Lizianne Carvalho Medeiros
Resumo
Esta dissertação apresenta uma metodologia para a simulação de traçadores em plugues de rocha, visando uma avaliação detalhada do comportamento do fluxo de fluido em meios porosos. O trabalho foi realizado no contexto do Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da COPPE/UFRJ com o objetivo de criar uma metodologia para melhor entender e caracterizar meios porosos em amostras de rochas carbonáticas. A pesquisa abordou a integração de testes de traçador com tomografia computadorizada de raios X para obter uma compreensão mais precisa e realista do comportamento do fluxo de fluidos no meio poroso. Ao final dos ensaios foram geradas imagens dos diferentes tempos de injeção, sendo possível observar o avanço do fluido ao longo de toda a amostra. A primeira aquisição tomográfica foi realizada antes do início da injeção de fluido, neste caso a amostra ainda está "seca", e a última aquisição foi realizada com a amostra totalmente saturada. Al-guns trabalhos abordam essa metodologia integrada da injeção de fluido traçador com tomografia, mas essa pesquisa se destaca por utilizar os resultados como mo-delos de inputs para simulação. A partir da imagem seca e saturada foi possível extrair um mapa de porosidade mais representativo que aqueles comumente gerados por simples binarização ou segmentação de imagens. O meio poroso, extraído de forma direta das imagens de escoamento do fluido, apresentou caminhos e poros que de fato foram saturados com o fluido, gerando um modelo mais realístico. A partir desse mapa de porosidade foi aplicado a correlação de Winland, a qual calcula a permeabilidade absoluta em função da razão da porosidade local pela porosidade média do plugue, elevado a potência do coeficiente de Winland(b), o qual neste trabalho variou entre 0 e 10. Dessa forma, a partir do mapa de porosidade foram
viestimados mapas de permeabilidade com variação do coeficiente b. Esses mapas são os modelos de entrada utilizado para simulação de Darcy. As imagens de simulação geradas foram comparadas aos testes de laboratório, e avaliados aos padrões e com-portamento do escoamento de fluido em todo o meio poroso. A simulação que gerou o menor erro, apresentou a frente de avanço do fluxo idêntica ou próxima aos resulta-dos de laboratório. Para amostras mais homogêneas, com a porosidade local muito próxima a porosidade média do plugue, não observou-se uma variação da frente de deslocamento do fluído, mesmo variando o expoente b.Desta forma, para amostras muito homogêneas a metodologia se mostrou pouco sensível e talvez esse ensaio não seja adequado para representar a permeabilidade absoluta nesse tipo de amostra. Já para amostras mais heterogêneas, a variação da porosidade ponto a ponto foi maior, se mostrando muito sensível ao valor de b escolhido. Outro ponto importante que foi abordado e avaliado foi a influência dos holders utilizados no teste do traçador.
Em um dos testes foram utilizados um holder com difusores nas extremidades e um holder com um difusor central. Foi observado que essa diferença espacial do difusor de cada holder altera bastante o comportamento do perfil do escoamento do fluído na amostra, se fazendo importante gerar simulações que representem cada um dos holders utilizados. A metodologia abordada neste trabalho permitiu uma visualiza-ção precisa das mudanças de saturação e da dinâmica do fluxo na amostra, o que é essencial para validar modelos de simulação.
Abstract
This dissertation presents a methodology for simulating tracers in rock plugs, aiming at a detailed evaluation of fluid flow behavior in porous media. The study was conducted within the context of the Graduate Program in Civil Engineering at COPPE/UFRJ with the objective of developing a methodology to better understand and characterize porous media in carbonate rock samples. The research addressed the integration of tracer tests with X-ray computed tomography to achieve a more precise and realistic understanding of fluid flow behavior in porous media.
At the conclusion of the experiment, images are generated at different injection times, allowing observation of fluid advancement throughout the sample. The initial tomographic acquisition is performed before fluid injection begins, when the sample is still "dry," and the final acquisition is conducted with the sample fully saturated.
While some studies have addressed this integrated methodology of tracer fluid in-jection with tomography, this research stands out for utilizing the results as input models for simulation.
From the dry and saturated images, it is possible to extract a more representa-tive porosity map than those commonly generated by simple binarization or image segmentation. The porous medium, directly extracted from fluid flow images, ex-hibits paths and pores that were actually saturated with fluid, resulting in a more realistic model. Using this porosity map, the Winland correlation is applied, which calculates absolute permeability based on the ratio of local porosity to the average porosity of the plug raised to the power of the Winland coefficient (b), which varied from 0 to 10 in this study.
viiiThus, permeability maps are estimated from the porosity map with varying values of the coefficient b. These maps serve as input models for Darcy simulation.
The simulated images are compared to laboratory tests, evaluating them against the standards and flow behavior throughout the porous medium. The simulation that produces the smallest error exhibits a flow front identical or close to the laboratory results. For more homogeneous samples, where local porosity closely matches the average plug porosity, no variation in fluid displacement front is observed, even with varying the exponent b. Hence, for very homogeneous samples, the methodology proved less sensitive, and this test may not be suitable for representing absolute permeability in such samples.
Conversely, for more heterogeneous samples, where point-to-point porosity vari-ation is greater, sensitivity to the chosen b value is higher. Another important point addressed and evaluated is the influence of holders used in the tracer test. In one of the tests, holders with diffusers at the ends and a holder with a central diffuser were used. It was observed that this spatial difference in diffuser placement for each holder significantly alters the fluid flow profile behavior in the sample, necessitating simulations that represent each of the holders used.
The methodology employed in this study allowed precise visualization of satu-ration changes and flow dynamics in the sample, essential for validating simulation models.
