SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE FRATURAMENTO HIDRÁULICO EM ELEMENTOS FINITOS COM ACOPLAMENTO HIDROMECÂNICO UTILIZANDO A TÉCNICA DE FRAGMENTAÇÃO DE MALHA

Pedro Rogério CLETO¹; Osvaldo Luís MANZOLI¹; Leonardo José do Nascimento GUIMARÃES²; Eduardo Alexandre RODRIGUES¹

¹ Universidade Estadual Paulista - UNESP; ² Universidade Federal de Pernambuco - UFPE

doi:10.20906/CPS/CON-2016-0049

Resumo

O fraturamento hidráulico, no contexto da indústria petrolífera, é uma técnica utilizada para aumentar a permeabilidade de reservatórios não convencionais, os quais são formados por rochas porosas que aprisionam hidrocarbonetos (tais como petróleo e gás natural) em seus poros, viabilizando assim sua extração e produção. A técnica consiste em injetar um fluido específico a pressões suficientemente elevadas no poço de modo a fraturar a rocha ao seu redor. As fraturas criadas representam canais de alta permeabilidade e, por meio delas, os hidrocarbonetos podem então ser extraídos do reservatório. Esse trabalho apresenta uma nova ferramenta numérica, baseada no método dos elementos finitos, que permite estudar a formação e propagação de fraturas geradas hidraulicamente. A fratura é representada por meio da técnica de fragmentação de malha, a qual insere elementos finitos sólidos de elevada razão de aspecto (elementos de interface) entre os elementos da malha original. O comportamento não linear dos elementos de interface é descrito por um modelo constitutivo de dano à tração que representa o processo de degradação do material até a formação da fratura. O comportamento do fluido é descrito pela Lei de Darcy. Consideraram-se dois tipos de acoplamento hidromecânico: (1) a influência da poropressão sobre o estado de tensão e (2) a variação da permeabilidade da fratura com sua abertura. Foram realizadas simulações numéricas para verificar a pressão necessária para romper a rocha, ou pressão de ruptura (breakdown pressure), e a direção de propagação da fratura em função do estado de tensões in situ. Os resultados mostraram que a fratura propagou-se perpendicularmente à menor tensão principal, estando em acordo com a teoria. As pressões de ruptura obtidas nas simulações apresentaram boa concordância com resultados analíticos. A técnica de fragmentação de malha mostrou-se capaz de reproduzir adequadamente o processo de fraturamento hidráulico.

Palavras-chave: fraturamento hidráulico; acoplamento hidromecânico; fragmentação de malha