Modelagem computacional multiescala de reservatórios não convencionais de gás em folhelhos

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Pereira, Patrícia de Araújo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Laboratório Nacional de Computação Científica; Serviço de Análise e Apoio a Formação de Recursos Humanos; Brasil; LNCC; Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
• Palavras-chave em Português: Fenômenos de transporte; Transport phenomena; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::AREAS CLASSICAS DE FENOMENOLOGIA E SUAS APLICACOES
• Link de acesso: https://tede.lncc.br/handle/tede/235

Neste trabalho desenvolvemos um novo modelo computacional multiescala para descrever com acurácia a hidrodinâmica em reservatórios de gás em folhelhos. O modelo multiescala é construido explorando a distribuição multimodal do folhelho, caracterizado por três niveis distintos de porosidade (nanoporos, microporos e fraturas) e quatro escalas díspares de comprimento: nano, micro, meso e macro. Na escala nanoscópica, a presença de gás adsorvido na mat_eria orgânica é modelada através da Termodinâmica de Gases Confinados. O gás adsorvido é homogeneizado com o sólido orgânico dando origem aos agregados de querogênio que juntamente com a fase inorgânica (argila, calcita e quartzo) e os microporos compõe as múltiplas fases do folhelho na microescala. Nos microporos, que se encontram parcialmente preenchidos por água imóvel, o gás se encontra sob duas formas: dissolvido na fase aquosa e livre, com movimentos regidos respectivamente por difusão Fickiana e pela lei de Darcy com permeabilidade aparente aumentada devido ao deslizamento das moléculas de gás nas paredes do sólido e pela difusão de Knudsen. A troca de massa entre o g_as livre e dissolvido na água é calculada postulando-se o equilíbrio termodinâmico local com igualdade entre as fugacidades do gás nas duas fases. Na mesoescala o sistema multifásico _e visto como um contínuo equivalente constituindo a matriz porosa, onde o gás percola durante a fase de produção em direção a rede de fraturas hidráulicas. O acoplamento entre as hidrodinâmicas na matriz e fraturas dá origem ao modelo mesoscópico. A transferência de informação proveniente das escalas inferiores para construção do modelo macroscópico é feita através de procedimento formal de homogeneização baseado em expansões assintóticas em conjunção com técnicas de redução de dimensão, onde as fraturas são tratadas como (n􀀀1)-interfaces (n = 2; 3), com propriedades médias computadas ao longo da sua abertura. O resultado dá origem a um novo modelo macroscópico caracterizado por uma nova equação da pressão na matriz, acoplada via termo de fonte a hidrodinâmica que governa a percolação monofásica do gás nas fraturas hidráulicas. Os modelos nano e micro são explorados para reconstruir numericamente as leis constitutivas dos parâmetros efetivos da equação da pressão: condutividade hidráulica e coeficiente de armazenamento, este ultimo dependente do TOC (total organic content), saturação da _água e porosidades nano e micro. O modelo macroscópico é discretizado pelo método dos elementos finitos e simulações numéricas dos processos de recuperação do metano utilizando dados de campos reais são apresentados e comparados com resultados da literatura.