Projeto WellRes (Poço-Reservatório)

O projeto teve como objetivo principal o estudo de técnicas numéricas aplicadas ao acoplamento poço-reservatório na simulação de reservatórios de petróleo. O produto final deste estudo foi o desenvolvimento de um simulador trifásico tridimensional capaz de obter uma solução acoplada dos escoamentos no poço e no reservatório. No acoplamento foram considerados diferentes tipos de completações, bem como malhas do poço e do reservatório independentes. Este projeto foi desenvolvido em parceria com  ESSS e Petrobras, tendo suas atividades financiadas pela Rede de Engenharia de Poços da Petrobras (REDEP).

Para realização dos estudos do acoplamento numérico, entre o poço e o reservatório, foram necessários implementações computacionais de modelos de escoamento em ambos os domínios. Para isso, desenvolveu-se um simulador de reservatório de petróleo com modelo de escoamento black-oil padrão, na qual é capaz de utilizar todos os tipos possíveis de malhas Corner point. Além disso, foi desenvolvido um simulador trifásico para o poço. Ao final dos estudos um aplicativo, denominado WellRes, foi desenvolvido. Neste software, toda a parte gráfica que inclui a importação de malhas, configuração do problema e visualização de resultados foi desenvolvida pela ESSS.

Modelagem do reservatório

Um dos algoritmos que compõem o núcleo numérico é o simulador do reservatório. Neste, são suportadas as malhas corner point que abrangem desde malhas cartesianas até malhas distorcidas. Nesse tipo de malha, os vértices de cada bloco são independentes dos vértices dos blocos vizinhos. Isto permite conexões especiais entre blocos da malha, como NNC's (non neighbor connections), pinch outs e blocos inativos, que são adequadamente tratadas. Este tipo de malha é amplamente utilizado em simuladores comerciais disponíveis no mercado, como IMEX (CMG) e ECLIPSE (Schlumberger). Além disso, essas malhas são resultados da caracterização do reservatório realizada pelos geólogos, onde as propriedades do reservatório são avaliadas por bloco da malha.

Modelos de escoamento

Na simulação dos poços e reservatório é adotado o modelo black-oil padrão isotérmico, baseado nas frações mássicas dos componentes. O componente gás pode estar livre e/ou dissolvido na fase óleo. As pressões capilares e as compressibilidades da rocha e dos fluidos são consideradas. As equações resultantes são resolvidas pelo método de Newton.

O escoamento no reservatório é utilizada a conhecida lei de Darcy para escoamentos em meios porosos. Este é o modelo comumente utilizado para escoamento em reservatórios de petróleo. Já o escoamento no poço é utilizada a equação de Navier-Stokes unidimensional, pois o poço é um domínio aberto ao escoamento.

A fim de modelar de forma mais realística o escoamento trifásico no interior dos poços, foi empregado o modelo drift-flux. Neste modelo é resolvida apenas uma equação de conservação da quantidade de movimento e determinada a velocidade da mistura. As equações do modelo drift-flux permitem que  as velocidades de cada fase sejam obtidas a partir da velocidade da mistura. Da mesma forma como no reservatório, o modelo black-oil padrão foi adotado na simulação do escoamento no poço, considerando o componente gás livre e/ou dissolvido na fase óleo. 

O modelo de drift-flux, apesar de ser um modelo de mistura, considera através dos seus coeficientes os diferentes padrões de escoamento entre as fases consideradas, como escoamento com bolhas dispersas, estratificado e anular. 

Modelagem das completações

A representação dos poços no aplicativo permite simular os efeitos de diferentes opções para as completações, tais como furação diversiva, fraturamento hidráulico e canhoneamento (skin fator). A simulação do escoamento no poço é realizada de forma acoplada à simulação do reservatório, possibilitando obter uma estimativa tanto da produtividade dos poços quanto das variáveis do escoamento no reservatório. Essas características auxiliam no dimensionamento e projeto de poços, visando obter maior índice de recuperação dos campos de petróleo.

Acoplamento poço-reservatório

O esquema utilizado para tratar o acoplamento entre o escoamento nos poços e o escoamento no reservatório foi desenvolvido de forma que poços com qualquer trajetória possam ser simulados. Esse esquema permite ainda que a malha do reservatório seja independente da trajetória e da malha do poço, característica inovadora e inexistente nos softwares comerciais. Esta característica envolve algoritmos complexos, que tratam o posicionamento dos segmentos do poço no interior dos blocos da malha corner point do reservatório.

Numericamente, o acoplamento entre os pontos discretos de pressão, do poço e do reservatório, é realizado através de um modelo de poço. Observou-se durante o desenvolvimento do aplicativo (produto final), que existem alguns modelos de poços que permitem um tratamento de poços com trajetória arbitrária. Assim, optou-se por disponíbilizar no WellRes 1.0 dois modelos de poços, um baseado na solução semianalítica proveniente das funções de Green para casos tridimensionais e outro baseado no modelo de Peaceman, largamente utilizado na simulação de reservatórios. Entretanto, neste último utilizou-se uma versão mais geral que considera projeções de segmentos do poço nas três dimensões coordenadas.

Equipe de desenvolvimento

• Prof. Clovis R. Maliska
• Prof. António F. C. da Silva
• Maurício Pereira Tada
• Leonardo Karpinski
• Arthur Besen Soprano
• Aymar A. V. B. Pescador Jr.
• Gustavo Gondran Ribeiro
• Victor A. P. Magri 

Período de execução

• 2009-2013