Numerical modeling of the coupled interaction between production well and reservoir - Alves, Rafael Joaquim (2020)
A simulação acoplada de poços e reservatórios é de grande importância para que se possa obter resultados confiáveis de produção em campos de hidrocarbonetos; neste sentido, este trabalho apresenta os passos para o desenvolvimento de um simulador de acoplamento incompletamente implícito. Uma apresentação do sistema físico a ser simulado, bem como de trabalhos anteriores que abordaram a solução acoplada deste sistema é realizada. Para o desenvolvimento do simulador principal foram acoplados um simulador de reservatório, um simulador de escoamentos bifásicos permanentes que não considera influxos radias e um simulador que representa a região do poço que recebe influxo do reservatório também de regime permanente; estes três simuladores foram acoplados de 4 maneiras diferentes. Além deste simulador de acoplamento principal, em que o reservatório é simulado de maneira transiente utilizando o método de volumes finitos, foi desenvolvido um simulador secundário que resolve o reservatório utilizando a equação do balanço de massa. Os primeiros resultados obtidos estavam relacionados à possibilidade de se adaptar uma correlação bifásica que originalmente não considerava influxos radiais para um cenário com esse tipo de influxo. Esses resultados mostraram que em poços horizontais, os números obtidos para a perda de pressão dentro do poço foram bastante diferentes utilizando a correlação antes e depois das modificações; além disso, os resultados depois das modificações se aproximaram mais dos números de referência obtidos com uma correlação originalmente desenvolvida para considerar os influxos do reservatório. Os resultados obtidos com o simulador de reservatório discretizado foram bastante satisfatórios, indicando que o simulador acoplado foi efetivamente desenvolvido. A comparação dos quatros métodos de acoplamento implementados apontou que os métodos em que os três simuladores iteram em apenas um laço iterativo são menos suscetíveis a falhas, mas necessitam mais iterações quando comparados com os métodos que utilizam dois laços. Além disso, o trabalho utilizou um simulador de poço que permitia o uso de 4 correlações para o poço sem influxo e de 2 duas para a região do poço sob influxo do reservatório; os números obtidos para a perda de pressão utilizando cada um desses modelos foram comparados, e as comparações mostraram que os resultados obtidos para a produção variaram muito de acordo com o modelo utilizado na região sem influxo. Em função do menor comprimento, a correlação utilizada na região do poço com influxo foi pouco influente. Finalmente o simulador acoplado foi utilizado para simular situações similares de produção com raios diferentes; os resultados indicam que os impacto dos raios, ainda que sempre tenham resultado em maior produção por surgência quando o menor raio foi utilizado, podem variar muito de acordo com a correlação utilizada. Desse modo, os resultados finais obtidos foram bastante satisfatórios, trabalhos futuros devem focar em aproveitar a estrutura desenvolvida para simulações que se aproximem de situações mais específicas de produção, como prever formação de carga de líquido no poço