[en] FINITE ELEMENT METHOD APPLIED TO FLOW IN HETEROGENEOUS POROUS MEDIA

Autor: RODOLFO OLIVEIRA
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
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Druh dokumentu: TEXTO
DOI: 10.17771/PUCRio.acad.55959
Popis: [pt] Rochas carbonáticas possuem atributos únicos que as distinguem das siliciclasticas e necessitam de diferentes métodos de estudo para caracterizar sua textura. Rochas carbonáticas são resultado de interações entre processos deposicionais químicos e biológicos. Os processos diagenéticos que formam e alteram estas rochas contribuem para o acúmulo de heterogeneidades. Devido ao alto teor de heterogeneidade, as propriedades medidas (e.g. porosidade e permeabilidade) variam com a escala de investigação e estudos com o compromisso a significância dos detalhes e representação espacial. Ampliar uma escala menor para maior, exige procedimentos que preservem a essência dos processos físicos de um nível mais detalhada para um mais grosseiro. Métodos simplificados para dimensionar propriedades não aditivas em outras escalas, tal como permeabilidade, geralmente não honram a heterogeneidade presente em sistemas complexos. Com isso a dinâmica dos fluidos em rochas complexas exige abordagens e métodos mais sofisticados. Este estudo é focado em desenvolver uma metodologia de avaliação da permeabilidade como parâmetro de escala para meios porosos heterogêneos. A permeabilidade é retro calculada ao emular o experimento de Darcy e resolver o fluxo no meio poroso utilizando uma formulação de elementos finitos para equação de Brinkman. O estudo iniciou com foco em sistemas paramétricos de células periódicas e posteriormente a duas microtomogra fia de rochas carbonáticas, do qual uma foi selecionada para um estudo de representatividade espacial. As células periódicas foram utilizadas para avaliar os efeitos da formação de canais e espaços vazios, em analogia a fraturas e vugos, assim como os efeitos da permeabilidade da matriz porosa. As amostras carbonáticas consistem de casos nos quais é possível observar a presença de uma combinação dos fenômenos estudadas. Por fim um estudo de representatividade foi conduzido segmentando uma amostra de micro-tomografia em suficientes sub-amostras que capazes de reproduzir a heterogeneidade espacial da amostra original.
[en] Carbonate rocks have unique attributes that distinguish them from siliciclastics and that require diferent methods of study to characterize their texture. Carbonates rocks are formed as a result of close interactions between biological and chemical depositional processes. The underlying diagenetic processes that form and alter these rocks contribute to a build-up of heterogeneities. Because of the high heterogeneity content measured properties (e.g. porosity and permeability) change with the scale of investigation and studies have struggle with a trade-off between significance of details and space representativeness. Extending a smaller scale to a larger requires scaling up procedures that preserves the essence of physical processes at one level to be summarized at the coarser level. Simplistic methods for scaling-up non-additive properties such as permeability generally do not honour the original heterogeneity present in complex systems. Therefore the dynamics of fluid flow in complex rocks demand more sophisticate methods and approaches. This study was focused in developing a methodology to evaluate the permeability as a scaling-up parameter for heterogeneous porous media. The permeability is back-calculated by emulating Darcy s experiment and solving the pore-scale ow using a Finite element formulation of Brinkman flow equation. The study was initially focused on parametric systems of periodic cells and later extended to two micro-tomography carbonate samples in which one has been selected for a spatial representativeness study. The parametric cells were used to evaluate the shape effects of channels and void spaces in an analogy to geological fractures and vugs as well as the permeability of the porous matrix. The micro-tomography carbonate samples consisted of a real case scenario in which, to a certain degree, could be observed a combination of the previously studied periodic cells. Finally a representativeness study was conducted segmenting the micro-tomography sample into suficiently sub-samples that would be capable of reproducing the spatial heterogeneity of the sample.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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