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Título: Modelagem numérica do escoamento multifásico transiente composicional em poços de petróleo usando modelo de dois fluidos
Autor(es): Nascimento, Júlio César Santos
Palavras-chave: Escoamento multifásico;Simulador de poço transiente composicional;Modelo de dois fluidos;Problema de segregação de fases;Solução totalmente implícita
Data do documento: 23-Out-2017
Referência: NASCIMENTO, Júlio César Santos. Modelagem numérica do escoamento multifásico transiente composicional em poços de petróleo usando modelo de dois fluidos. 2017. 165f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Abstract: Transient multiphase flow in pipes is a common phenomenon in chemical, nuclear and petroleum industries. Numerical simulation of multiphase flow in pipes is an essential tool for economic and safety analysis related to design and management of production and exploration projects. In this work, we propose a fully-implicit numerical solution for a transient compositional two-phase flow in a wellbore using two-fluid model. The system of governing equations consists of mass balance equations for each component, one energy equation for mixture, and one momentum equation for each phase. In addition to the conservation equations, thermodynamic equilibrium equations and constraint equations (mole fraction of all components in each phase and sum of volume fractions) are considered. The thermodynamic properties of the hydrocarbons, stability and flash calculations are obtained by using the Peng-Robinson cubic equation of state. The one-dimensional governing equations are discretized by means of finite volume method considering staggered grid scheme. The first order upwind is used to evaluate mass, momentum and energy at the control volume faces. The first order implicit Euler method is applied for temporal discretization. The resulting system of nonlinear algebraic equations is solved simultaneously by using a fully implicit Newton-Raphson method. Finally, a detailed verification of the proposed solutions were performed by comparing the obtained numerical results to reference and commercial simulators. In addition, a reference solution for the frictionless phase segregation benchmark problem was proposed and compared to numerical solutions.
Resumo: O escoamento multifásico transiente em tubulações é um fenômeno comum nas indústrias química, nuclear e petróleo. A simulação numérica desse fenômeno é uma ferramenta essencial para análise econômica e de segurança ligadas ao dimensionamento e gerenciamento de projetos produção e exploração de petróleo. Este trabalho propõe uma solução numérica totalmente implícita para simulação do escoamento bifásico transiente composicional em poços de petróleo usando o modelo de dois fluidos. O sistema de equações governantes é composto pelas equações de conservação de massa para cada componente, uma equação de energia total para mistura, e uma equação de quantidade de movimento para cada fase. Além das equações de conservação, o sistema inclui as equações de equilíbrio termodinâmico e equações de restrição (frações molares dos componentes por fase e frações volumétricas). A equação de estado cúbica de Peng-Robinson é usada nos cálculos das propriedades físicas, teste de estabilidade e flash bifásico.As equações governantes na forma unidimensional são discretizadas através do método dos volumes finitos em um arranjo de malhas desencontradas. O esquema upwind de primeira ordem é utilizado para interpolar os fluxos de massa, quantidade de movimento e energia nas faces do volume de controle. O método implícito de Euler de primeira ordem é usado para discretização temporal. O sistema de equações algébricas não-linear resultante é resolvido simultaneamente usando o método de Newton-Raphson. Finalmente, os resultados numéricos obtidos com as soluções propostas foram comparadas com soluções de referência e também com resultados numéricos obtidos com um simulador comercial, permitindo uma verificação detalhada das soluções propostas. Além disso, uma nova solução de referência para o problema de segregação de fases sem atrito foi proposta e comparada com as soluções numéricas.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/25240
Aparece nas coleções:PPGCEP - Doutorado em Ciência e Engenharia do Petróleo

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