Análise matemática de soluções descontínuas de leis de conservação hiperbólicas e resoluções numéricas para a captura de ondas de choque em escoamentos multifásicos em meios porosos

O processo de recuperação secundária de petróleo é comumente realizado com a injeção de água ou gás no reservatório a fim de manter a pressão necessária para sua extração. Para que o investimento seja viável, os gastos com a extração precisam ser menores do que o retorno financeiro obtido com a produção de petróleo. Objetivando-se estudar possíveis cenários para o processo de exploração, costuma-se utilizar simulações dos processos de extração. As equações que modelam esse processo de recuperação são de caráter hiperbólico e não lineares, as quais podem ser interpretadas como Leis de Conservação, cujas soluções são complexas por suas naturezas descontínuas. Essas descontinuidades ou saltos são conhecidas como ondas de choque. Neste trabalho foi abordada uma análise matemática para os fenômenos oriundos de leis de conservação, para em seguida utilizá-la no entendimento do referido problema. Foram estudadas soluções fracas que, fisicamente, podem ser interpretadas como ondas de choque ou rarefação, então, para que fossem distinguidas as fisicamente admissíveis, foi considerado o princípio de entropia, nas suas diversas formas. As simulações foram realizadas nos âmbitos dos escoamentos bifásicos e trifásicos, em que os fluidos são imiscíveis e os efeitos gravitacionais e difusivos, devido à pressão capilar, foram desprezados. Inicialmente, foi feito um estudo comparativo de resoluções numéricas na captura de ondas de choque em escoamento bifásico água-óleo. Neste estudo destacam-se o método Composto LWLF-k, o esquema NonStandard e a introdução da nova função de renormalização para o esquema NonStandard, onde obteve resultados satisfatórios, principalmente em regiões onde a viscosidade do óleo é muito maior do que a viscosidade da água. No escoamento bidimensional, um novo método é proposto, partindo de uma generalização do esquema NonStandard unidimensional. Por fim, é feita uma adaptação dos métodos LWLF-4 e NonStandard para a simulação em escoamentos trifásicos em domínios unidimensional. O esquema NonStandard foi considerado mais eficiente nos problemas abordados, uma vez que sua versão bidimensional mostrou-se satisfatória na captura de ondas de choque em escoamentos bifásicos em meios porosos.

Um modelo físico-matemático para escoamentos em meios porosos com transição insaturado-saturado.

Neste trabalho é apresentada uma nova modelagem matemática para a descrição do escoamento de um líquido incompressível através de um meio poroso rígido homogêneo e isotrópico, a partir do ponto de vista da Teoria Contínua de Misturas. O fenômeno é tratado como o movimento de uma mistura composta por três constituintes contínuos: o primeiro representando a matriz porosa, o segundo representando o líquido e o terceiro representando um gás de baixíssima densidade. O modelo proposto possibilita uma descrição matemática realista do fenômeno de transição insaturado/saturado a partir de uma combinação entre um sistema de equações diferenciais parciais e uma desigualdade. A desigualdade representa uma limitação geométrica oriunda da incompressibilidade do líquido e da rigidez do meio poroso. Alguns casos particulares são simulados e os resultados comparados com resultados clássicos, mostrando as consequências de não levar em conta as restrições inerentes ao problema.

Uma nova descrição para a transferência de massa em meios porosos com transição saturado-insaturado.

Esse texto trata do problema de um fluido contaminado escoando por um meio poroso, tratando os componentes na mistura como meios contínuos. Na primeira parte, desenvolvemos a teoria de misturas de meios contínuos e discutimos equações da continuidade, momento linear e momento angular. A seguir, descrevemos o problema em detalhe e fazemos hipóteses para simplificar o escoamento. Aplicamos as equações encontradas anteriormente para encontrarmos um sistema de equações diferenciais parciais. Desse ponto em diante, o problema se torna quase puramente matemático. Discutimos o caso insaturado, e depois a saturação do meio poroso. Finalmente, adicionamos um contaminante à mistura e, em seguida, N contaminantes.

Abordagens do tipo livre de jacobiana na simulação do escoamento de fluidos compressíveis em meios porosos

O desenvolvimento de software livre de Jacobiana para a resolução de problemas formulados por equações diferenciais parciais não-lineares é de interesse crescente para simular processos práticos de engenharia. Este trabalho utiliza o chamado algoritmo espectral livre de derivada para equações não-lineares na simulação de fluxos em meios porosos. O modelo aqui considerado é aquele empregado para descrever o deslocamento do fluido compressível miscível em meios porosos com fontes e sumidouros, onde a densidade da mistura de fluidos varia exponencialmente com a pressão. O algoritmo espectral utilizado é um método moderno para a solução de sistemas não-lineares de grande porte, o que não resolve sistemas lineares, nem usa qualquer informação explícita associados com a matriz Jacobiana, sendo uma abordagem livre de Jacobiana. Problemas bidimensionais são apresentados, juntamente com os resultados numéricos comparando o algoritmo espectral com um método de Newton inexato livre de Jacobiana. Os resultados deste trabalho mostram que este algoritmo espectral moderno é um método confiável e eficiente para a simulação de escoamentos compressíveis em meios porosos.

Avaliação de modelos de permeabilidade em meios porosos não consolidados

As simulações computacionais tem sido amplamente empregadas no estudo do escoamento darciano e não-darciano em meios porosos consolidados e não-consolidados. Neste trabalho, através de uma nova formulação para a equação de Forchheimer, foram identificadas duas novas propriedades denominados fator de comportamento do fluido, que atua paralelamente a permeabilidade, e permeabilidade equivalente global, resultado da relação anterior. Este comportamento foi estudado e validado através da implementação de um aparato experimental e um código computacional baseado no modelo de regressão-linear que, além disso, demonstrou que o escoamento, ainda que em regime não darciano, comporta-se linearmente como a equação de Darcy, ainda que o coeficiente angular desta diminuiu de acordo com a faixa do número de Reynolds atingida, sendo esta dependente do tipo de leito empregado. Ainda neste trabalho, foi implementado o método de otimização R2W para estimar os parâmetros da equação de Kozeny-Carman a partir de dados experimentais obtidos por Dias et al, a fim de simular o escoamento darciano em meios porosos. Por fim, foi alcançada excelente concordância entre os dados simulados pelo método R2W / equação de Kozeny-Carman e os dados reais.

Simulations of thermal upgrading methods for oil shale reservoirs

This paper analyzes reaction and thermal front development in porous reservoirs with reacting flows, such as those encountered in shale oil extraction. A set of dimensionless parameters and a 3D code are developed in order to investigate the important physical and chemical variables of such reservoirs when heated by in situ methods. This contribution builds on a 1D model developed for the precursor study to this work. Theory necessary for this study is presented, namely shale decomposition chemical mechanisms, governing equations for multiphase flow in porous media and necessary closure models. Plotting the ratio of the thermal wave speed to the fluid speed allows one to infer that the reaction wave front ends where this ratio is at a minimum. The reaction front follows the thermal front closely, thus allowing assumptions to be made about the extent of decomposition solely by looking at thermal wave progression. Furthermore, this sensitivity analysis showed that a certain minimum permeability is required in order to ensure the formation of a traveling thermal wave. It was found that by studying the non-dimensional governing parameters of the system one can ascribe characteristic values for these parameters for given initial and boundary conditions. This allows one to roughly predict the performance of a particular method on a particular reservoir given approximate values for initial and boundary conditions. Channelling and flow blockage due to carbon residue buildup impeded each method's performance. Blockage was found to be a result of imbalanced heating. Copyright 2012, Society of Petroleum Engineers.

Subsurface transport behavior of micro-nano bubbles and potential applications for groundwater remediation.

Micro-nano bubbles (MNBs) are tiny bubbles with diameters on the order of micrometers and nanometers, showing great potential in environmental remediation. However, the application is only in the beginning stages and remains to be intensively studied. In order to explore the possible use of MNBs in groundwater contaminant removal, this study focuses on the transport of MNBs in porous media and dissolution processes. The bubble diameter distribution was obtained under different conditions by a laser particle analyzer. The permeability of MNB water through sand was compared with that of air-free water. Moreover, the mass transfer features of dissolved oxygen in water with MNBs were studied. The results show that the bubble diameter distribution is influenced by the surfactant concentration in the water. The existence of MNBs in pore water has no impact on the hydraulic conductivity of sand. Furthermore, the dissolved oxygen (DO) in water is greatly increased by the MNBs, which will predictably improve the aerobic bioremediation of groundwater. The results are meaningful and instructive in the further study of MNB research and applications in groundwater bioremediation.

水合物及其在多孔介质中导热性能的研究

气体水合物是一种笼形混合物，它是水分子形成的主体框架包裹其他客体分子形成的一种非化学计量的冰状物质。在海底和大陆的永冻区有大量的天然气水合物，由于天然气水合物富含天然气资源（约2x1016时），并且其稳定性关系到全球气候和海洋地质结构的变化，因而受到广泛的关注。所以在考虑对该资源进行热开采和考察地球温压变化对含水合物层的影响时，有必要掌握水合物的热物性和含水合物层的有效导热系数（ETC）。另一方面，水合物虽然具有明确的晶体结构，但研究表明n型水合物具有玻璃体的导热特性，即其具有低导热系数和导热系数随温度变

耗散粒子动力学处理复杂固体壁面的一种有效方法

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)作为一种介观尺度拉格朗日型粒子方法,已经成功地应用于微纳米流动和生化科技的研究中. 复杂固体壁面的处理和壁面边界条件的实施一直是DPD方法发展及应用的一个障碍. 提出了处理复杂固体壁面的一种新的方法. 复杂固体区域通过冻结随机分布并且达到平衡状态的DPD粒子代表;所冻结的DPD粒子位于临近流动区域的一个截距内;在靠近固体壁面的流动区域中设置流动反弹层,当流动DPD粒子进入此流动层后反弹回流动区域. 应用这种固体壁面处理方法.

农业污染物在多孔介质中迁移的研究进展

为有效地预测和控制农业污染物对土壤及地下水资源的污染 ,需要建立相应的数学模型。在数学模型的应用中 ,模型参数的确定是关键。本文简要回顾了农业污染物在多孔介质迁移模型研究的进展 ,指出了各自的适用条件及存在的问题。

Mesoscopic simulation of the impregnating process of unidirectional fibrous preform in resin transfer molding

The resin transfer molding has gained popularity in the preparation of fiber-reinforced polymer-matrix composites because of its high efficiency and low pollution. The non-uniform inter-tow and intra-tow flows are regarded as the reason of void formation in RTM. According to the process characteristics, the axisymmetric model was developed to study the interaction between the flow in the inter-tow space and that in the intra-tow space. The flow behavior inside the fiber tows was formulated using Brinkman's equation, while that in the open space around the fiber tows was formulated by Stokes' equation. The volume of fluid (VOF) method was applied to track the flow front, and the effects of filling velocity, resin viscosity, inter-tow dimension and intra-tow permeability on fluid pressure and flow front were analyzed. The results show that the flow front difference between the inter-tow and intra-tow becomes larger with the decrease of intra-tow permeability, as well as the increase of filling velocity and inter-tow dimension.

砂泥岩储层测井产能预测方法研究

Productivity prediction is very important in the exploration and development of oilfields. Using well log data to predict productivity is a front-line technology， which is key issue in petroleum exploration phase. The essential factors of productivity prediction is building practical models and correcting various causes to improve precision of prediction parameters. Any errors of parameters selections can affect the calculation of productivity prediction; therefore， how to improve research means and calculation accuracy is an important task of productivity prediction. Theory and case examples are deeply and comprehensively studied in the paper. Based on the theory of mud-filtrate invasion and experimental results， the damage of drilling， cementing， perforating，acidizing and fracturing were investigated. The damage depth was quantitatively evaluated by log data， based on this， the processing results of reservoir sensitivity were used to analysis quantitatively the damage of reservoir. The productivity prediction and reservoir damage were initiatively incorporated according to well logging， and the precision of productivity prediction was effectively improved. The method of NMR was explored to calculate the fluid viscosity on the basis of reservoir physical method， and the differences between the two methods were compared in the paper. From the theory fluid flow in porous media， various of theoretical models of production prediction were explored and several practical models were consided， such as productivity index method， improved productivity index method， improved Bearder method， SVM and so on. The characteristic and the application scope of these methods were studied. The inflow productivity and outflow productivity were incorporated and nodal analysis method was used to forecast wellhead yield， thus achieved scientifically production. On the applied background of conventional logging suite， the applying of special items or new logging method which is practical in the research area were studied， the logging suite was further optimized， and the precision of forecast was improved. On the basis of the modeling and the calculation of parameters， these methods were verified and analyzed， and the reconstruct principle was also built for block reservoir. The research block was processed by these methods and compared with testing data. Based on above the research， a technological system which is practical for shaly sand profiles in Shengli Oilfield was built. The system can reach commercialized degree，and satisfied the need of exploration and development of the oilfield.

油田高含水期剩余油分布规律研究

After systemic investigation of the techniques，route lines and mechanisms about the remaining oil，the dynamic migration and congregation behavior of the remaining oil are discussed on base of interaction between flowing and enriching of water and oil.After the micro-scope modeling of the fluid flow in porous media and the changes in petrol-physical properties of the flowing system, the characters of fluid fields and the dynamic distribution of oil are discussed, among which the preference-flowing is focused on. Based on the preference-flowing in porous media, the concept of the preference-flowing channels is developed. According to above, heterogeneous distribution of water and oil in the field and dynamic mechanism of remaining oil are all obvious. media can be divided into three kinds, directional, stochastic, arbitrary porous media. The main research results are as following: 1. Treating the characteristic parameters such as permeability, porosity and wettability as regional parameter, the fluid field with high water-cut has been established by geostatistical method, among which the difference of flowing pores and the changes of its petrol-physical properties during flooding are studied. 2. The flow process of water and oil are recurrent in physical simulation experiments, in which the mechanisms and phenomena are caught and analyzed. Fluid flow mechanics in porous media with preference-flowing channels have been studied. 3. The mutual coupling between water and oil is induced and the mathematical evolution equations including this interaction were built. . 4. Through coupling effect between flowing water and oil, the dynamic migration and congregation behavior of remaining oil depend upon this coupling. 5. Coupling between water and oil act as driving force and trapping force for the remaining oil. The coupling model of thesis has been verified by simplified the numerical model and compared results with Ng35 oil reservoir in Gudao oil field, it has important theoretical and application values for improving precision of remaining oil and production performance prediction, and is a new method for studying the mechanics of remaining oil in channeled porous media has been established. Key words：flow field，high water-cut，coupling，dominant flow in porous media，remaining oil