Determinação numérica de índices de acoplamento para configurações de poços horizontais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010A busca pelo aumento na produção de óleo tem incentivado o uso de poços horizontais, já que a área de contato neste caso aumenta consideravelmente. Entretanto, não é suficiente apenas ter longos trajetos horizontais do poço, já que existe um tamanho adequado para o qual o poço produz em toda a sua extensão. É fácil compreender que é necessária a existência de um gradiente de pressão entre o início do poço e seu calcanhar (início da parte vertical) para que o escoamento exista, e este gradiente de pressão está vinculado à pressão fornecida pelo reservatório. Portanto, para resolver o escoamento no interior do poço horizontal, é necessário conhecer a pressão do reservatório, ou seja, é necessário resolver o escoamento no reservatório. Existe então um problema acoplado, dado pela necessidade da solução das equações de Darcy para escoamento no reservatório e da solução das equações de Navier-Stokes do escoamento multifásico no interior do poço. A questão fundamental neste problema são as diferenças de escalas de tempo e espaço dos problemas. No reservatório tem-se uma malha numérica de dezenas de metros em suas dimensões, enquanto que o diâmetro do poço tem dimensões de centímetros. A malha requerida no reservatório, ao redor do poço, deveria ser extremamente fina para poder captar os reais gradientes existentes e calcular com exatidão a vazão mássica entre reservatório e poço. Para evitar o refino de malha, criam-se os chamados modelos de poços, que procuram representar a física local ao redor dos poços. O modelo de poço nada mais é do que uma relação que forneça a vazão mássica, para uma determinada diferença de pressão reservatório/poço, observadas as características geométricas e físicas da região de escoamento. A determinação destes modelos pode ser feita experimentalmente ou teoricamente. Neste trabalho, foi determinado de forma teórica (numérica) o índice que relaciona a vazão mássica ao gradiente de pressão entre poço e reservatório para uma determinada configuração de completação do poço horizontal. Estes índices assim calculados levam em consideração o revestimento de areia (gravel) que é colocado ao redor do poço suportado pela tela metálica, bem como as diferentes permeabilidades da região de canhoneio nos furos do poço horizontal que recebem o escoamento multifásico. Para a determinação destes índices uma região especifica perto dos furos foi escolhida e a solução detalhada do escoamento no meio poroso nesta região foi realizada. Os índices foram calculados utilizando-se o software comercial IMEX (CMG - Computer Modelling Group). Foram utilizadas malhas cartesianas 2D, cujo número de volumes foi determinado a partir de testes de refino e testes paramétricos. Foi escolhido um modelo de fluido bifásico água-óleo o qual foi calculado a partir do método IMPES (Implicit Pressure Explicit Saturation). Determinados estes índices, a solução do problema do reservatório pode então ser realizada em uma malha grosseira, evitando o refino de malha nas vizinhanças do poço e satisfazendo as diversas possibilidades de completação existentes, o que um modelo analítico não contempla