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Tipo: Tese
Título: Sequential Explicit and Implicit Coupling of 3D Compositional Reservoir, Wells and Surface Facility
Autor(es): Bik Deli, Alireza
Orientador: Marcondes, Francisco
Coorientador: Sepehrnoori, Kamy
Palavras-chave: Simulação composicional de reservatórios;Tabelas de fluxo;Equipamento de superfície
Data do documento: 2021
Citação: BIK DELI, Alireza. Sequential explicit and implicit coupling of 3D compositional reservoir, wells and surface facility. 2021. 231f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Fortaleza, 2021.
Resumo: Os sistemas de produção de petróleo consistem em três elementos individuais que operam conjuntamente: reservatório, poços e equipamentos de superfície. O projeto, a construção e a manutenção de instalações de superfície para produção de hidrocarbonetos requerem estudos de simulação. Esses estudos se tornam muito mais realistas quando as instalações de poço e superfície são simuladas junto com o reservatório. O principal objetivo desta tese é desenvolver uma estrutura de cálculo que possa ser empregada para estimar o escoamento composicional multifásico/multicomponente do reservatório, poços e equipamentos de superfície usando tabelas de fluxo para avaliar a perda de pressão através de poços e tubulações. A estrutura de cálculo será acoplada ao simulador composicional multifásico/multicomponente da The University of Texas at Austin denominado UTCOMPRS. Duas estruturas foram desenvolvidas para UTCOMPRS. O primeiro é o acoplamento explícito sequencial e o segundo é o acoplamento implícito sequencial. Dentre as abordagens para o cálculo da queda de pressão ao longo da tubulação, incluindo o modelo homogêneo, o modelo de deslocamento e uso tabela pré-calculada; o foco principal deste trabalho se dará no último método. Para o acoplamento explícito sequencial, três classes de tabelas de fluxo foram desenvolvidas e validadas com um simulador comercial, que trabalha em conjunto com as equações de balanço do reservatório, resolvidas através da formulação IMPEC (Implicit Pressure Explicit Composition). Além disso, algumas ferramentas adicionais para controlar e relatar os modelos integrados são descritas. Diferentes estudos de caso neste trabalho demonstraram vários cenários de produção na estrutura desenvolvida para modelos de reservatório 2D e 3D. A precisão da estrutura desenvolvida é altamente dependente da interpolação da pressão do fundo do poço e da ativação da restrição do injetor, entre outros parâmetros operacionais. Uma nova ferramenta chamada tabelas de conexão foi desenvolvida para acoplamento implícito sequencial. Esta tabela processa os dados, recursos e mapa do equipamento de superfície. Com tantas incógnitas quanto o usuário precisar, a tabela de conexão pode ser consistente. A explicação matemática da tabela de conexão também é dada para a condição de cada segmento, seja uma equação de fluxo ou uma tabela de fluxo. O simulador pode gerar a configuração do equipamento de superfície sem o uso de um simulador de terceiros, uma vez que a tabela de conexão é fornecida a ele.
Abstract: Petroleum production systems consist of three integrated individual elements: subsurface reservoir, wells, and surface facility. The design, construction, and maintenance of surface facility for hydrocarbon production require simulation studies. These studies become much more realistic when well and surface facility are simulated together with the subsurface reservoir. The main objective of this thesis is to develop a framework to model the compositional multiphase/multicomponent fluid flow from reservoir, wells, and surface facility using flow tables to evaluate the pressure loss through wells and pipes. The framework is integrated to the multiphase/multicomponent compositional reservoir simulator called UTCOMPRS from the University of Texas at Austin. Two new frameworks have been developed for UTCOMPRS. The first is sequential explicit coupling and the second is sequential implicit coupling. Among three approaches for pressure drop calculation along the tubing, including the homogenous model, drift flux model, and a pre-calculated table; the main focus here is concentrated on the last method. For sequential explicit coupling, three classes of flow tables were developed and validated with a commercial simulator, which works in conjunction with the IMPEC (Implicit Pressure Explicit Composition) reservoir formulation. Also, some additional tools for controlling, and reporting the integrated models are described. Different case studies of this work demonstrated various production scenarios on the developed framework for 2D and 3D reservoirs. The accuracy of the developed framework is highly dependent on the interpolation of the bottom hole pressure and the injector constraint activation, among other operational parameters. A new tool called connection tables has been developed for sequential implicit coupling. This table processes the data, features, and map of the surface facility. With as many unknowns as the user requires, the connection table can be consistent. The mathematical explanation of the connection table is also given for each segment's condition, whether it be a flow equation or a flow table. The simulator can generate the surface facility configuration without the use of a third-party simulator once the connection table is supplied to it.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/65269
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