Implicit and semi-implicit techniques for the compositional petroleum reservoir simulation based on volume balance

• Autor(es): Fernandes, Bruno Ramon Batista
• Data: 2015
• Origem: Oasisbr
• Assunto(s): Engenharia química; Simulação; Volumes finitos; Mecânica dos fluídos; Escoamento dos meios porosos
• Tipo de Documento: Dissertação de mestrado
• Idioma: Inglês

Descrição

In reservoir simulation, the compositional model is one of the most used models for enhanced oil recovery. However, the physical model involves a large number of equations with a very complex interplay between equations. The model is basically composed of balance equations and equilibrium constraints. The way these equations are solved, the degree of implicitness, the selection of the primary equations, primary and secondary variables have a great impact on the computation time. In order to verify these effects, this work proposes the implementation and comparison of some implicit and semi-implicit methods. The following formulations are tested: an IMPEC (implicit pressure, explicit composition), an IMPSAT (implicit pressure and saturations), and two fully implicit formulations, in which one these formulations is being proposed in this work. However, the literature reports some intrinsic inconsistencies of the IMPSAT formulation mentioned. In order to verify it, an iterative IMPSAT is implemented to check the quality of the IMPSAT method previously mentioned. The finite volume method is used to discretize the formulations using Cartesian grids and unstructured grids in conjunction with the EbFVM (Element based finite volume method) for 2D and 3D reservoirs. The implementations have been performed in the UTCOMP simulator from the University of Texas at Austin. The results of several case studies are compared in terms of volumetric oil and gas rates and the total CPU time. It was verified that the FI approaches increase their performance, when compared to the other approaches, as the grid is refined. A good performance was observed for the IMPSAT approach when compared to the IMPEC formulation. However, as more complex stencils are used, the IMPSAT performance reduces.

Em simulação de reservatórios, o modelo composicional é um dos mais usados para a recuperação avançada de petróleo. Entretanto, o modelo físico envolve um grande número de equações com uma complexa interelação entre elas. O modelo é basicamente composto por equações de balanço e restrições de equilíbrio. A forma como essas equações são resolvidas como, o grau de implicitude, a seleção das equações primárias, variáveis primárias e secundárias tem um grande impacto no tempo de computação. Com o intuito de verificar esse efeito, esse trabalho propõe a implementação e comparação de alguns métodos implícitos e semi-implícitos. As seguintes formulações são testadas: uma IMPEC (implicit pressure, explicit composition), uma IMPSAT (implicit pressure and saturations), e duas formulações totalmente implicitas, das quais uma destas está sendo proposta neste trabalho. Entretanto, a literatura relata algumas inconsistências intrínsecas da formulação IMPSAT mencionada. Para verificar isso, um IMPSAT iterativo foi implementado para verificar a qualidade nos resultados do método IMPSAT préviamente mencionado. O método de volumes finitos é usado para discretizar as formulações usando malhas Cartesianas e não-estruturadas em conjunto com o EbFVM (Element based finite volume method) para reservatórios 2D e 3D. A implementação foi realizada no simulador UTCOMP da Univeristy of Texas at Austin. Os resultados de diversos casos de estudo são comparados em termos das vazões volumétricas de óleo e gás e do tempo total de CPU. Verificou-se que as abordagens totalmente implícitas melhoram sua performance, quando comparado com os demais métodos, a medidaque a malha é refinada. Um bom desempenho foi observado para as formulações IMPSAT quando comparadas com a formulação IMPEC. Entretando, com o uso de conexões mais complexas entre os blocos da malha, o desempho da formulação IMPSAT reduziu.