Modelling and simulation of carbonate’s reactive-dissolution by self-diverting acid and comparison with experimental results - Barbosa Júnior, Robson Pereira (UFRJ, 2022)
[PT] De acordo com a Empresa de Pequisa Energética, o petróleo ainda vai ser a principal fonte de energia no Brasil na próxima década pelo menos, apesar da tendência mundial da utilização de fontes de energia renováveis (EPE, 2020). Por conta disso, é importante o desenvolvimento de novas tecnologias que permitam um aumento de eficiência na produção de óleo e um melhor aproveitamento dos recursos atuais. Durante a operação de produção de petróleo, danos na formação podem ocorrer devido a perfuração, completação ou devido à alguma prática de produção. Esse dano pode restringir a produção de óleo e resultar em petróleo sendo deixado na formação (SCHECHTER, 1993). Para resolver este problema, técnicas de estimulação de poços são usadas. As técnicas mais comuns são fraturamento por meio de explosivos, fraturamento hidráulico e injeção de ácido. Este trabalho será focado no último destes. No tratamento de reservatórios carbonáticos, distribuição desigual de ácido pode ocorrer devido à grandes heterogeneidades. De modo a evitar a seletividade do escoamento de fluido em regiões de alta permeabilidade, ácidos viscoelásticos com base de surfactante são comumente usados nestas operações. Para compreender melhor este fenômeno, o presente trabalho propõe um modelo matemático para descrever o processo de dissolução. O modelo é obtido através de um processo de média das equações de Navier Stokes, sendo assim mais completo em relação à tradicional lei de Darcy por levar em consideração os termos inerciais da equação de momentum (QUINTARD, 1994). Adicionalmente, um novo termo de interação sólido-fluido desenvolvido de maneira semi-analítica é proposto para fluidos de Carreau de modo a representar melhor o comportamento do ácido divergente analizado neste trabalho.Uma equação para o mapeamento do transporte do produto da reação também foi incluída. Experimentos de acidificação matricial e análises reológicas foram realizados pelo centro de pesquisas da Petrobras utilizando um ácido divergente. Os resultados de como a viscosidade aparente do ácido varia com a taxa de cisalhamento e o grau de neutralização foram utilizados para modelar a reologia do fluido. As curvas de perda de carga durante o processo de acidificação matricial foram comparadas com as curvas simuladas de modo a validar o modelo desenvolvido. Os resultados mostraram boa concordância das simulações com os resultados experimentais.[EN] According to Energetic Research Company - Brazil, petroleum will still be the main energy source in Brazil for the next decade at least, despite the world tendency for renewable energy sources (EPE, 2020). For this reason, it is important to look for new technologies in order to improve the oil production efficiency and to better use the current resources. During the oil production operation, formation damage can occur due to the drilling, completion or due to some production practice. This damage can restrict the oil production and result in petroleum being left in place (SCHECHTER, 1993). To overcome this issue, well stimulation techniques are applied. The most used stimulation techniques are explosive fracturing, hydraulic fracturing and acid injection. This work will focus in the last one. In carbonate reservoir treatment, uneven distribution of acid may occur due to strong heterogeneity. In order to avoid the selectively flow of fluid into the high permeability zones, viscoelastic surfactant-based self diverting acids are commonly used in stimulation operations. To better comprehend this phenomena, this work proposes a mathematical model to describe the dissolution process. The model is obtained by the averaging of the Navier Stokes equation, being more complete than the traditional Darcy's law by considering the inertial terms of the momentum equation (QUINTARD, 1994). Additionally, a new semi-analytical solid-fluid interaction term is proposed for Carreau fluids in order to better represent the behavior of the diverting acid analyzed in this work. An equation to map the reaction product transport was also included. Matrix acidizing experiments and rheology analysis were performed by Petrobras research center using a self diverting acid. The results of how the acid apparent viscosity changes with the shear rate and neutralization degree were used to model the fluid rheology.The pressure drop curves during the matrix acidizing process were compared with the simulated ones in order to validate the developed model. The Results showed a good agreement of the simulations with the experimental results.