Abril 2015 vol. 1 num. 1 - Congresso Nacional de Matemática Aplicada à Indústria

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MODELAGEM COMPUTACIONAL DA INJEÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO EM MEIOS POROSOS

COMPUTATIONAL MODELING OF THE INJECTION OF CARBON DIOXIDE IN POROUS MEDIA

Sica, Luiz Umberto Rodrigues ;

Artigo Completo:

Apresentamos uma metodologia numérica localmente conservativa para a simulação computacional do esco- amento bifásico (água e CO2) com absorção de massa entre as fases fluidas e reação da fase CO2 com a rocha em um reservatório homogêneo. Este problema é modelado por um sistema de equações diferenciais parciais basicamente composto por um subsistema parabólico para a determinação do campo de velocidades e duas equações hiperbólicas não lineares para o transporte das fases que escoam (equações da saturação e da concentração). Do ponto de vista numérico, utilizaremos a técnica de decomposição de operadores a fim de tratar apropriadamente a escala de tempo de cada fenômeno físico. Propomos a aplicação de um método de elementos finitos localmente conservativo para a velocidade da mistura e um método de volumes finitos não oscilatório de alta ordem baseado em esquemas centrais para as equações hiperbólicas não lineares que governam a saturação e a concentração das fases. Além disso, trataremos numericamente o fluxo de massa entre as fases fluidas, ou seja, a dissolução do CO2 na fase aquosa, a partir da metodologia flash que trata numericamente estas relao¸ões de equilíbrio. A reação do CO2 com a rocha (precipitação), que provoca alterações na porosidade e na permeabilidade, foi tratada através da aplicação de princípios da teoria cinética.

Artigo Completo:

We present a locally conservative numerical methodology to simulate the two-phase flow (water and CO2) with mass absorption between the fluid phases and reaction between the CO2 phase and rock in a homogeneous reservoir. This problem is modeled by a system of partial differential equations, which basically consists in a parabolic subsystem for determining the velocity field and two non-linear hyperbolic equations for the transport of phases that flow (equations of saturation and concentration). From the numerical point of view, we use the operator splitting technique to properly treat the time scale of each physical phenomenon. We propose the application of a locally conservative finite element method for the total Darcy velocity and a high-order non-oscillatory central- scheme finite volume method for nonlinear hyperbolic equations that govern the saturation and concentration of phases. Furthermore, we treat numerically the mass flux between fluid phases, the dissolution of CO2 in the aqueous phase, using the flash methodology that treats numerically equilibrium reactions. The reaction of CO2 with rock (precipitation), which causes changes in porosity and permeability, was treated by applying principles of kinetic theory.

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Palavras-chave: Método de Volumes Finitos, Método de Elementos Finitos, Absorção de Massa entre as Fases, Escoa- mento em Meios Porosos e Sequestro Geológico de Dióxido de Carbono., Finite Volume Method, Finite Element Method, Mass Absorption Between Phases, Flow in Porous Media, Geologic Sequestration of Carbon Dioxide.,

Palavras-chave: ,

DOI: 10.5151/mathpro-cnmai-0160

Referências bibliográficas
  • [1] Brinks, J. e Fanchi, J. 200 Geological sequestration: Modeling and monitoring injected CO2. Soc. of Pet. Eng., SPE Pap. 66749.
  • [2] Calabrese, M., Masserano, F. e Blunt, M. J. 2005. Simulation of physical-chemical processes during carbon dioxide sequestration in geological structures. SPE Pap. 95820, Soc. of Pet. Eng., Richardson, Tex.
  • [3] Chavent, G. e Roberts, J. 1989. A unified physical presentation of mixed, mixed-hybrid finite elements and usual finite differences for the determination of velocities in waterflow problems. Rapports de Recherche, INRIA - Institut Nati- onal de Recherche en Informatique et en Automatique.
  • [4] Chen, Z., Huan, G. e Ma, Y. 2006. Computational methods for multiphase flows in porous media. Computational Science and Engineering. Society for Industrial and Applied Mathematics.
  • [5] Correa, M. R. e Borges, M. R. 2013. A semidiscrete central scheme for scalar hyperbolic conservation laws with hete- rogeneous storage coefficient and its application to porous media flow. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 1-19.
  • [6] Correa, M. R. e Loula, A. F. D. 2007. Stabilized velocity post-processings for Darcy flow in heterogeneous porous media. Communications in Numerical Methods in Engineering, 23:461-489.
  • [7] Correa, M. R. e Loula, A. F. D. 2008. Unconditionally stable mixed finite element methods for Darcy flow. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 197:1525-1540.
  • [8] Douglas Jr., J., Ewing, R. E. e Wheeler, M. F. 1983. The approximation of the pressure by a mixed method in the simulation of miscible displacement. RAIRO Analyse Numérique/ Numerical Analysis, 17:17-33.
  • [9] Ennis-King, J. e Paterson, L. 2002. Engineering aspects of geological sequestration of carbon dioxide. Soc. of Pet. Eng., SPE Pap. 7780
  • [10] Ennis-King, J. e Paterson, L. 2005. Role of convective mixing in the long-term storage of carbon dioxide in deep saline aquifers. SPE J.. 10(3), 349aˆ356.
  • [11] Holt, T., Jensen, J. e Lindeburg, E. 1995. Underground storage of CO2 in aquifers and oils reservoir. Energy Convers. Manage, 36(6-9):535-538.
  • [12] Johnson, J., Steefel, J., Nitao, J. e Knauss, K. 2000. Reactive transport modeling of subsurface CO2 sequestration: Identication of optimal target reservoir and evaluation of performance based on geochemical, hydrologic and structural constraints. 8th International Forum, Int. Energy Found., Las Vegas, Nev., 23-28.
  • [13] Kumar, A., Ozah, M., Pope, G., Bryant, S., Sepehmoori, K., e Lake, L. 2005. Reservoir simulation of CO2 storage in deep saline aquifers. SPE J., 10(3):336-348.
  • [14] Kurganov, A. e Tadmor, E. 2000. New High-Resolution Central Schemes for Nonlinear Conservation Laws and Convection-Diffusion Equations. Journal of Computational Physics, 160(1):241-282.
  • [15] Law, D. e Bachu, S. 1996. Hydrogeological and numerical analysis of CO2 disposal in deep sedimentary aquifers in the alberta sedimentary basin. Energy Convers. Manage, 37(6-8):1167-1174.
  • [16] Lindberg, E. 1997. Escape of CO2 from aquifers. Energy Convers. Manage, 38:S235-S240.
  • [17] Malik, Q. e Islam, M. 2000. CO2 injection in the weyburn field of canada: Optimization of enhanced oil recovery and greenhouse gas storage with horizontal wells. Soc. of Pet. Eng., SPE Pap. 59327.
  • [18] Obi, E. I. e Blunt, M. J. 2006. Streamline-based simulation of carbon dioxide storage in a north sea aquifer. Water Resources Research, 42(3):1-13.
  • [19] Pruess, K. e Xu, J. 2003. Numerical modeling of aquifer disposal of CO2. SPE.
  • [20] Pruess, K. 2004. Numerical simulation of CO2 leakage from a geologic disposal reservoir, including transitions from a super-to subcritical conditions, and boiling of liquid CO2. SPE J., (9):237-248.
  • [21] Ravagnani, A. e SuslickII, S. 2008. Modelo dinaˆmico de sequestro geológico de CO2 em reservatórios de petróleo. Revista Brasileira de Ciências.
  • [22] Raviart, P. A. e Thomas, J. M. 1977. A mixed finite element method for second order elliptic problems. Math. Aspects of The F.E.M., 292-315.
  • [23] Spiteri, E. J., Juanes, R., Blunt, M. J. e Orr Jr, F. M. 2005. Relative permeability hysteresis: Trapping models and application to geological CO2 sequestration. SPE Pap. 96448, Soc. of Pet. Eng., Richardson, Tex.
  • [24] Van der Meer, L. 1993. The conditions limiting CO2 storage in aquifers. Energy Convers. Manage, 34(959-966). Van der Meer, L. 1995. The CO2 storage efficiency in aquifers. Energy Convers. Manage.
  • [25] Van der Meer, L. 1996. Computer modelling of underground CO2 storage. Energy Convers. Manage.
  • [26] Weir, G., White, S. e Kissling, W. 1995. Reservoir storage and containment of greenhouse gases. Energy Convers. Manage, 36(6-9):531-534.
  • [27] Wellman, T., Grigg, R., McPherson, B., Svec, R., e Lichtner, P. 2003. The evaluation of CO2 brine-rock interaction with
  • [28] laboratory flow test and reactive transport modeling. Soc. of Pet. Eng., SPE Pap. 802
  • [29] Xu, J. e Pruess, K. 2003. Reactive geochemical transport simulation to study mineral trapping for CO2 disposal in deep saline arenaceous aquifers. J. Geophys. Res., 108(B2).
Como citar:

Sica, Luiz Umberto Rodrigues; "MODELAGEM COMPUTACIONAL DA INJEÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO EM MEIOS POROSOS", p. 876-885 . In: Anais do Congresso Nacional de Matemática Aplicada à Indústria [= Blucher Mathematical Proceedings, v.1, n.1]. São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN em b-reve, DOI 10.5151/mathpro-cnmai-0160

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