Aplicação do método dos elementos de contorno na simulação dos fenômenos dos cones de água e de gás em poços de petróleo horizontais

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo sobre os fenômenos dos cones de água e de gás em poços de petróleo horizontais. O escopo é a modelagem numérica bidimensional dos fenômenos utilizando o Método dos Elementos de Contorno. Este texto traz uma revisão acerca destes fenômenos e de seu impacto na indústria de petróleo, de forma a situar o leitor sobre a motivação para o estudo do tema. São utilizados dois modelos de escoamento potencial, monofásico e bifásico. Um terceiro modelo, de escoamento compressível monofásico também é aplicado. Todo o tratamento matemático envolvido na dedução das equações governantes dos modelos é apresentado. Também estão presentes os desenvolvimentos matemáticos de três formulações do Método dos Elementos de Contorno. São elas a formulação para problemas regidos pela equação de Laplace, a formulação de Reciprocidade Dual para problemas regidos pela equação da difusividade e a formulação de sub-regiões, para problemas sobre domínios homogêneos por partes. O detalhamento do desenvolvimento matemático para a integração analítica das matrizes de influência é mostrado e utilizado para garantir uma melhor performance dos simuladores desenvolvidos. Uma alternativa na modelagem do poço de petróleo horizontal em domínio bidimensional é proposta, utilizando um conjunto de sumidouros pontuais para representar seu perímetro. Esta abordagem permite analisar de forma satisfatória o comportamento da interface entre fluidos, mesmo depois que ela já tenha tocado o poço. A implementação dos três simuladores é documentada de forma a permitir a utilização deste texto como consulta para implementações semelhantes. A determinação das condições de contorno para os três modelos, incluindo as condições de compatibilidade e equilíbrio na interface entre fluidos, é apresentada. Os simuladores propostos foram desenvolvidos e validados em comparação a resultados analíticos disponíveis.