Na modelagem de processos de extração de hidrocarbonetos em rochas carbonáticas, um dos grandes desafios científicos é a predição acurada do fator de recuperação na presença de complexidades geológicas representadas pelas feições cársticas. A existência de caminhos de alta permeabilidade, gerados pelo processo de dissolução de carbonatos por águas meteóricas ou profundas, dá origem à formação de condutos cuja hidrodinâmica é caracterizada por elevadas trocas de massa com a rocha intacta. Consequentemente, a presença da rede discreta de condutos gera dificuldades adicionais advindas da necessidade do cômputo acurado dos coeficientes de troca de massa. Dentre as diversas complexidades destacamos aqui as decorrentes da geometria não circular das seções transversais do conduto aliadas à presença de brechas de colapso, que por sua vez dão origem à formação de regiões de dano na vizinhança destas estruturas. Neste contexto, estamos diante de um enorme desafio para descrever os regimes de escoamento bem como as interações hidrodinâmicas que ocorrem entre o carste e a matriz. Modelos para a rede de condutos baseados no tratamento via redes de poços não convencionais podem exibir deterioração de precisão devido às complexidades descritas acima. Neste cenário, o presente trabalho objetiva o desenvolvimento de um novo modelo numérico para o cômputo do coeficiente de troca de massa baseado em perturbações sequenciais aplicadas ao conceito tradicional de well index, amplamente utilizado para descrever macroscopicamente a interação poço/reservatório. Neste contexto, exploramos aqui o recente conceito de karst index e propomos uma nova metodologia, baseada no conceito de skin factor generalizado, cuja magnitude incorpora as perturbações hidrodinâmicas inerentes às correções de geometria não circular e à presença de regiões de dano na vizinhança do conduto. Experimentos numéricos são realizados onde os resultados ilustram o potencial da metodologia proposta no caso de condutos de seção transversal elíptica.
In the modeling of hydrocarbon extraction processes in carbonate rocks, one of the great scientific challenges is the accurate prediction of the recovery factor in the presence of geological complexities represented by karst features. The existence of high permeability paths, generated due the carbonate dissolution process by meteoric or deep waters, gives rise to the formation of conduits whose hydrodynamics is characterized by high mass changes with the intact rock. Consequently, the presence of the discret conduit network creates additional difficulties, since accurate calculation of mass exchange coefficients is required. Among the complexities we highlight those resulting from the non-circular geometry of the cross sections of the conduit combined with the presence of collapse breccia, which give rise to the formation of damage regions in the vicinity of these sections. In this context, we face a considerable challenge in order to describe the flow regimes as well as the hydrodynamic interactions between the karst and the matrix. Conduit network models based on unconventional wells approaches may exhibit deterioration in accuracy due to the complexities described above. In this scenario, the present work aims to develop a new numerical model to calculate the mass exchange coefficient based on sequential perturbations applied to the traditional concept of well index, widely used to macroscopically describe the well/reservoir interaction. In this context, we explore the recent concept of karst index and propose a new methodology, based on the concept of generalized skin factor, whose magnitude incorporates the hydrodynamic perturbations inherent to the corrections of non-circular geometries and the presence of damage zones in the vicinity of the conduit. Numerical experiments are carried out and the results illustrate the potential of the proposed methodology in scenarios of elliptical cross section conduits.
Uma nova classe de modelos perturbativos para descrição da troca de massa entre redes de condutos e matriz em rochas carbonáticas, 2020. 79 f. Dissertação (Programa de pós-graduação em Modelagem Computacional), Laboratório Nacional de Computação Científica, Petrópolis, RJ.