Exame de Qualificação: Modelos computacionais hidromecânicos para o sequestro geológico de CO2 em reservatórios depletados de gás

Horário: 9h30

Orientadores:
Marcio Arab Murad - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC
Josué dos Santos Barroso
José Antonio Barbosa

Banca Examinadora:
Pablo Javier Blanco - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC (presidente)
Marcio Rentes Borges - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC
Leonardo José Nascimento Guimarães - Departamento de Engenharia Civil - UFPE

Suplentes:
José Karam Filho - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC

Resumo:

Com a assinatura do Acordo de Paris em 2015, metas e compromissos para a redução das emissões de gases de efeito estufa (GHG) foram estabelecidos pelos países signatários, por meio de Contribuiç ões Nacionalmente Determinadas (NDCs). Diante da importância da indústria de óleo e gás na economia global e a significativa contribuição de suas atividades para o aquecimento global, torna-se crucial o desenvolvimento de medidas que possibilitem a transição para uma economia com taxas reduzidas de emissão de GHG. Neste contexto, os reservatórios de óleo e gás depletados (DOGR) emergem como uma opção promissora para o sequestro geológico de dióxido de carbono (CO2). Estes reservatórios são vantajosos em comparação aos aquíferos salinos e outros tipos de reservatórios subterrâneos devido ao conhecimento técnico e geológico acumulado na exploração de reservatórios convencionais de óleo e gás. Mais ainda, a experiência adquirida na caracterização desses reservatórios, a comprovada capacidade selante das rochas capeadoras juntamente com as instalações de superfície pré-existentes, que podem ser adaptadas para operações de armazenamento de CO2, tornam os DOGR uma medida realista para a r edução de emissões de CO2 na atmosfera. Este trabalho de doutorado visa avaliar as vantagens e desvantagens do uso de reservatórios de óleo e gás depletados para o sequestro geológico de CO2 sobre os pontos de vista de eficiência e integridade estrutural do sítio geológico. Para isso, iremos desenvolver um modelo matemático e computacional capaz de descrever o transporte de uma mistura de gases (ex. CO2 e CH4) na subsuperfície terrestre, contribuindo para a otimização de estratégias de mitigação das emissões de GHG na indústria de óleo e gás. O modelo matemático proposto é composto por três subsistemas: hidrodinâmico, geomecânico e de transporte. Enquanto o primeiro é constituído pelas equações de balanço de massa em conjunto com a Lei de Darcy, originando uma equação diferencial parcial (EDP) parabólica não linear, o segundo tem como ponto de partida o balanço do momento linear em conjunto com o princípio das tensões efetivas e a lei elástica de Hooke, culminando em uma EDP elíptic a. Para o acoplamento iterativo de natureza sequencial entre eles, exploramos o algoritmo incondicionalmente estável, comumente denominado de fixed stress-split [3]. Esse método resulta em uma formulação sequencial com termos de fonte adicionais em cada um dos subsistemas. A discretização espacial será realizada via método de elementos finitos e a temporal por um esquema de diferenças finitas, cuja implementação será realizada pela autora a partir de um simulador pré-existente desenvolvido no âmbito das pesquisas do grupo CoMoPore. Subsequentemente, o movimento da mistura de gases no reservatório, com o CH4 pré-existente na fase anterior a injeção, resulta em um problema de transporte reativo multicomponente, governado por equações de convecção-difusão. Tal subsistema adicional de transporte será discretizado por métodos de volumes finitos de alta ordem. A abordagem acoplada no contexto da modelagem do transporte de gases configura-se como inovadora e objetiva integrar eficientement e os efeitos geomecânicos das rochas adjacentes, permitindo uma análise detalhada tanto da região onde ocorre o fluxo de gás quanto da resposta das rochas circundantes. Ao final do trabalho, serão apresentados resultados numéricos visando exemplificar e validar a abordagem proposta. Parte desses resultados serão obtidos em recortes do campo de Pilar, situado na parte onshore da Bacia de Alagoas. A escolha deste campo deve-se à disponibilidade de uma grande quantidade de dados públicos e à sua composição geológica. O campo é caracterizado por centenas de camadas delgadas de arenitos intercaladas com folhelhos e apresenta mecanismos de trapeamento do tipo estrutural, formados por falhas, criando condições favoráveis para o sequestro de CO2.