Integração de imagem micro-CT com a Geoestatística de Multi-ponto para modelagem do escoamento em fratura pelo Método dos Elementos Analíticos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Hélio Correia da Silva Jhunior
• Orientador(a): Edson Cezar Wendland
• Banca de defesa: Jose Eduardo Alamy Filho, Didier Gastmans, Rodrigo Lilla Manzione, Joao Paulo Martins dos Santos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade de São Paulo
• Programa de Pós-Graduação: Engenharia (Hidráulica e Saneamento)
• País: BR
• Link de acesso: https://doi.org/10.11606/T.18.2023.tde-07062023-102705

A caracterização precisa da variabilidade espacial da condutividade hidráulica e sua aleatoriedade, são cruciais para a modelagem do fluxo e transporte de soluto em meios fraturados. A microtomografia de raios-X (micro-CT) caracteriza a geometria da fratura e a distribuição de aberturas em imagens de alta resolução (μm), porém as dimensões da amostra são limitadas entre 1 a 3 cm. A representatividade destas informações pode ser ampliada por meio de técnicas como a Geoestatística Multiponto (GMP). Os algoritmos GMP dependem de imagens de treinamento (IT) para reproduzir os padrões de estruturas complexas que requerem correlações que estão além da correlação de dois pontos. Dentre os métodos de simulação de fluxo subterrâneo, o Método dos Elementos Analíticos (MEA), apresentado por Strack (1989), é uma alternativa aos métodos tradicionais. No MEA, as soluções são obtidas aplicando o princípio da superposição das soluções analíticas dos elementos, como poços (points), rios e infiltrações (line-sinks), e heterogeneidades (line-doublets). O MEA é um método que independe de malha pré-definida, onde são discretizados apenas os limites internos ou externos dos elementos. O objetivo deste trabalho é reproduzir o padrão de distribuição não estacionário de aberturas de uma fratura usando a GMP e aplicar estes dados em um modelo de fluxo, baseado no MEA, visando simular os experimentos de curva de passagem de Lucas (2016). A imagem micro-CT de uma fratura é utilizada como IT. O algoritmo GMP Direct Sampling foi implementado para reproduzir os valores de abertura e gerar imagens com dimensões de 10×11cm (tamanho das amostras submetidas aos experimentos de curvas de passagem). Inicialmente, uma análise de sensibilidade quantitativa foi realizada nos principais parâmetros do DS, visando otimizar a qualidade das reproduções e tempo de processamento. Junto a uma inspeção visual, o desempenho das simulações geradas foi analisado em termos de histogramas, variogramas e funções de conectividade. A configuração otimizada dos parâmetros viabilizou a simulação dos padrões de abertura da micro-CT para as dimensões 10×11cm. A simulação das condições do experimento de curva de passagem foi realizada usando line-doublets e line-sinks. Os resultados mostraram uma boa concordância entre as simulações e os experimentos, em termos de perda de carga e velocidade média do fluxo. Os campos de velocidade gerados pelo MEA e a pluma de dispersão, obtida por meio de um modelo particle tracking, permitiram a visualização de canais preferenciais na fratura. No entanto, diferenças significativas entre as curvas de passagem simuladas e experimentais foram observadas. Características como tempo e pico de concentração apresentaram diferenças médias de 8 minutos, levando à conclusão que os campos de velocidade podem estar superestimados.