Existe ainda grande expectativa de descoberta de novos reservatórios no Brasil (como os campos de Tupi e Júpiter) e, como muito dos reservatórios maduros, todos com a característica comum de óleo pesado. Muito petróleo pode ainda ser extraído com o uso de métodos mais sofisticados de recuperação, como as técnicas WAG (Water Alternating Gas, ou injeção alternada de água e gás) e métodos térmicos.

Aborda-se assim desta maneira duas grandes questões estratégicas para o País (e de fato para o mundo). A primeira é o que fazer quando o petróleo fácil de extrair já tiver sido retirado. A segunda é como minimizar ou remediar os impactos ambiental e climático resultantes da exploração e do consumo de hidrocarbonetos, em particular em solo brasileiro.

Neste contexto, o PRH32 propõe que uma abordagem multidisciplinar e cientificamente correta, baseada em Matemática Aplicada aliada à Modelagem e Simulação Computacional seja utilizada para a investigação teórica e numérica (a) da recuperação avançada de hidrocarbonetos em campos petrolíferos heterogêneos em múltiplas escalas, (b) dos processos de remediação de aqüíferos subterrâneos e solos contaminados com fases líquidas não aquosas e (c) da redução, contenção e do controle dos níveis de dióxido de carbono no meio ambiente.

Novas estratégias de injeção de água e gás, incluindo métodos térmicos, para a recuperação avançada em campos petrolíferos estão sendo investigadas pelo grupo. Consideramos também a injeção de gás CO2 em reservatórios: atualmente o seqüestramento de caborno da atmosfera para armazenamento em reservatórios no subsolo é considerado uma técnica promissora a para o controle das emissões industriais de CO2, e conseqüentemente para a redução de seu nível de concentração no meio ambiente.

A injeção de vapor é uma técnica avançada utilizada há algumas décadas para melhorar a recuperação de óleo em reservatórios petrolíferos, principalmente óleos pesados que são altamente viscosos à temperatura ambiente e que são recuperados com dificuldade pelas técnicas mais comuns de injeção de água em meios porosos. Nos últimos anos, a injeção de vapor vem ganhando destaque relevante internacional (particularmente nos EUA) em uma outra aplicação: a limpeza (ou remediação) de aqüíferos subterrâneos e solos contaminados com fases líquidas não-aquosas. Ambas as técnicas, de remediação e de seqüestramento de carbono da atmosfera, serão investigadas e quantificadas.

Os resultados científicos destes projetos, a serem conduzidos em renomada instituição de pesquisa brasileira, o IMPA, podem levar ao desenvolvimento de novas tecnologias para o aumento do fator de recuperação/produção de hidrocarbonetos em campos petrolíferos brasileiros, levando em conta o impacto ambiental. A formação de recursos humanos altamente qualificados pelo PRH32 é um dos pilares centrais deste projeto.

Em linhas gerais, os projetos desenvolvidos pelo Grupo de Dinâmica dos Fluidos no contexto do PRH-32 estão distribuídos essencialmente nas seguintes áreas de atuação:

  • Escoamento em Reservatórios Petrolíferos

Esta área envolve o estudo da teoria de sistemas de leis de conservação, com aplicações ao escoamento de fluidos multifásicos em meios porosos. Este estudo permite desenvolver métodos numéricos precisos e software para simuladores de escoamento de reservatórios petrolíferos, utilizados para otimizar a recuperação de hidrocarbonetos. Os modelos de escoamento de fluidos multifásicos apresentam dificuldades matemáticas não triviais por serem representados por sistemas de equações diferenciais parciais não-lineares, de tipo misto elítico-hiperbólico.

Alguns Desafios Científico-Tecnológicos da Área:

Modelos térmicos e composicionais para recuperação de petróleo pesado;

Técnicas de remediação em subsolo contaminados;

Seqüestramento em reservatórios petrolíferos do dióxido de carbono no meio ambiente;

Modelagem multiescala e simuladores computacionais especializados para escoamento em reservatórios petrolíferos.

O Grupo mantém intercâmbio científico muito ativo com várias universidades e institutos de pesquisa brasileiros e estrangeiros neste âmbito.

  • Propagação de Ondas em Meios Heterogêneos

A pesquisa nesta área inclui o estudo da propagação de ondas aquáticas (em Hidrodinâmica), ondas acústicas e ondas atmosféricas. No primeiro e último caso, o meio heterogêneo é composto pela topografia. Para ondas acústicas, a crosta terrestre é modelada como um meio laminado heterogêneo, ou seja, com propriedades variáveis. Quando o meio é desordenado, faz-se uso de uma teoria probabilística para caracterizar a onda transmitida e refletida. Do ponto de vista matemático, as ferramentas são teoria de equações diferenciais parciais, análise assintótica e computação científica. Com respeito à modelagem numérica, vários métodos são empregados, dependendo da aplicação: diferenças finitas, elementos de contorno ou elementos finitos.

Alguns Desafios Científico-Tecnológicos da Área:

Ondas internas no mar: modelagem e teoria;

Segurança de plataformas petrolíferas.

O Grupo mantém intercâmbio científico muito ativo com várias universidades estrangeiras neste âmbito.

  • Análise Numérica, Decomposição de Domínios e Computação Paralela

Esta área envolve estudos teóricos e computacionais para aproximações numéricas eficientes de soluções de equações diferenciais parciais. A pesquisa inclui o desenvolvimento e análise de métodos iterativos, estabilidade e análise de erros de discretizações de elementos finitos e de volume, e computações científicas de grande escala com aplicações industriais em aeroelasticidade e fluxos multifásicos.

Na área de métodos iterativos, o enfoque principal é no desenvolvimento de métodos de decomposição de domínios, de Schwarz e de multigrid. Na área de discretizações, temos trabalhado no acoplamento de discretizações de malhas não justapostas ou de equações diferentes (Euler-potencial total, Stokes-Darcy, e iteração fluido-estrutura), e teoria de elementos finitos em geral. No campo de computação de alto desempenho, desenvolvemos códigos paralelos baseados em discretizações de elementos finitos e de volume e métodos de decomposição de domínios para problemas de aeroelasticidade e fluxos multifásicos.

Alguns Desafios Científico-Tecnológicos da Área:

Decomposição de domínios em modelagem de escoamento de petróleo;

Acoplamento de discretizações de malhas não justapostas ou de equações diferentes (Euler-potencial total, Stokes-Darcy, e iteração fluido-estrutura);

Computação paralela de alto desempenho baseados em discretizações de elementos finitos e de volume e métodos de decomposição de domínios.

O Grupo mantém intercâmbio científico bastante ativo com instituições americanas como a Universidade de Boulder em Colorado, o Worcester Polytechnic Institute, o Courant Institute, e, na Polônia, com a Warsaw University.

O Competro