorando a técnica do Discrete Fracture Modeling (DFM). A abordagem utilizada é capaz de incorporar a resistividade das fraturas, parâmetro que permite descrever mecanismos de barreira que ocorrem quando há presença de material de preenchimento no interior das fraturas na forma de sedimentos ou cimento calcítico. A incorporação da resistividade das fraturas permite a quantificação do salto no campo de pressão no caso de baixa permeabilidade. A discretização do modelo hidrodinâmico na escala mesoscópica via método dos elementos finitos exige a triplicação do número de graus de liberdade da poropressão nos subdomínios reduzidos ocupados pelas fraturas para capturar os saltos no campo de pressão. Após a construção de simulações computacionais na escala intermediária, explorando distintos cenários caracterizados por diferentes propriedades dos objetos geológicos, permeabilidades equivalentes são obtidas na escala macroscópica via técnicas de flow based upscaling. Tais propriedades podem ser incorporadas aos modelos de fluxo em reservatórios carbonáticos do Pré-Sal, trazendo importantes informações relativas às escalas mais finas e assim possibilitando estabelecer uma ponte entre os modelos macroscópicos e a microestrutura da rocha carbonática. A homogeneização reiterada (micro-meso e meso-macro) proposta neste trabalho acoplada ao processo de hierarquização das complexidades geológicas abre caminhos para construção da resposta constitutiva das propriedades equivalentes em diferentes cenários, as quais podem ser posteriormente exploradas nos simuladores de fluxo que fazem uso de malhas computacionais grosseiras, compostas por células caracterizadas por uma escala de comprimento da ordem de centenas de metros.