Determination of dispersion coefficient applying CTRW model and X-ray computed tomography

Orientador: Osvair Vidal Trevisan Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O processo de deslocamento miscível apresenta-se como um dos processos mais eficientes de recuperação de petróleo. Para um bom projeto de engenharia, é fundamental compreender e caracterizar os fenômenos físicos envolvidos no processo. A dispersão é um dos parâmetros que governa a eficiência do deslocamento miscível, e é chave na definição do tamanho do banco de solvente do processo. Neste trabalho será aplicado o modelo da teoria de passos aleatórios (CTRW) na determinação do coeficiente de dispersão. Inicialmente, o modelo CTRW será avaliado pela aplicação de curvas tipo de concentração construídas pelo modelo de Concentração Total (MCT), variando os parâmetros fenomenológicos do deslocamento: o coeficiente de dispersão (Kl), o coeficiente de transferência de massa (NDa) e a fração de poros acessível (f). Das curvas experimentais, o modelo CTRW é comparado com os modelos de dispersão tradicionais: a equação de advecção-dispersão (ADE), o modelo Coats & Smith, na determinação do coeficiente de dispersão. Os modelos permitem determinar os parâmetros fenomenológicos mencionados e o parâmetro de heterogeneidade do modelo CTRW. O estudo envolve a realização de experimentos controlados de deslocamento miscível em laboratório. Foram realizados três testes de deslocamento, empregando-se uma rocha carbonática. O histórico de concentração para as posições ao longo da amostra foi calculado utilizando a técnica de tomografia computadorizada (TC) de raios-X, empregando-se dois fluidos de saturação: uma solução de 100 g/L de iodeto de sódio (NaI) e água destilada. No último teste, o sentido do porta-testemunho foi invertido com o objetivo de verificar se o coeficiente de dispersão apresentava um comportamento similar ou diferente aos testes anteriores. Os modelos foram ajustados aos dados experimentais do histórico de concentração para cada posição e calculou-se para cada modelo o coeficiente de dispersão ao longo do comprimento da amostra. Dos resultados da avaliação teórica do modelo CTRW com as curvas tipo de concentração foram calculados os números de Peclet (NPe) para três diferentes comprimentos adimensionais. A partir dos resultados dos ajustes dos modelos com o histórico de concentração experimentais foram gerados: perfil de Kl, perfil de velocidade intersticial, perfil de NPe e perfil do parâmetro ? para dez diferentes posições do comprimento da amostra. A aplicação da TC apresentou bons resultados na obtenção do histórico de concentração. Das curvas tipo, foi observado que para grandes valores de NDa e pequenos valores de NPe, o modelo CTRW obteve resultados diferentes dos iniciais, mostrando melhores resultados para valores de NDa pequenos e NPe grandes. Dos resultados experimentais, observou-se que o coeficiente de dispersão e os outros parâmetros fenomenológicos variam ao longo da amostra, este comportamento é devido à variação na distribuição da heterogeneidade apresentada nas rochas carbonáticas. Da aplicação dos modelos nos dados experimentais, o modelo CTRW apresentou um melhor ajuste na quantificação do transporte constatado no valor do erro, comparando-o com os modelos tradicionais Abstract: The miscible displacement is one of the most efficient oil recovery methods. For a good project engineering design, it is essential to understand and characterize the physical phenomena involved in the process. The dispersion is one of the parameters that govern the efficiency in the miscible displacement and it is essential to define de size of the solvent bank to perform this process. In this study was applied the Continuous Time Random Walk (CTRW) to determine dispersion coefficient. Initially, CTRW model is evaluated by applying concentration type curves carried out by Total Concentration Model (TCM), varying the displacement phenomelogical parameters: dispersion coefficient (Kl), mass transfer coefficient (NDa) and the amount of the solute that is deposited into the porous media (f). From experimental curves, CTRW model is compared with the traditional models: the advection-dispersion equation (ADE), Coats & Smith model, to determine the dispersion coefficient. The models allow to determine the mentioned phenomelogical parameters and heterogeneity parameter from CTRW model. The study involves tests of miscible displacement in laboratory. The experiments carried out in this study are three tests through outcrop carbonate rock. The concentration profiles were calculated by using X-ray computed tomography technique (CT), using two fluids; 100 g/l NaI brine and freshwater. In the last test the direction of the core-holder was turned to verify if the dispersion coefficient exhibited a similar or different behaviour from the previous experiments. The models were fitted to the experimental data of breakthrough curves (BTC) and for each model was calculated the dispersion coefficient along the length of the sample. From the results of theoretical evaluation of CTRW model with concentration type curves, Peclet numbers were calculated for three dimensionless length. From the results of models fitting with the experimental data; the dispersion coefficient profile, velocity profile, number Peclet profile and the CTRW coefficient ? profile for ten different sections along the length of the sample were generated. The application of CT showed good results in obtaining the breakthrough curves. From concentration type curves results, it was observed that for large values of NDa and small values of NPe, CTRW model obtained different values from initial values. Showing the best results for larges values of NPe and small values of NDa. From experimental results, it was observed that dispersion coefficient and the other phenomelogical parameters presented a variation along length of the core for each dimensionless length, this behaviour was attributed to the influence of the heterogeneities in the carbonate rocks. From experimental results of the application of the dispersion models, CTRW model presented better results than the traditional models to evaluate the transport Non-Fickian, found in value error Mestrado Reservatórios e Gestão Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo CAPES 33003017