Otimização de vazão de poços injetores em projeto de injeção de água utilizando simulação por linhas de fluxo

Until the early 90s, the simulation of fluid flow in oil reservoir basically used the numerical technique of finite differences. Since then, there was a big development in simulation technology based on streamlines, so that nowadays it is being used in several cases and it can represent the physical mechanisms that influence the fluid flow, such as compressibility, capillarity and gravitational segregation. Streamline-based flow simulation is a tool that can help enough in waterflood project management, because it provides important information not available through traditional simulation of finite differences and shows, in a direct way, the influence between injector well and producer well. This work presents the application of a methodology published in literature for optimizing water injection projects in modeling of a Brazilian Potiguar Basin reservoir that has a large number of wells. This methodology considers changes of injection well rates over time, based on information available through streamline simulation. This methodology reduces injection rates in wells of lower efficiency and increases injection rates in more efficient wells. In the proposed model, the methodology was effective. The optimized alternatives presented higher oil recovery associated with a lower water injection volume. This shows better efficiency and, consequently, reduction in costs. Considering the wide use of the water injection in oil fields, the positive outcome of the modeling is important, because it shows a case study of increasing of oil recovery achieved simply through better distribution of water injection rates

Otimização de vazão de poços injetores em projeto de injeção de água utilizando simulação por linhas de fluxo

Until the early 90s, the simulation of fluid flow in oil reservoir basically used the numerical technique of finite differences. Since then, there was a big development in simulation technology based on streamlines, so that nowadays it is being used in several cases and it can represent the physical mechanisms that influence the fluid flow, such as compressibility, capillarity and gravitational segregation. Streamline-based flow simulation is a tool that can help enough in waterflood project management, because it provides important information not available through traditional simulation of finite differences and shows, in a direct way, the influence between injector well and producer well. This work presents the application of a methodology published in literature for optimizing water injection projects in modeling of a Brazilian Potiguar Basin reservoir that has a large number of wells. This methodology considers changes of injection well rates over time, based on information available through streamline simulation. This methodology reduces injection rates in wells of lower efficiency and increases injection rates in more efficient wells. In the proposed model, the methodology was effective. The optimized alternatives presented higher oil recovery associated with a lower water injection volume. This shows better efficiency and, consequently, reduction in costs. Considering the wide use of the water injection in oil fields, the positive outcome of the modeling is important, because it shows a case study of increasing of oil recovery achieved simply through better distribution of water injection rates

Simulação do movimento da água no solo utilizando modelo numérico

Um dos principais desafios para o século XXI é o uso sustentável dos recursos hídricos. A agricultura é a maior usuária desse recurso, sendo responsável por aproximadamente 70% dos gastos globais de água. Para o uso racional da água é necessário o conhecimento das propriedades hidráulicas do solo na condição de não-saturação. A simulação do movimento da água no solo através da modelagem é uma ferramenta importante no entendimento do sistema solo-água-planta, pois permite a previsão e estudo do comportamento da redistribuição da água no solo de maneira eficiente. Porém a forte dependência entre os parâmetros hidráulicos do solo (teor de água, potencial matricial e condutividade hidráulica) fazem da modelagem um assunto complicado, necessitando de modelos numéricos que utilizem intervalos discretos de tempo e espaço. Esses intervalos devem ser suficientemente pequenos para que dentro de um intervalo as variações dos parâmetros hidráulicos sejam insignificantes. Nesta tese é proposto um algoritmo para a descrição do movimento vertical da água no solo, definindo o intervalo de tempo como função de uma variação máxima admissível do teor de água. O algoritmo foi testado para alguns conjuntos de dados hidráulicos de solos, utilizando as condições de contorno de um experimento de perfil instantâneo. A eficiência do algoritmo foi verificada em situações práticas, como na previsão do teor de água na Capacidade de Campo e na predição do tempo para ser atingida determinada condição de umidade no solo. Utilizando o algoritmo, também foram estudados o comportamento da retenção e dos parâmetros de condutividade em relação aos parâmetros de drenagem. Concluiu-se que o algoritmo descreve adequadamente o processo de redistribuição de água no solo utilizando intervalos suficientemente pequenos de tempo e espaço; a forma de discretização do tempo não comprometeu a acurácia das medidas; a previsão do teor de água na Capacidade de Campo e do tempo para ser atingida determinada condição de umidade no solo foram satisfatórias; e o algoritmo permite o estudo das relações entre os parâmetros hidráulicos do solo.

Simulação do caminhamento da água da chuva e herbicidas em palhadas utilizadas em sistemas de plantio direto

Um experimento foi conduzido no NuPAM/FCA/UNESP, Botucatu-SP, objetivando avaliar a dinâmica de retenção de água e o caminhamento de um traçante (simulando um herbicida) em diferentes coberturas mortas. Os tratamentos foram constituídos pelo monitoramento do traçante FD&C-1 pulverizado sobre coberturas mortas de cevada, trigo, aveia-preta colhida, aveia-preta rolada, azevém, milheto e capim-braquiária, nas quantidades de 3.000, 6.000 e 9.000 kg ha-1, antes e após simulação de chuvas. As repetições constituíram-se de oito conjuntos de PVC + funil + béquer com palha, onde, através da chuva lixiviada pelas palhadas e do peso dos suportes de PVC, foram estimadas a retenção e transposição da água, assim como quantificado o traçante extraído, através de procedimentos espectrofotométricos. Os diferentes tipos de resíduos culturais mostraram-se similares quanto à retenção da água da chuva, ocorrendo uniformização entre os primeiros 7,5 e 15 mm de precipitação. A formação de pontos secos associados a canais preferenciais de escorrimento induziu menor capacidade de embebição e retenção da água das chuvas pelas palhadas. As máximas capacidades médias de retenção da chuva pelas coberturas foram de 1,22, 1,99 e 2,59 mm para 3.000, 6.000 e 9.000 kg de matéria seca ha-1, respectivamente. As precipitações iniciais entre 10 e 20 mm foram fundamentais para o molhamento uniforme das palhadas e carregamento do traçante até o solo, independentemente do tipo e da quantidade de palha. Esse comportamento indica ser viável a utilização de programas similares de controle de plantas daninhas para diferentes tipos e quantidades de palha em sistemas de plantio direto.

Simulação da produtividade da água para a cultura do milho de sequeiro em municípios de Minas Gerais.

2016

Desenvolvimento de um simulador virtual de vazamento para testar correlacionadores acústicos comerciais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Estudo paramétrico da injeção de polímeros em reservatórios de petróleo

Developing an efficient methodology for oil recovery is extremely important . Within the range of enh anced oil recovery, known as EOR, the injection of polymer solutions becomes effective in controlling the mobility of displacing fluid . This method consists of adding polymers to the injection water to increase its viscosity, so that more water diffuses in to the porous medium and increasing the sweep efficiency in the reservoir. This work is studied by numerical simulation , application of the injection polymer solution in a homogeneous reservoir , semisynthetic with similar characteristics to the reservoirs of the Brazilian Northeast , numerical simulations were performed using thermal simulator STARS from CMG (Computer Modelling Group ). The study aimed to analyze the influence of some parameters on the behavior of reservoir oil production, with the response to cumulative production. Simulations were performed to analyze the influence of water injection, polymer solution and alternating injection of water banks and polymer solution, comparing the results for each simulated condition. The primary outcomes were: oil viscosity, percentage of injected polymer, polymer viscosity and flow rate of water injection. The evaluation of the influence of variables consisted of a complete experimental design followed a Pareto analysis for the purpose of pointing out which va riables would be most influential on the response represented b y the cumulative oil production . It was found that all variables significantly influenced the recovery of oil and the injection of polymer solution on an ongoing basis is more efficient for the cumulative production compared to oil recovery by continuous water injection. The primary recovery show ed low levels of oil production , water injection significantly improves the pro duction of oil in the reservoir , but the injection of polymer solution em erges as a new methodology to increase the production of oil, increasing the life of the well and possible reduction of water produced.

Desenvolvimento de funções de pedotransferência para regiões do nordeste brasileiro.

Modelos para simulação do fluxo de água no solo e previsão de produtividade de culturas requerem informações sobre parâmetros das curvas de retenção e condutividade hidráulica do solo. Funções de pedotransferência (PTFs) se constituem numa alternativa para obtenção dessas informações, a partir de dados de textura e estrutura disponíveis em levantamentos de solos. Neste trabalho, foram ajustadas PTFs para os parâmetros do modelo de van Genuchten (vG), utilizando dados de 838 curvas de retenção de diferentes locais do Nordeste. As PTFs apresentaram boa qualidade de ajuste para os parâmetros θr e θs em contraste com a baixa capacidade preditiva para logα e n. Tais resultados sugerem a viabilidade do seu uso em modelos de simulação do balanço hídrico simplificado e para algumas aplicações práticas de irrigação. No entanto, para uso em modelos complexos de fluxo de água é importante avaliar a sensibilidade das variáveis prognósticas (produtividade agrícola, concentração de solutos) a variações nos parâmetros de vG. A alta variabilidade observada tanto nas propriedades morfológicas como nos parâmetros de vG para a região de estudo sugere o agrupamento dos dados em classes texturais ou tipos de solos.

Controlo de perdas no sistema de abastecimento do Sistema Travasso, Carrinhos, Mancos e Águas Férreas (Concelho de Pombal)

Os sistemas de abastecimento de água são, nos dias de hoje, fundamentais para a vida da população, contudo se estes sistemas não forem bem planeados antes da construção podem trazer problemas que afetam as condições hidráulicas do sistema de abastecimento e as condições da qualidade da água. A modelação surge como um método de planeamento, conceção e simulação da operação dos sistemas de abastecimento. No presente projeto, procedeu-se ao estudo de um sistema de abastecimento através interpretação da componente hidráulica e da componente da qualidade da água com recurso à modelação utilizando o modelo computacional Epanet 2.0. O caso de estudo foi o sistema de Travasso, Carrinhos Mancos e Águas Férreas gerido pela Câmara Municipal de Pombal. Para a simulação hidráulica foi necessário fazer o levantamento dos elementos de cadastro do projeto, das suas condições de operação bem como o levantamento dos dados dos consumidores de forma a alocar os consumos por nós. Para a simulação da qualidade da água recorreu-se a dados bibliográficos, que foram ajustados de acordo com os valores verificados nas medições. Este projeto permitiu concluir que o sistema em estudo apresenta perdas na ordem dos 57%, valor demasiado elevado para um sistema novo. Outra conclusão que se aferiu foi a duvidosa qualidade da água duas zonas do sistema, resultado dos baixos consumos e consequentes elevados tempos de retenção. Este último problema poderá ser eventualmente ultrapassado através de medições regulares da concentração de cloro na água e através de purgas na rede nas zonas em que a concentração está abaixo do recomendado.

Regras de operação do reservatório de Magos para controlo de cheias

Face à Directiva 2007/60/CE relativa à avaliação e gestão do risco de inundações, ao Decreto-Lei nº 344/2007 que aprova o Regulamento de Segurança de Barragens, ao aumento de áreas urbanizadas e às projecções dos modelos de clima para o fim do século, que apontam para o aumento da frequência e da intensidade da ocorrência de inundações causadas por eventos de precipitação intensa de curta duração, é crucial a definição de regras de operação nos reservatórios com controlo de cheias. O Reservatório de Magos pertence à bacia hidrográfica do rio Tejo, está situado no Concelho de Salvaterra de Magos e tem como usos principais a rega e o controlo de cheias. Este trabalho tem como objecto de estudo a definição das regras de operação (restrição no caudal descarregado) do Reservatório de Magos para controlo de cheias no troço a jusante. São aplicados o modelo hidrológico HEC-HMS 3.1.0, o modelo hidráulico HEC-RAS 3.1.3 e o modelo de simulação de reservatórios HEC-ResSim 3.O para o cálculo do hidrograma de cheia, da zona inundável e para simulação do balanço de água no reservatório, respectivamente. Como resultado são apresentadas as regras de operação (caudal máximo e mínimo a descarregar) do Reservatório de Magos para controlo da zona inundável a jusante, no caso de um evento de cheia. /ABSTRACT: Based on the Directive 2007/60/CE related to the Assessment and Management of Flood Risks, on the Decree-Law n. o 344/2007 which approves the Regulation for Dam Safety, the increased urban areas and to the projections of climate models by the end of the century which is pointing to an increased frequency and intensity of occurrence of floods caused by intense rainfall events of short duration, establishing rules of operation for flood control in reservoirs becomes crucial. The Magos Reservoir belongs to the river Tagus basin, located in the county of Salvaterra de Magos and has as its main uses the irrigation and flood control. This study aims to establish the rules of operation (flow discharged restriction) of the Reservoir of Magos for flood control in the downstream reach. The methodology used in the present work includes the application of the Hydrological model HEC-HMS 3.1.0, the Hydraulic model HEC-RAS 3.1.3 and a reservoir simulation model HEC-ResSim 3.0 to calculate the hydrograph of peak discharge, floodplain zone and simulate reservoir operations, respectively. As a result, the rules of operation (maximum flow and minimum discharge) of Magos Reservoir for flood control in a downstream reach in case of flood event are presented.

Simulação numérica do escoamento de água em áreas alagáveis da floresta amazônica com a utilização da estrutura de dados Autonomous Leaves Graph

A Amazônia exibe uma variedade de cenários que se complementam. Parte desse ecossistema sofre anualmente severas alterações em seu ciclo hidrológico, fazendo com que vastos trechos de floresta sejam inundados. Esse fenômeno, entretanto, é extremamente importante para a manutenção de ciclos naturais. Neste contexto, compreender a dinâmica das áreas alagáveis amazônicas é importante para antecipar o efeito de ações não sustentáveis. Sob esta motivação, este trabalho estuda um modelo de escoamento em áreas alagáveis amazônicas, baseado nas equações de Navier-Stokes, além de ferramentas que possam ser aplicadas ao modelo, favorecendo uma nova abordagem do problema. Para a discretização das equações é utilizado o Método dos Volumes Finitos, sendo o Método do Gradiente Conjugado a técnica escolhida para resolver os sistemas lineares associados. Como técnica de resolução numérica das equações, empregou-se o Método Marker and Cell, procedimento explícito para solução das equações de Navier-Stokes. Por fim, as técnicas são aplicadas a simulações preliminares utilizando a estrutura de dados Autonomous Leaves Graph, que tem recursos adaptativos para manipulação da malha que representa o domínio do problema

Tratamento de água subterrânea contaminada por compostos orgânicos voláteis: considerações sobre o dimensionamento e simulação de colunas de arrastamento por ar

A água subterrânea representa cerca de 97% de água doce existente na terra. A sua global disponibilidade, aliada às suas qualidades naturais e à inexistência de fontes superficiais de abastecimento em largas áreas continentais, tem feito, ao longo dos tempos, com que a sua utilização, nomeadamente doméstica, tenha vindo a ser uma constante. No entanto, estes tipos de reservatórios subterrâneos - aquíferos - são de uma vulnerabilidade extrema no que se refere à contaminação por poluentes. Não só são facilmente contamináveis, como se tornam difícil e morosamente recuperáveis. As normas que definem a qualidade de determinada água impõem limitações específicas para os determinados usos (no nosso país vigora o Dec.Lei nº74/90 de 7 de Março).

Simulação laboratorial e numérica da remoção, em regime transiente, de tolueno da água através de arrastamento por ar

O tolueno tem uma vasta aplicação industrial e apresenta alguns riscos para a saúde humana. A existência de deficientes redes de infra-estruturas de saneamento básico e de protecções ambientais adequadas promovem, com relativa facilidade, a poluição de recursos hídricos subterrâneos com este tipo de composto orgânico volátil (COV). Legislação comunitária, recentemente publicada, exige que se cumpra a médio prazo padrões mínimos de qualidade apontando como limite máximo de concentração de tolueno na água destinada a consumo humano o valor de 1 miligrama por litro. O processo de arrastamento por ar em colunas com enchimento desordenado é uma das técnicas de remoção disponíveis, embora ainda pouco implementada no nosso país. Neste trabalho simulouse, laboratorial e numericamente, a remoção do tolueno da água, em regime transiente, através desta tecnologia sob condições operatórias pré-estabelecidas.

Simulação numérica do processo de fusão e solidificação da água no interior de cilindros

Durante a realização de projetos de sistemas de refrigeração assistidos por sistemas de armazenagem de energia, na forma latente, é necessário que se saiba de antemão as taxas de transferência de energia dos mesmos. Na literatura soluções para este problema são escassos e não abordam todas as geometrias utilizadas para o armazenamento de energia latente, inexistindo correlaçõesmatemáticas que permitam aos projetistas prever o comportamento da fusão e da solidificação do material de mudança de fase (MMF) e as taxas de transferência de energia térmica. Na solução destes problemas são usualmente adotadas hipóteses simplificativas para amenizar o grau de complexidade da descrição matemática do problema Uma destas hipóteses constitui-se em desconsiderar o processo advectivo na transferência de calor no MMF, em sua fase líquida. Outra hipótese adotada, quando o MMF é a água pura, consiste em utilizar um comportamento linear para a massa específica ou um comportamento médio, consistindo em um afastamento da realidade. Este trabalho descreve esforços no sentido de aproximar estas soluções cada vez mais da realidade fisica do problema. São apresentadas simulações para a mudança de fase da água pura levando em conta a inversão da massa específica, em geometria polar, na forma transiente, utilizando o método de Volumes Finitos para solução das equações governantes. As soluções apresentadas, otimizadas quanto às malhas espacial e temporal, envolvem condições de contorno de primeira e terceira espécies Como resultado das soluções são apresentados o Nusselt local, ao longo da parede do cilindro além do Nusselt médio. Correlações matemáticas para o número de Nusselt médio durante a fusão e para o volume de MMF fundido, são propostos e apresentados. A evolução geométrica da fronteira de mudança de fase também é avaliada para as duas condições de contorno e diversos números de Rayleigh. Comparações entre o volume fundido considerando apenas o processo difusivo e o volume fundido utilizando a convecção são realizadas. Para a verificação da independ~encia de malha aplica-se o índice de convergência de malha (GCI) . Algumas comparações qualitativas com soluções experimentais disponíveis na literatura são apresentadas.

Instrumentalização do Propagar MOO com ferramentas de planejamento do uso da água e de análise da simulação através da utilização da linguagem Pascal Script

A simulação é uma das ferramentas mais utilizadas para a aplicação da análise sistêmica nos mais diversos estudos. Ao longo do tempo, vários modelos foram desenvolvidos para representar sistemas de recursos hídricos, utilizando a simulação. Dentre esses modelos, está o Propagar MOO, que simula a propagação de vazões em uma bacia hidrográfica, submetida à decisões operacionais de suprimento de demandas e de operação de reservatórios, introduzidas pelo usuário através de rotinas escritas na linguagem de programação Pascal Script. A utilização eficiente dessas rotinas permite ao usuário ampliar a capacidade e flexibilidade do modelo na representação de um sistema hídrico. Com o objetivo de contribuir na ampliação da flexibilidade do modelo Propagar MOO e de sua aplicabilidade à modelagem de sistemas de recursos hídricos em geral, bem como facilitar o estudo da linguagem de programação Pascal Script e motivar os profissionais da área no desenvolvimento de novas rotinas aplicadas ao modelo, foram implementadas, através do presente trabalho, rotinas genéricas contendo estratégias de planejamento do uso da água e de operação de reservatórios, bem como ferramentas para analisar seus resultados. Para ampliar essa contribuição, foi aprimorada a possibilidade de simulação da geração de energia hidrelétrica em pontos de uma rede hidrográfica, com a criação de novas ferramentas para esse fim, na estrutura interna do modelo. Por fim, para que o próprio usuário pudesse construir ferramentas para auxiliar na verificação dos resultados obtidos nas simulações, esse estudo apresenta a implementação de rotinas de uso geral para servir como exemplos de ferramentas de análise de dados.