[pt] ACOPLAMENTO RESERVATÓRIO SUPERFÍCIE EM UM SIMULADOR DE RESERVATÓRIOS INOVATIVO BASEADO EM UMA ARQUITETURA DE PLUGINS

[en] RESERVOIR-WELLHEAD COUPLING IN AN INNOVATIVE RESERVOIR SIMULATOR BASED ON A PLUGIN ARCHITECTURE

[pt] GUSTAVO HENRIQUE GOMES DOS SANTOS

[pt] SIMULACAO DE RESERVATORIOS

[pt] ARQUITETURA DE PLUGINS

[pt] ACOPLAMENTO DE POCO

[pt] SIMULADOR NUMERICO

[en] RESERVOIR SIMULATION

[en] PLUGIN ARCHITECTURE

[en] WELL COUPLING

[en] NUMERICAL SIMULATOR

[pt] Efetivamente projetar e gerenciar os complexos sistemas de produçãode petróleo da atualidade, desde o reservatório até a cabeça do poço e as instalações de superfície, exige mais do que simulações isoladas de cada componente. Abordagens tradicionais de modelagem, que tratam separadamente o reservatório e a rede de superfície, frequentemente dependem de condições de contorno estimadas, as quais não capturam adequadamente as interações entre o escoamento no meio poroso, nos poços e na superfície. Essa separação pode resultar em previsões imprecisas e estratégias operacionais subótimas. Uma abordagem de simulação mais unificada, na qual todo o sistema é modelado como uma rede de escoamento contínua, permite uma compreensão mais aprofundada do comportamento do sistema, proporciona previsões mais precisas e apoia decisões mais bem fundamentadas no desenvolvimento e na otimização da produção. Este estudo apresenta uma metodologia de acoplamento implícito entre reservatório e cabeça do poço no simulador numérico GSIM, desenvolvido por meio de uma parceria entre a Petrobras e a PUC-Rio. A abordagem considera as perdas de pressão ao longo do sistema de produção, um fator crítico para a maximização da recuperação de hidrocarbonetos. Como um passo inicial para a integração completa entre as simulações de reservatório e superfície, o método se apoia na arquitetura de plugins do GSIM, com foco nos termos residuais e da matriz Jacobiana nas iterações de Newton, utilizando tabelas de fluxo vertical multifásico (FVM), em conjunto com a análise nodal, para o acoplamento entre superfície e reservatório. Foram implementadas interpolação bilinear e linear multidimensional das tabelas hidráulicas, testadas e validadas com base nos resultados do simulador comercial IMEX, apresentando excelente correspondência. Casos de teste também foram desenvolvidos para comparar a metodologia de acoplamento proposta com o IMEX. Poços monocompletados apresentaram concordância notável, enquanto configurações multicompletadas mostraram pequenas diferenças transientes, que se dissiparam com o tempo, demonstrando a robustez do método e a nova capacidade do GSIM de replicar sistemas acoplados. Essa implementação permite especificações precisas de pressão na cabeça do poço, sem comprometer a flexibilidade do framework modular do GSIM. O resultado é uma plataforma confiável para modelagem integrada do reservatório à superfície, oferecendo maior precisão nas simulações e melhor suporte à tomada de decisões no desenvolvimento de campos, ao considerar explicitamente as perdas de pressão nos dutos e nas colunas de produção.

[en] Effectively designing and managing today s complex oil and gas production systems, from the reservoir to the wellhead and surface facilities, require more than isolated simulations of each component. Traditional modeling approaches, treating the reservoir and surface network separately, often rely on assumed boundary conditions that fail to capture the real interactions between subsurface and surface flow. This separation can lead to inaccurate predictions and suboptimal operational strategies. A more unified simulation approach, where the entire system is modeled as a continuous flow network, enables a deeper understanding of system behavior, supports more accurate performance forecasts, and allows for better-informed decisions in field development and production optimization. This study introduces an implicit reservoir wellhead coupling methodology within the GSIM numerical simulator, developed through a collaboration between Petrobras and PUC-Rio. The proposed approach addresses key pressure losses along the production system, which are major factors in maximizing hydrocarbon recovery. As a foundational step to ward full integration of reservoir and surface simulations, the method leverages GSIM s plugin architecture and focuses on the residual and Jacobian matrix terms in Newton iterations. It uses vertical lift performance (VLP) tables in conjunction with nodal analysis to achieve effective coupling between surface and reservoir models. Bilinear and multidimensional linear interpolation of the hydraulics tables were implemented, tested, and validated against results from the commercial IMEX simulator, showing excellent agreement. Additional test cases were designed to compare the proposed coupling methodology with IMEX. Single-layer wells exhibited strong correspondence, while multilayer configurations revealed minor transient differences that resolved over time, demonstrating both the robustness of the method and GSIM s newly developed capability to simulate coupled systems. This implementation allows for precise specification of wellhead pressure without compromising the flexibility of GSIM s modular framework. The result is a reliable platform for integrated reservoir-to-surface modeling, offering enhanced simulation accuracy and im proved support for field development decisions by explicitly accounting for pipes and tubing pressure losses.

IVAN FABIO MOTA DE MENEZES

DANIEL NUNES DE MIRANDA FILHO

IVAN FABIO MOTA DE MENEZES

DANIEL NUNES DE MIRANDA FILHO

MARCOS VITOR BARBOSA MACHADO

VINICIUS RAMOS ROSA

2026-02-23

2025-10-07

[pt] TEXTO

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=75473@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=75473@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.75473