[pt] CRESCIMENTO DE INSTABILIDADES DE SAFFMAN-TAYLOR EM DESLOCAMENTOS COM TRÊS FLUIDOS CONFINADOS NUMA CÉLULA DE HELE-SHAW

[en] GROWTH OF SAFFMAN-TAYLOR INSTABILITIES IN DISPLACEMENTS BETWEEN THREE FLUIDS CONFINED IN A HELE-SHAW CELL

[pt] CARLOS ROBERTO HOLLANDA LOPES

[pt] ANALISE DE ESTABILIDADE LINEAR

[pt] FLUXO DE TRES FASES

[pt] DEDO VISCOSO

[pt] RECUPERACAO AVANCADA DE PETROLEO

[pt] CELULA DE HELE SHAW

[en] LINEAR STABILITY ANALYSIS

[en] THREE PHASE FLOW

[en] SLIMY FINGER

[en] EOR

[en] HELE SHAW CELL

[pt] Investigamos as instabilidades de dedos viscosos que surgem nas duas interfaces formadas pela injeção sequencial de três fluidos newtonianos em uma célula de Hele-Shaw retangular. Para este fim, utilizamos a análise de estabilidade linear e desenvolvemos um conjunto de equações diferenciais ordinárias de primeira ordem, formuladas para descrever a evolução das perturbações nas interfaces. A partir dessa abordagem, avaliamos o problema de forma perturbativa, com ênfase na análise do efeito de acoplamento entre as duas interfaces, quantificada pela espessura do fluido intermediário, no regime linear do escoamento. Em paralelo ao estudo teórico, realizamos uma série de testes experimentais para investigar o crescimento das instabilidades de Saffman-Taylor no problema de três fluidos e duas interfaces. A construção do dispositivo experimental é descrita detalhadamente e inclui as adaptações realizadas no aparato ao longo deste estudo. Os resultados indicam que a interação entre as interfaces é governada por um nível de acoplamento entre elas, influenciando tanto o tempo de formação das instabilidades quanto a morfologia dos dedos viscosos. Este efeito foi identificado inicialmente através da análise linear. Em seguida, verificamos experimentalmente que a manipulação da espessura do fluido intermediário permite atrasar o desenvolvimento das instabilidades e que esses efeitos perduram no regime não linear. Isso indica que o volume da fase intermediária pode ser controlado para minimizar as deformações das interfaces e, consequentemente, aumentar a eficiência do processo de deslocamento. Este fenômeno é relevante para o setor industrial, servindo como estratégia para processos de recuperação avançada de petróleo (EOR). Destacamos a aplicabilidade desses métodos em processos de injeção alternada, nos quais fluidos são bombeados sequencialmente em meios porosos para otimizar o processo de extração.

[en] We investigate the viscous finger instabilities that arise at two interfaces formed by the sequential injection of three Newtonian fluids into a rectangular Hele-Shaw cell. For this purpose, we use linear stability analysis and develop a set of first-order ordinary differential equations, formulated to describe the evolution of the perturbations at the interfaces. Based on this approach, we evaluate the problem in a perturbative manner, with emphasis on the analysis of the coupling effect between the two interfaces, quantified by the thickness of the intermediate fluid, in the linear flow regime. In parallel to the theoretical study, we performed a series of experimental tests to investigate the growth of Saffman-Taylor instabilities in the three-fluid, two-interface system. The construction of the experimental device is described in detail, including all the adaptations made to the apparatus throughout this study. The results indicate that the interaction between the interfaces is governed by the coupling level between them, influencing both the time required for instability development and the morphology of the viscous fingers. This effect was initially identified through linear stability analisys. Then, we experimentally verified that manipulating the intermediate fluid thickness allows for the delay of instabilities development, and that these effects persist in the nonlinear regime. Such findings indicate that the volume of the intermediate phase can be controlled to minimize the deformations of the interfaces and, consequently, increase the efficiency of the displacement process. This phenomenon may be relevant to the industrial sector, serving as a strategy for enhanced oil recovery (EOR) processes. We highlight, in particular, the applicability of these methods in alternating injection processes and in chemical methods, in which fluids are pumped sequentially into porous media to optimize the extraction process.

RAFAEL MENEZES DE OLIVEIRA

PEDRO HENRIQUE AMORIM ANJOS

IGOR BRAGA DE PAULA

RAFAEL MENEZES DE OLIVEIRA

PEDRO HENRIQUE AMORIM ANJOS

EDUARDO OLÍMPIO RIBEIRO DIAS

2025-07-29

2025-05-21

[pt] TEXTO

application/pdf

PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=71955@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=71955@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.71955