MODELACIÓN NUMÉRICA DE FLUJO CONVECTIVO EN MEDIOS POROSOS
La modelación numérica de flujo de fluidos y transporte de calor por convección en medios porosos es fundamental en la caracterización de yacimientos geotérmicos y en algunos procesos de recuperación de petróleo. El estudio de este fenómeno es indispensable para comprender la evolución térmica de las formaciones geológicas que pueden contener fluidos, como: agua, vapor, gas e hidrocarburos. Además, nos ayuda a predecir el comportamiento de un sistema o yacimiento para tomar las decisiones convenientes sobre su evolución o explotación.
La solución de las ecuaciones de flujo convectivo en medios porosos toma como base los modelos geométricos conceptuales que representan las condiciones geológicas de un yacimiento. Éstas pueden resolverse de manera analítica cuando el sistema es sencillo y homogéneo; sin embargo, para modelos heterogéneos y anisotrópicos, como en las condiciones geológicas reales, es necesario desarrollar códigos numéricos para solucionar dichas ecuaciones.
Uno de los métodos usados es el elemento finito (Finite Element Method), el cual divide al dominio geométrico en subdominios sobre los cuales se definen funciones, se interpolan y aproximan de manera tal, que la solución aproximada converge a la solución del problema real. Los modelos de convección requieren resolver numéricamente las ecuaciones de balance de las propiedades de los fluidos (masa y energía), e incorporar las ecuaciones que representan el medio de desplazamiento, que puede ser poroso o fracturado. Con estas consideraciones se puede reproducir el comportamiento real del sistema.
El objetivo de la presente investigación fue modelar numéricamente un flujo convectivo de fluido entre un medio poroso y una fractura, para lo cual fue desarrollado un programa numérico computacional que resolvió las ecuaciones que rigen este fenómeno. Se consideró un sistema geotérmico subterráneo de forma rectangular, constituido por un medio poroso heterogéneo y anisotrópico, saturado con un fluido de una sola fase. Dicho sistema está atravesado por una fractura que es representada como una zona de muy alta permeabilidad.
Se realizaron varios ensayos numéricos que esquematizan condiciones geológicas reales, en los que se varía la inclinación de la fractura, así como las propiedades físicas del medio poroso y la fractura, la conductividad térmica y/o permeabilidad. Los resultados obtenidos son congruentes con modelos previos y de laboratorio, así mismo los modelos esquemáticos muestran un comportamiento esperado para los campos de temperaturas y de corrientes.