Formulações Numéricas para Modelagem e Simulação de Escoamentos em Meios Porosos Muito Heterogêneos

Descrição

O escoamento multifásico e multicomponente em meios porosos muito heterogêneos, anisotrópicos e naturalmente fraturados, como os reservatórios do pré-sal brasileiro, envolve fenômenos físicos complexos que impõem desafios relevantes à modelagem matemática e à simulação numérica, sobretudo quando considerados efeitos geomecânicos, altas razões de anisotropia e processos avançados de recuperação de petróleo e armazenamento geológico de CO2;. Apesar do elevado grau de detalhamento dos modelos geocelulares modernos, a simulação direta na escala fina permanece computacionalmente inviável em muitos cenários, exigindo formulações numéricas e estratégias computacionais mais robustas e escaláveis. Neste projeto, estudaremos e desenvolveremos métodos numéricos conservativos, de alta ordem, verdadeiramente multidimensionais e multiescala/multinível para a simulação do fluxo e transporte em meios porosos heterogêneos e fraturados, considerando o acoplamento geomecânico. Investigaremos formulações avançadas de volumes finitos para os problemas de pressão–velocidade e transporte, aplicáveis a malhas não estruturadas distorcidas e a tensores de permeabilidade fortemente anisotrópicos para reduzir a difusão numérica artificial e os efeitos de orientação de malha. Paralelamente, desenvolveremos métodos multiescala e multinível algébricos atuando como resolvedores substitutos e como pré-condicionadores eficientes para sistemas lineares de grande porte. Adicionalmente, desenvolveremos modelos discretos de fraturas embutidas 2D e 3D, incluindo extensões para problemas com efeitos geomecânicos relevantes à injeção e ao sequestro de CO2;. Exploraremos ainda abordagens híbridas que integrem métodos numéricos clássicos e técnicas de inteligência artificial. Como resultados esperados, destacam-se o avanço do estado da arte, a disponibilização de algoritmos documentados, a formação de recursos humanos qualificados e a publicação de resultados em periódicos e congressos de alto impacto.