Otimização da injeção cíclica de vapor em reservatório de óleo pesado

Thermal methods made heavy oil production possible in fields where primary recovery failed. Throughout the years steam injection became one of the most important alternatives to increase heavy oil recovery. There are many types of steam injection, and one of them is the cyclic steam injection, which has been used with success in several countries, including Brazil. The process involves three phases: firstly, steam is injected, inside of the producing well; secondly, the well is closed (soak period); and finally, the well is put back into production. These steps constitute one cycle. The cycle is repeated several times until economical production limit is reached. Usually, independent of reservoir type, as the number of cycles increases the cyclic injection turns less efficient. This work aims to analyze rock and reservoir property influence in the cyclic steam injection. The objective was to study the ideal number of cycles and, consequently, process optimization. Simulations were realized using the STARS simulator from the CMG group based in a proposed reservoir model. It was observed that the reservoir thickness was the most important parameter in the process performance, whilst soaking time influence was not significant

Estudo do processo de difusão de gases em carvões com base em isotérmicas de Langmuir

Tese de Doutoramento apresentada à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Doutror em Ciências da Terra.

Estudo paramétrico da recuperação de óleo no processo de drenagem gravitacional com injeção de CO2

The gas injection has become the most important IOR process in the United States. Furthermore, the year 2006 marks the first time the gas injection IOR production has surpassed that of steam injection. In Brazil, the installation of a petrochemical complex in the Northeast of Brazil (Bahia State) offers opportunities for the injection of gases in the fields located in the Recôncavo Basin. Field-scale gas injection applications have almost always been associated with design and operational difficulties. The mobility ratio, which controls the volumetric sweep, between the injected gas and displaced oil bank in gas processes, is typically unfavorable due to the relatively low viscosity of the injected gas. Furthermore, the difference between their densities results in severe gravity segregation of fluids in the reservoirs, consequently leading to poor control in the volumetric sweep. Nowadays, from the above applications of gas injection, the WAG process is most popular. However, in attempting to solve the mobility problems, the WAG process gives rise to other problems associated with increased water saturation in the reservoir including diminished gas injectivity and increased competition to the flow of oil. The low field performance of WAG floods with oil recoveries in the range of 5-10% is a clear indication of these problems. In order to find na effective alternative to WAG, the Gas Assisted Gravity Drainage (GAGD) was developed. This process is designed to take advantage of gravity force to allow vertical segregation between the injected CO2 and reservoir crude oil due to their density difference. This process consists of placing horizontal producers near the bottom of the pay zone and injecting gás through existing vertical wells in field. Homogeneous models were used in this work which can be extrapolated to commercial application for fields located in the Northeast of Brazil. The simulations were performed in a CMG simulator, the STARS 2007.11, where some parameters and their interactions were analyzed. The results have shown that the CO2 injection in GAGD process increased significantly the rate and the final recovery of oil

Influência da areia argilosa na recuperação de petróleo por injeção de vapor

Continuous steam injection is one of heavy oil thermal recovery methods used in the Brazilian Northeast because of high occurrence of heavy oil reservoir. In this process, the oil into the reservoir is heated while reduces, substantially, its viscosity and improves the production. This work analyzed how the shaly sand layers influenced in the recovery. The studied models were synthetics, but the used reservoir data can be extrapolated to real situations of Potiguar Basin. The modeling was executed using the STARS - Steam Thermal and Advanced Process Reservoir Simulator - whose version was 2007.10. STARS is a tool of CMG Computer Modeling Group. The study was conducted in two stages, the first we analyzed the influence of reservoir parameters in the thermal process, so some of these were studied, including: horizontal permeability of the reservoir and the layer of shaly sand, ratio of horizontal permeability to vertical permeability, the influence of capillary pressure layer of shaly sand and as the location and dimensions of this heterogeneity can affect the productivity of oil. Among the parameters studied the horizontal permeability of the reservoir showed the most significant influence on the process followed by diversity. In the second stage three models were selected and studied some operational parameters such as injection rate, distance between wells, production time and completion intervals. Among the operating parameters studied the low rate and intermediate distances between wells showed the best recoveries

Estudo do acoplamento do poço injetor nas simulações de injeção cíclica de vapor

Steam injection is a method usually applied to very viscous oils and consists of injecting heat to reduce the viscosity and, therefore, increase the oil mobility, improving the oil production. For designing a steam injection project it is necessary to have a reservoir simulation in order to define the various parameters necessary for an efficient heat reservoir management, and with this, improve the recovery factor of the reservoir. The purpose of this work is to show the influence of the coupled wellbore/reservoir on the thermal simulation of reservoirs under cyclic steam stimulation. In this study, the methodology used in the solution of the problem involved the development of a wellbore model for the integration of steam flow model in injection wellbores, VapMec, and a blackoil reservoir model for the injection of cyclic steam in oil reservoirs. Thus, case studies were developed for shallow and deep reservoirs, whereas the usual configurations of injector well existing in the oil industry, i.e., conventional tubing without packer, conventional tubing with packer and insulated tubing with packer. A comparative study of the injection and production parameters was performed, always considering the same operational conditions, for the two simulation models, non-coupled and a coupled model. It was observed that the results are very similar for the specified well injection rate, whereas significant differences for the specified well pressure. Finally, on the basis of computational experiments, it was concluded that the influence of the coupled wellbore/reservoir in thermal simulations using cyclic steam injection as an enhanced oil recovery method is greater for the specified well pressure, while for the specified well injection rate, the steam flow model for the injector well and the reservoir may be simulated in a non- coupled way

Recuperação avançada de óleos pesados em poços fraturados utilizando aquecimento eletromagnético indutivo

The success achieved by thermal methods of recovery, in heavy oils, prompted the emergence of studies on the use of electromagnetic waves as heat generating sources in oil reservoirs. Thus, this generation is achieved by three types of different processes according to the frequency range used. They are: the electromagnetic induction heating, the resistive and the dielectric, also known as radiation. This study was based on computer simulations in oil reservoirs with characteristics similar to those found in the sedimentary basins of the Brazilian Northeast. All cases studied were simulated using the software STARS, CMG (Computer Group, version 2012.10 Modeling). Some simulations took into account the inclusion of electrically sensitive particles in certain sectors of the reservoir model studied by fracturing. The purpose of this work is the use of the electromagnetic induction heating as a recovery method of heavy oil, to check the influence of these aforementioned particles on the reservoir model used. Comparative analyses were made involving electromagnetic induction heating, the operation of hydraulic fracturing and the injection of water to the different situations of the reservoir model studied. It was found that fracturing the injection well in order that the electromagnetic heating occurs in the same well where there is water injection, there was a considerable increase in the recovery factor and in the cumulative oil production in relation to the models in which hydraulic fracturing occurred in the production well and water injection in the injection well. This is due to the generation of steam in situ in the reservoir.

Estudo paramétrico da recuperação de óleo no processo de drenagem gravitacional com injeção de CO2

The gas injection has become the most important IOR process in the United States. Furthermore, the year 2006 marks the first time the gas injection IOR production has surpassed that of steam injection. In Brazil, the installation of a petrochemical complex in the Northeast of Brazil (Bahia State) offers opportunities for the injection of gases in the fields located in the Recôncavo Basin. Field-scale gas injection applications have almost always been associated with design and operational difficulties. The mobility ratio, which controls the volumetric sweep, between the injected gas and displaced oil bank in gas processes, is typically unfavorable due to the relatively low viscosity of the injected gas. Furthermore, the difference between their densities results in severe gravity segregation of fluids in the reservoirs, consequently leading to poor control in the volumetric sweep. Nowadays, from the above applications of gas injection, the WAG process is most popular. However, in attempting to solve the mobility problems, the WAG process gives rise to other problems associated with increased water saturation in the reservoir including diminished gas injectivity and increased competition to the flow of oil. The low field performance of WAG floods with oil recoveries in the range of 5-10% is a clear indication of these problems. In order to find na effective alternative to WAG, the Gas Assisted Gravity Drainage (GAGD) was developed. This process is designed to take advantage of gravity force to allow vertical segregation between the injected CO2 and reservoir crude oil due to their density difference. This process consists of placing horizontal producers near the bottom of the pay zone and injecting gás through existing vertical wells in field. Homogeneous models were used in this work which can be extrapolated to commercial application for fields located in the Northeast of Brazil. The simulations were performed in a CMG simulator, the STARS 2007.11, where some parameters and their interactions were analyzed. The results have shown that the CO2 injection in GAGD process increased significantly the rate and the final recovery of oil

Influência da areia argilosa na recuperação de petróleo por injeção de vapor

Continuous steam injection is one of heavy oil thermal recovery methods used in the Brazilian Northeast because of high occurrence of heavy oil reservoir. In this process, the oil into the reservoir is heated while reduces, substantially, its viscosity and improves the production. This work analyzed how the shaly sand layers influenced in the recovery. The studied models were synthetics, but the used reservoir data can be extrapolated to real situations of Potiguar Basin. The modeling was executed using the STARS - Steam Thermal and Advanced Process Reservoir Simulator - whose version was 2007.10. STARS is a tool of CMG Computer Modeling Group. The study was conducted in two stages, the first we analyzed the influence of reservoir parameters in the thermal process, so some of these were studied, including: horizontal permeability of the reservoir and the layer of shaly sand, ratio of horizontal permeability to vertical permeability, the influence of capillary pressure layer of shaly sand and as the location and dimensions of this heterogeneity can affect the productivity of oil. Among the parameters studied the horizontal permeability of the reservoir showed the most significant influence on the process followed by diversity. In the second stage three models were selected and studied some operational parameters such as injection rate, distance between wells, production time and completion intervals. Among the operating parameters studied the low rate and intermediate distances between wells showed the best recoveries

Estudo do acoplamento do poço injetor nas simulações de injeção cíclica de vapor

Steam injection is a method usually applied to very viscous oils and consists of injecting heat to reduce the viscosity and, therefore, increase the oil mobility, improving the oil production. For designing a steam injection project it is necessary to have a reservoir simulation in order to define the various parameters necessary for an efficient heat reservoir management, and with this, improve the recovery factor of the reservoir. The purpose of this work is to show the influence of the coupled wellbore/reservoir on the thermal simulation of reservoirs under cyclic steam stimulation. In this study, the methodology used in the solution of the problem involved the development of a wellbore model for the integration of steam flow model in injection wellbores, VapMec, and a blackoil reservoir model for the injection of cyclic steam in oil reservoirs. Thus, case studies were developed for shallow and deep reservoirs, whereas the usual configurations of injector well existing in the oil industry, i.e., conventional tubing without packer, conventional tubing with packer and insulated tubing with packer. A comparative study of the injection and production parameters was performed, always considering the same operational conditions, for the two simulation models, non-coupled and a coupled model. It was observed that the results are very similar for the specified well injection rate, whereas significant differences for the specified well pressure. Finally, on the basis of computational experiments, it was concluded that the influence of the coupled wellbore/reservoir in thermal simulations using cyclic steam injection as an enhanced oil recovery method is greater for the specified well pressure, while for the specified well injection rate, the steam flow model for the injector well and the reservoir may be simulated in a non- coupled way

Simulação biofisicoquímica em reservatório tropical polimítico

O reservatório do Lobo, localizado no estado de São Paulo, é um sistema dinâmico no qual se desenvolve um ciclo diurno de estratificação e mistura, de modo similar ao que tem sido observado em outros lagos tropicais. Utilizou-se simulação 3D computacional com os softwares ELCOM (Estuary and Lake Computer Model) acoplado ao CAEDYM (Computacional Aquatic Ecosystem Dynamics Model), ambos desenvolvidos pelo CWR (Center for Water Research) da Universidade da Austrália. Foram realizadas cinco simulações: Piloto Primavera baseada em dados reais da estação no ano primavera no reservatório para o ano de 2007; Primavera-P em que as concentrações de fósforo total, fosfato inorgânico e fosfato total dissolvido foram aumentadas em 100% no reservatório (coluna de água e sedimento) e nos rios tributários; Primavera-V na qual a intensidade dos ventos foi aumentada em 50%; Primavera-T onde a temperatura da água (reservatório e tributários) e do ar foram aumentadas em 10C e, Primavera-X, onde a temperatura da água (reservatório e tributários) e do ar sofreu aumento em 10C, as concentrações de fósforo total, fosfato inorgânico e fosfato total dissolvido foram aumentadas em 100% e a velocidade do vento aumentada em 50%. A concentração de clorofila a foi representada pelos grupos cianobactérias e clorofíceas. O espaço de tempo das simulações representou 90 dias. As clorofíceas apresentaram maior desenvolvimento populacional do que as cianobactérias em todas as simulações. No reservatório, a mistura vertical é ocasionada diariamente pelo vento ou por processos convectivos causados pela perda de calor no corpo de água. A oxigenação do reservatório é maior com a ocorrência de ventos e de grupos fotossintéticos. As concentrações totais de fósforo e nitrogênio apresentaram aumento em todas as simulações.

Uma Metodologia de Estudo de Simulação Tridimensional de Escoamento Turbulento Estratificado no Reservatório de Plantas Hidrelétricas.

Uma simulação numérica que leva em conta os efeitos de estratificação e mistura escalar (como a temperatura, salinidade ou substância solúvel em água) é necessária para estudar e prever os impactos ambientais que um reservatório de usina hidrelétrica pode produzir. Este trabalho sugere uma metodologia para o estudo de escoamentos ambientais, principalmente aqueles em que o conhecimento da interação entre a estratificação e mistura pode dar noções importantes dos fenômenos que ocorrem. Por esta razão, ferramentas de simulação numérica 3D de escoamento ambiental são desenvolvidas. Um gerador de malha de tetraedros do reservatório e o modelo de turbulência algébrico baseado no número de Richardson são as principais ferramentas desenvolvidas. A principal dificuldade na geração de uma malha de tetraedros de um reservatório é a distribuição não uniforme dos pontos relacionada com a relação desproporcional entre as escalas horizontais e verticais do reservatório. Neste tipo de distribuição de pontos, o algoritmo convencional de geração de malha de tetraedros pode tornar-se instável. Por esta razão, um gerador de malha não estruturada de tetraedros é desenvolvido e a metodologia utilizada para obter elementos conformes é descrita. A geração de malha superficial de triângulos utilizando a triangulação Delaunay e a construção do tetraedros a partir da malha triangular são os principais passos para o gerador de malha. A simulação hidrodinâmica com o modelo de turbulência fornece uma ferramenta útil e computacionalmente viável para fins de engenharia. Além disso, o modelo de turbulência baseado no número de Richardson leva em conta os efeitos da interação entre turbulência e estratificação. O modelo algébrico é o mais simples entre os diversos modelos de turbulência. Mas, fornece resultados realistas com o ajuste de uma pequena quantidade de parâmetros. São incorporados os modelos de viscosidade/difusividade turbulenta para escoamento estratificado. Na aproximação das equações médias de Reynolds e transporte de escalar é utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os termos convectivos são aproximados utilizando o método semi-Lagrangeano, e a aproximação espacial é baseada no método de Galerkin. Os resultados computacionais são comparados com os resultados disponíveis na literatura. E, finalmente, a simulação de escoamento em um braço de reservatório é apresentada.

Variação temporal de uma comunidade fitoplanctônica do reservatório de APM-Manso através de modelagem ecológica tridimensional.

A ecologia de reservatórios, que são ecossistemas complexos, dinâmicos e artificiais, vem assumindo destaque no Brasil. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade da aplicação, no reservatório de APM-Manso, de um modelo ecológico tridimensional em estudos sobre a dinâmica fitoplanctônica, simulando a variação temporal do fitoplâncton para cenários distintos de carga de nutrientes. O modelo CAEDYM foi acoplado ao ELCOM e simulação foi realizada em duas etapas: uma hidrodinâmica e outra ecológica. Escolheu-se para as simulações o período de cinco meses, a partir de 1 de setembro de 2005. Foram construídos dois cenários de simulação, o primeiro contendo os valores reais de carga de nutrientes dos principais rios contribuintes medidos em campo, e o segundo com redução na carga nutricional destes rios, simulando um possível processo de substituição de áreas florestadas por áreas de pastagem na bacia do rio Manso. A comunidade fitoplanctônica simulada apresentou rápidas respostas à disponibilidade nutricional do ambiente, e os resultados obtidos corroboraram com diversas teorias sobre as estratégias adaptativas e sobre as dinâmicas algais. Dentre as classes simuladas, Bacillariophyceae e Cryptophyceae se mostraram mais sensíveis às reduções de carga, enquanto Chrolophyceae e Cyanophyceae, apesar de terem suas biomassas reduzidas, sofreram menos com o impacto, sugerindo estarem mais adaptadas à limitação de nutrientes. Os picos chuvosos influenciaram positivamente as taxas de crescimento das Bacillariophyceae apenas no Cenário 1, uma vez que a limitação por nutrientes foi mais decisiva para esta classe no Cenário 2. Observou-se em ambas as simulações uma tendência de substituição na dominância de Cyanophyceae por Chlorophyceae.

Programa de simulação de sistemas de aquecimento Solar.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um programa computacional que simula o desempenho térmico de um sistema de aquecimento solar de água com circulação forçada, adequado para uso em edificações. O programa trabalha realizando o balanço de massa e de energia no reservatório térmico a cada hora, tendo como valores de entrada dados do ano meteorológico típico da localidade selecionada e a vazão de água quente de consumo. Os componentes do sistema são o reservatório térmico de água quente com aquecedor auxiliar interno, o coletor solar e a bomba de circulação. A base de dados meteorológicos escolhida foi a do projeto SWERA, que contém arquivos no formato padrão TMY disponíveis na internet para um número considerável de cidades, incluindo diversas localidades brasileiras. Foi proposto um modelo de temperatura de água da rede de abastecimento relacionado com a temperatura do solo, dado disponível nos arquivos de entrada utilizados. O programa utilizou como referência para a validação dos modelos de cálculo resultados obtidos pelo programa comercial de simulação TRNSYS. Foram comparados resultados para os modelos de irradiação incidente em superfície inclinada, do coletor solar e do sistema completo. Para isto foram simulados sistemas localizados em quatro cidades distintas com climas diferentes. O tempo total usado nas simulações foi de um ano e os resultados das comparações dos valores resultantes foram considerados satisfatórios.

Modelagem e simulação do escoamento imiscível em meios porosos fractais descritos pela equação de Kozeny-Carman Generalizada

O presente trabalho trata do escoamento bifásico em meios porosos heterogêneos de natureza fractal, onde os fluidos são considerados imiscíveis. Os meios porosos são modelados pela equação de Kozeny-Carman Generalizada (KCG), a qual relaciona a porosidade com a permeabilidade do meio através de uma nova lei de potência. Esta equação proposta por nós é capaz de generalizar diferentes modelos existentes na literatura e, portanto, é de uso mais geral. O simulador numérico desenvolvido aqui emprega métodos de diferenças finitas. A evolução temporal é baseada em um esquema de separação de operadores que segue a estratégia clássica chamada de IMPES. Assim, o campo de pressão é calculado implicitamente, enquanto que a equação da saturação da fase molhante é resolvida explicitamente em cada nível de tempo. O método de otimização denominado de DFSANE é utilizado para resolver a equação da pressão. Enfatizamos que o DFSANE nunca foi usado antes no contexto de simulação de reservatórios. Portanto, o seu uso aqui é sem precedentes. Para minimizar difusões numéricas, a equação da saturação é discretizada por um esquema do tipo "upwind", comumente empregado em simuladores numéricos para a recuperação de petróleo, o qual é resolvido explicitamente pelo método Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados das simulações são bastante satisfatórios. De fato, tais resultados mostram que o modelo KCG é capaz de gerar meios porosos heterogêneos, cujas características permitem a captura de fenômenos físicos que, geralmente, são de difícil acesso para muitos simuladores em diferenças finitas clássicas, como o chamado fenômeno de dedilhamento, que ocorre quando a razão de mobilidade (entre as fases fluidas) assume valores adversos. Em todas as simulações apresentadas aqui, consideramos que o problema imiscível é bidimensional, sendo, portanto, o meio poroso caracterizado por campos de permeabilidade e de porosidade definidos em regiões Euclideanas. No entanto, a teoria abordada neste trabalho não impõe restrições para sua aplicação aos problemas tridimensionais.

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.