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Título: Leis de potência no regime estacionário do escoamento bifásico em meios porosos
Autor(es): Sales, Jonathan Márcio Amâncio
Orientador(es): Oliveira, Claudio Lucas Nunes de
Palavras-chave: Escoamento bifásico
Materiais porosos
Fluidos newtonianos
Data do documento: 2017
Citação: SALES, J. M. A. Leis de potência no regime estacionário do escoamento bifásico em meios porosos. 2017. 58 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Resumo: O escoamento de dois fluidos imiscíveis em meios porosos ocorre espontaneamente na natureza mas também pode ser induzido por ações humanas. O exemplo mais óbvio deste último caso é a injeção de um fluido (normalmente água ou gás) em um reservatório de petróleo. De fato, devido à sua aplicação tecnológica, tal tema tem sido objeto de pesquisa há décadas. Entretanto, a maioria destes estudos se concentra no deslocamento de uma fase por outra, onde a interface entre elas se move em um regime transiente até atingir uma dada região (usualmente, o poço produtor). Essa perspectiva é importante em uma abordagem macroscópica onde o interesse é retardar o tempo de {\it breakthrough}, ou seja, o tempo que o fluido injetado leva até alcançar o poço produtor. Por outro lado, em uma abordagem mesoscópica, na escala do tamanho dos poros, a interface não é abrupta e os canais porosos são alimentados por ambos os fluidos. Isto produz uma competição desorganizada no escoamento, mas que durante um curto intervalo de tempo pode levar a um escoamento estacionário onde a velocidade de cada fluido, e portanto, a permeabilidade relativa de cada fase, não muda com o tempo. Esse tipo de escoamento estacionário e sua influência na propagação macroscópica da frente de invasão ainda são pouco conhecidos. Neste trabalho, nós estamos interessados em investigar o deslocamento de dois fluidos no regime estacionário de escoamento bifásico em meios porosos. Para obter o regime estacionário nós consideramos um meio poroso bidimensional com condições periódicas de contorno em ambas as direções. Por isso, nosso sistema pode ser compreendido como duas fases se movendo na superfície de um toro poroso. O regime estacionário é então definido quando a velocidade (que está relacionada com a permeabilidade relativa) de ambas as fases oscila em torno de um valor médio, que não muda com o tempo. Nós, então, mostramos que, neste regime, as oscilações na série temporal da velocidade apresentam leis de potência características cujos expoentes dependem da quantidade (saturação) e das propriedades dos fluidos. Por exemplo, a distribuição de avalanches das velocidades, que ocorrem devido a formação de bolhas de fluido, de diferentes tamanhos, que ficam presas nos canais porosos durante um tempo e são liberadas repentinamente no fluxo alterando assim a velocidade e a permeabilidade relativa da fase, depende da saturação das fases fluidas envolvidas e, também, do valor da tensão interfacial.
Abstract: The flow of two immiscible fluids in porous media occurs spontaneously in nature but can also be induced by human actions. The most obvious example of this latter case is the injection of a fluid (usually water or gas) into an oil reservoir. In fact, due to its technological application, this theme has been the object of research for decades. However, most of those studies focus on the displacement of a phase due to another, where the interface between them moves in a transient regime until it reaches a given region (usually the producing well). This perspective is important in a macroscopic approach where the interest is delaying the breakthrough time, that is, the time that the injected fluid takes until reaching the producing well. On the other hand, in a mesoscopic approach, in the pore size scale, the interface is not abrupt and the porous channels are fed by both fluids. This produces a disorganized competition in the flow, but which for a short time can lead to a steady flow where the velocity of each fluid, and hence the relative permeability of each phase, does not change with time. This type of steady flow and its influence on the macroscopic spread of the invasion front is still not well known. In this paper, we are interested in investigating the displacement of two fluids in the steady state biphasic flow regime in porous media. To obtain the steady state we consider a two dimensional porous medium with periodic boundary conditions in both directions. Therefore, our system can be understood as two phases moving on the surface of a porous torus. The steady state is then defined when the velocity (which is related to the relative permeability) of both phases oscillates around an average value, which does not change with time. We then show that in this regime the oscillations in the time series of velocity have characteristic power laws whose exponent depends on the quantity (saturation) and properties of the fluids. For example, the avalanche distribution of velocities occurring due to the formation of fluid bubbles of different sizes that become trapped in the porous channels for a time and are suddenly released into the stream thereby altering the velocity and the relative permeability of the phase, depends on the saturation of the fluid phases involved and also on the value of the interfacial tension.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/37978
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