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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Development of a surrogate multiscale reservoir simulator coupled with geomechanics = Desenvolvimento de um simulador substituto de reservatório multiescala acoplado com geomecânica
Title Alternative: Desenvolvimento de um simulador substituto de reservatório multiescala acoplado com geomecânica
Author: Duran Triana, Omar Yesid, 1986-
Advisor: Devloo, Philippe Remy Bernard, 1958-
Abstract: Resumo: Os softwares de simulação de reservatórios são utilizados como ferramentas para o entendimento dos reservatórios de petróleo e eventualmente, para diagnosticar anomalias operacionais. O aumento da potência computacional permite aos engenheiros de reservatórios desenvolver modelos geológicos mais realistas, refinados e com uma grande quantidade de dados de entrada. Alguns exemplos são os modelos multi-físicos que acoplam efeitos geomecânicos, térmicos, geoquímicos e modelos que incluem múltiplas escalas inerentes aos modelos de campo completo. Estes modelos são geralmente caros, porque o cálculo direto de um modelo geocelular refinado gera enormes sistemas lineares de equações. Quando é considerado o efeito da deformação geomecânica com o fluxo de fluido através de meios porosos, um sistema muito grande de equações associado com a elasticidade é acoplado a um sistema igualmente grande de equações, associadas ao fluxo de fluido e ao transporte de massa. Portanto, a maioria das simulações são realizadas sem considerar o acoplamento geomecânico. Essas simulações ignoram fenômenos físicos que podem ter sérios impactos ambientais, como ativação de falhas, subsidência e outros. Neste trabalho desenvolve-se um inovador método multiescala que permite diretamente simular um modelo geocelular fino em uma maneira econômica. Um modelo substituto também foi desenvolvido para simular a deformação geomecânica acoplada ao modelo de fluido. O objetivo é obter aproximações do problema multifísico não linear descrito pelas equações multifásicas poroelásticas. Para atingir esse objetivo, diferentes tecnologias de elementos finitos são integradas dentro de um simulador de reservatórios, resolvendo problemas que incluem um modelo geocelular com diferentes escalas, acoplado a um modelo substituto de deformação geomecânica. O modelo matemático é escrito em uma forma adequada para a estrutura de elementos finitos do NeoPZ. Em cada passo de tempo, a aproximação é obtida como uma sequência de problemas elásticos, de Darcy e de transporte. Cada componente nesta sequência é tratado por um esquema numérico diferente e / ou espaço de aproximação; em primeiro lugar, um modelo substituto, inspirado na teoria das inclusões poroelásticas, é usado para o cálculo da deformação geomecânica das rochas; em segundo lugar, utiliza-se um método multi-escala baseado na aproximação mista de equações multifásicas; em terceiro lugar, para a convecção das fases, uma aproximação mista multi-escala do campo de velocidade de Darcy é usada, em conjunto com um esquema de upwind de primeira ordem. O potencial da abordagem numérica é demonstrado através de vários exemplos bidimensionais e tridimensionais, em que os reservatórios são simulados usando malhas não estruturadas. Todas as simulações foram executadas usando estruturas computacionais de baixo custo

Abstract: Reservoir simulation softwares are used as a tool to understand the behavior of petroleum reservoirs and, eventually, to diagnose operating anomalies. The increased computational power allows reservoir engineers to develop more realistic geological models, that are very refined and have a large amount of input data. As an example, multi-physics models couple geomechanical, thermal, geochemical effects and include multiple scales inherent to full field models. These models are generally costly, because the direct calculation of a refined geocellular model, generates huge linear systems of equations. When coupling the geomechanical deformation with fluid flow through porous media, a very large system of equations associated with elasticity, is coupled to an equally large system of equations, which is associated with fluid flow and mass transport. Therefore, most simulations are performed without considering the geomechanical coupling. These simulations ignore physical phenomena that can have serious environmental impacts such as fault activation, land subsidence and others. In this work an innovative multiscale method is developed, allowing the direct simulation of a fine geocellular model in a cost-effective way. A surrogate model has also been developed for simulating the geomechanical deformation coupled to the fluid model. The goal is obtain approximations for the nolinear multiphysic problem decribed by the multiphase poroelastic equations. In order to attain this goal, different finite element technologies are integrated within a reservoir simulator, solving problems that include a geocellular model with different scales, coupled with a surrogate model of geomechanical deformation. The mathematical model is written in a form suitable for the NeoPZ finite element framework. At each timestep, the approximation is obtained as a sequence of elastic, Darcy's and transport problems. Each component in this sequence is treated by a different numerical scheme and/or approximation space; first, a surrogate model, inspired on the theory of poroelastic inclusions, is used for the calculation of the geomechanical deformation of rocks; second, a multiscale method based on mixed approximation of multiphase equations is used; third, for the convection of the phases, a mixed multiscale approximation of the Darcy's velocity field is used together with a first-order upwind scheme. The potential of the numerical approach is demonstrated through several bi-dimensional and three-dimensional examples, in which reservoirs are simulated using unstructured meshes. All simulations have been executed using low cost computational structures
Subject: Método dos elementos finitos
Reservatórios (Simulação)
Poroelasticidade
Abordagem multiescala
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: DURAN TRIANA, Omar Yesid. Development of a surrogate multiscale reservoir simulator coupled with geomechanics = Desenvolvimento de um simulador substituto de reservatório multiescala acoplado com geomecânica. 2017. 1 recurso online (200 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/331516>. Acesso em: 3 set. 2018.
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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