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Título: Caracterização numérica da permeabilidade e tortuosidade de meios porosos formados por filamentos elípticos
Título(s) alternativo(s): Permeability and tortuosity numerical characterization of porous samples formed by eliptical fibers
Autor(es): Silva, Rodolpho Kades de Oliveira e
Orientador(es): Junqueira, Silvio Luiz de Mello
Palavras-chave: Engenharia do petróleo
Rochas
Porosidade
Materiais porosos
Escoamento - Métodos de Simulação
Petroleum engineering
Rocks
Porosity
Porous materials
Runoff - Simulation methods
Data do documento: 20-Mai-2022
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SILVA, Rodolpho Kades de Oliveira e. Caracterização numérica da permeabilidade e tortuosidade de meios porosos formados por filamentos elípticos. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.
Resumo: A obtenção de amostras de formações rochosas contribui de diversas formas para a produção de petróleo, mas é complexa e possui alto custo. Desta forma, a fabricação de meios porosos que representem adequadamente as propriedades das rochas é estudada como alternativa. No presente trabalho, propõe-se o estudo numérico para caracterização da permeabilidade e da tortuosidade de meios porosos com filamentos de secção transversal elíptica, com comparação a resultados experimentais para analisar a viabilidade da produção de amostras com propriedades permoporosas projetadas. Neste estudo, o Volume Elementar Representativo (REV) é aplicado aos meios porosos para simplificá-los, as simulações dos escoamentos são realizadas pelo Método dos Volumes Finitos (MVF), utilizando fluido Newtoniano em regime permanente, e a permeabilidade é calculada pela equação de Hazen-Darcy. Uma verificação e validação do método é realizada pela reprodução de estudos da literatura. Os resultados mostram a influência da porosidade (entre 0,23 e 0,75), do desalinhamento entre camadas (0%, 25%, 50%), do ângulo de varredura (60º, 90º) e do número de filamentos unidos (1, 2). Constatou-se que a porosidade e o número de filamentos unidos são os parâmetros de maior influência sobre a permeabilidade. Em seguida, a análise de escala é conduzida para os meios de filamentos elípticos, obtendo-se a correlação para a permeabilidade em função do diâmetro de poro, da porosidade e da tortuosidade. Comparações mostram como o diâmetro de poro possui maior influência sobre a permeabilidade do que a tortuosidade. Por fim, a comparação com resultados experimentais mostra que é possível estimar a ordem de valores das permeabilidades de amostras fabricadas.
Abstract: Obtaining core samples from rock formations contributes in several ways to oil production, but it is complex and expensive. Therefore, the manufacture of porous media that properly represent the properties of the reservoir structure is studied as an alternative. In the present work, a numerical study is proposed for the characterization of the permeability and tortuosity of porous media with elliptical cross-section filaments, with comparison to experimental results to analyze the viability of producing samples with designed permoporous properties. In this study, the Representative Elementary Volume (REV) is utilized to simplify the porous medium. The simulations are done using the Finite Volume Method and the permeability is calculated by the Hazen-Darcy Equation. The method validation is done by reproducing the results of studies from literature. Results show the influence of porosity (between 0,23 and 0,75), the layers staggering (0%, 25%, 50%), the raster angle (60º, 90º) and the lines of fibers in set (1, 2). The porosity and the lines of fibers are the highest influence parameters of permeability, while the raster angle has higher influence on tortuosity. A scale analysis is conducted on the porous medium, which leads to a correlation for the permeability as a function of the pore throat, the porosity and the tortuosity. The analysis show how the pore throat has the highest influence on permeability than tortuosity. Lastly, a comparison with experimental results shows that its possible to estimate the permeability values order of manufactured samples.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29643
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