Interphase analysis of viscous flow in porous media to enhance oil recovery

Abstract

La inestabilidad de Saffman-Taylor es un problema de gran relevancia en la industria petrolera. Este problema aparece cuando un fluido menos viscoso desplaza a uno más viscoso, como proceso de extracción de petróleo por inyección de agua. Esta inestabilidad da como resultado el desarrollo de estructuras de dedos en el frente de desplazamiento. Estas estructuras disminuyen la eficiencia de la recuperación de petróleo, lo que genera pérdidas económicas y de recursos. Este trabajo de investigación tiene como objetivo establecer los fundamentos teóricos, experimentales y computacionales para abrir una nueva línea de investigación en la Universidad Yachay Tech. Esta línea de investigación tiene como propósito estudiar el comportamiento fluidodinámico de los procesos de extracción de petróleo para proponer métodos de estabilización que permitan mejorar la recuperación de hidrocarburos. A través de medios teóricos se desarrolló un criterio de estabilidad cuasi-2D. Para complementar el estudio, se revisa la correspondencia del ancho del dedo con el parámetro de control de estabilidad, y el tiempo de inestabilidad característico. Adicionalmente, se discute una breve propuesta de la derivación de un criterio de estabilidad basado en el efecto tridimensional de la curvatura transversal de la interfaz. Se construyó un montaje experimental para visualizar los patrones desplazamiento en una celda de Hele-Shaw. Los experimentos realizados fueron los puntos de referencia para analizar la eficiencia de los criterios de estabilidad propuestos y desarrollar un modelo computacional en COMSOL Multiphysics que reproduzca los resultados experimentales. Al unir los tres enfoques, los experimentos y el modelo computacional mostraron una buena concordancia y consistencia, con algunas diferencias en los umbrales de estabilidad. Los experimentos tienden a alcanzar inestabilidades más rápidamente que las simulaciones debido a las contribuciones de la curvatura transversal de la interfaz y otros efectos físicos ignorados en las simulaciones. El criterio de estabilidad resultó ser preciso para predecir el comportamiento de la interacción entre fluidos que departan estrictamente de interfaces planas.