Modelagem numérica da direção preferencial de propagação de uma fratura hidráulica em um meio poroelástico bidimensional utilizando elementos coesivos.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Araújo, Kealanã Moura de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Cohesive elements; Elementos coesivos; Engenharia de petróleo; Finite element method; Fracture propagation; Fraturamento hidráulico; Hydraulic fracturing; Método dos Elementos Finitos; Petroleum engineering; Propagação de fratura
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3134/tde-22082023-100951/

O fraturamento hidráulico em reservatórios contendo óleo e gás é uma das técnicas mais utilizadas para estimular a produção em poços de petróleo com baixa permeabilidade. Este procedimento é caracterizado pela injeção de fluido a alta pressão na rocha e a fratura hidráulica inicia quando a pressão do fluido excede a mínima tensão principal confinante somada à resistência à tração da rocha. Desse modo, a constante injeção de fluido possibilita a propagação da fratura pelo reservatório. Outro parâmetro importante para a compreensão deste processo é a predição do caminho de propagação das fraturas nas complexas configurações geológicas onde ocorrem as extrações de hidrocarbonetos. Neste contexto, um desafio atual para os pesquisadores ´e o desenvolvimento de técnicas de modelagem mais precisas a fim de garantir uma predição mais acurada dos fenômenos envolvidos neste problema de engenharia. Em função disso, tópicos ativos de pesquisas para a modelagem numérica do caminho de propagação da fratura incluem: a influência de parâmetros relacionados ao processo de fraturamento e a compreensão dos diferentes regimes de propagação. O presente trabalho objetiva desenvolver um modelo numérico, utilizando elementos finitos coesivos e a técnica de duplicação dos nós desses elementos, intentando investigar as variáveis de interesse, bem como, produzir um algoritmo para simulação do meio poroelástico bidimensional, dos regimes de propagação da fratura e da sua direção preferencial de propagação. Para modelagem analítica do problema se adotou o modelo KGD, aplicado a fraturas curtas e no estado plano de deformação horizontal, e para modelagem numérica o método dos elementos finitos e o método das diferenças finitas foram utilizados em razão da flexibilidade e viabilidade de discretização das áreas de interesse. As análises propostas investigaram: os deslocamentos, o balanço de massa, a pressão, as tensões horizontais e verticais no domínio e as respostas foram comparadas às soluções disponíveis na literatura. Os resultados obtidos mostraram que as respostas correspondem às soluções esperadas. Além disso, mostraram, também, que os elementos coesivos foram capazes de representar satisfatoriamente a área de interface para propagação da fratura e a técnica de duplicação dos nós em todo o domínio proporcionou a obtenção de diferentes caminhos de propagação.