Método dos volumes finitos Central-Upwind em malhas não estruturadas: aplicação à simulação numérica do transporte de polímeros em meios porosos
| Ano de defesa: | 2020 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/29491 |
Resumo: | Polymer flooding in oil reservoirs has been one of the enhanced oil recovery (EOR) methods most applied in the last decades. The main objective of the technique is to increase the viscosity of the water, adjusting the unfavorable mobility ratio and increasing sweep and displacement efficiency. On the other hand, the polymer is subject to the effects of adsorption and mechanical retention, which may cause formation damage, and, in consequence, the injectivity loss. In this context, it is imperative to develop robust and accurate computation models in order to analyze the technical feasibility and to propose optimal scenarios for oil recovery. Therefore, in this work, a new mathematical and computational model applied to polymer flooding in porous media is proposed. The mathematical model proposes the Darcy’s Law for the water and oil phases, where the water viscosity is a function of the polymer concentration. Furthermore, conservation laws for the phases govern the two-phase flow and the flow of polymer. The polymer transport in the water phase is modeled by a transient differential equation in a convectiondiffusion-reaction regime, where the reactive effects are associated with adsorption and mechanical retention. From a computational perspective, Darcy’s velocity of the water phase is obtained analytically and the discreet solution for the motion of the water and the polymer transport is obtained making use of the finite volume Central-Upwind method, considering 2D and 3D domains with unstructured meshes. Finally, we propose several numerical simulations aiming to analyze the stability and accuracy of the semi-discrete formulation proposed to numerically the transport of polymer in porous media. |
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Método dos volumes finitos Central-Upwind em malhas não estruturadas: aplicação à simulação numérica do transporte de polímeros em meios porososMétodo dos volumes finitosEscoamento bifásicoTransporte de polímerosMétodo Central-UpwindMalhas não-estruturadasRetenção mecânicaAdsorçãoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICAPolymer flooding in oil reservoirs has been one of the enhanced oil recovery (EOR) methods most applied in the last decades. The main objective of the technique is to increase the viscosity of the water, adjusting the unfavorable mobility ratio and increasing sweep and displacement efficiency. On the other hand, the polymer is subject to the effects of adsorption and mechanical retention, which may cause formation damage, and, in consequence, the injectivity loss. In this context, it is imperative to develop robust and accurate computation models in order to analyze the technical feasibility and to propose optimal scenarios for oil recovery. Therefore, in this work, a new mathematical and computational model applied to polymer flooding in porous media is proposed. The mathematical model proposes the Darcy’s Law for the water and oil phases, where the water viscosity is a function of the polymer concentration. Furthermore, conservation laws for the phases govern the two-phase flow and the flow of polymer. The polymer transport in the water phase is modeled by a transient differential equation in a convectiondiffusion-reaction regime, where the reactive effects are associated with adsorption and mechanical retention. From a computational perspective, Darcy’s velocity of the water phase is obtained analytically and the discreet solution for the motion of the water and the polymer transport is obtained making use of the finite volume Central-Upwind method, considering 2D and 3D domains with unstructured meshes. Finally, we propose several numerical simulations aiming to analyze the stability and accuracy of the semi-discrete formulation proposed to numerically the transport of polymer in porous media.A injeção de soluções poliméricas em reservatórios de petróleo tem sido um dos métodos de recuperação avançada (EOR) mais aplicado nas últimas décadas. O objetivo principal da técnica é aumentar a viscosidade da solução aquosa, corrigindo a razão de mobilidade desfavorável e aumentando a eficiência de varrido e de deslocamento. Por outro lado, o polímero utilizado está sujeito aos efeitos de adsorção e retenção mecânica podendo provocar um dano à formação e, consequentemente, a perda de injetividade. Nesse contexto, se faz necessário desenvolver modelos computacionais robustos e acurados para analisar a viabilidade técnica e propor cenários ótimos para produção do petróleo. Portanto, neste trabalho é proposta uma nova modelagem matemática e computacional aplicada à injeção de soluções poliméricas em meios porosos. O modelo matemático propõe a Lei de Darcy para as fases água e óleo, onde a viscosidade da fase aquosa é função da concentração do polímero. Além disso, a conservação de massa das fases líquidas governa o escoamento bifásico das fases água e óleo e do polímero. O transporte do polímero na fase aquosa é quantificado por uma equação diferencial transiente no regime convectivo-difusivo-reativo, onde os efeitos reativos estão associados aos fenômenos de adsorção e retenção mecânica. Do ponto de vista computacional, a velocidade de Darcy da fase aquosa é obtida analiticamente e a solução discreta para o movimento da fase aquosa e transporte do polímero são obtidas fazendo uso do método dos volumes finitos Central-Upwind, considerando domínios bidimensionais e tridimensionais em malhas não-estruturadas triangulares e tetraédricas. Finalmente, propomos algumas simulações numéricas com o objetivo de analisar a estabilidade e acurácia da formulação semi-discreta proposta para simular numericamente o transporte de polímeros em meios porosos.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEOSantos, Adriano dosLima, Sidarta Araújo dePires, Adolfo PuimeBarroso, Josué dos SantosMurad, Márcio ArabCiríaco, Helton Magno de Araújo2020-07-07T23:08:33Z2020-07-07T23:08:33Z2020-06-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCIRÍACO, Helton Magno de Araújo. Método dos volumes finitos Central-Upwind em malhas não estruturadas: aplicação à simulação numérica do transporte de polímeros em meios porosos. 2020. 88f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/29491ark:/41046/001300000wskhinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2020-07-12T07:48:51Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/29491Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2020-07-12T07:48:51Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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Polymer flooding in oil reservoirs has been one of the enhanced oil recovery (EOR) methods most applied in the last decades. The main objective of the technique is to increase the viscosity of the water, adjusting the unfavorable mobility ratio and increasing sweep and displacement efficiency. On the other hand, the polymer is subject to the effects of adsorption and mechanical retention, which may cause formation damage, and, in consequence, the injectivity loss. In this context, it is imperative to develop robust and accurate computation models in order to analyze the technical feasibility and to propose optimal scenarios for oil recovery. Therefore, in this work, a new mathematical and computational model applied to polymer flooding in porous media is proposed. The mathematical model proposes the Darcy’s Law for the water and oil phases, where the water viscosity is a function of the polymer concentration. Furthermore, conservation laws for the phases govern the two-phase flow and the flow of polymer. The polymer transport in the water phase is modeled by a transient differential equation in a convectiondiffusion-reaction regime, where the reactive effects are associated with adsorption and mechanical retention. From a computational perspective, Darcy’s velocity of the water phase is obtained analytically and the discreet solution for the motion of the water and the polymer transport is obtained making use of the finite volume Central-Upwind method, considering 2D and 3D domains with unstructured meshes. Finally, we propose several numerical simulations aiming to analyze the stability and accuracy of the semi-discrete formulation proposed to numerically the transport of polymer in porous media. |
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