Modelagem numérica do fraturamento hidráulico de um meio poroelástico utilizando o método dos elementos finitos coesivos com adaptatividade de malha.

• Autor(a) principal: Poli, Renato Espirito Basso
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3134/tde-14122020-151633/
• topic: Adaptative mesh; Cohesive elements; Elementos coesivos; Engenharia de petróleo; FiniteElement Method; Fraturamento hidráulico; Hydraulic fractures; Malha adaptativa; Método dos elementos finitos; Petroleum engineering

Projetos de produção de óleo e gás utilizam fraturamento hidráulico para incrementar a produtividade ou injetividade dos poços. Pesquisas recentes buscam estimar o comportamento da rocha, tanto em casos de estimulação quanto em projetos de recuperação melhorada, com injeção de água ou gás acima da pressão de fratura. O objetivo dos estudos é caracterizar as dimensões e comportamento hidráulico da fratura resultante, o incremento de injetividade ou produtividade que ela proverá ao sistema e possíveis riscos à segurança operacional. Especialmente para projetos de longo prazo, os efeitos poroelásticos, resultantes da depleção ou pressurização do meio poroso, devem ser considerados nas análises de comportamento da fratura criada. Esse trabalho tem como objeto de análise o fraturamento hidráulico do meio poroso por tração, que ocorre de maneira controlada, a partir da injeção de fluido nos poços e consequente incremento na pressão de fundo, que leva a formação rochosa à falha, propagando uma fratura. É proposto um simulador hidromecânico de reservatórios de petróleo, totalmente acoplado e totalmente implícito, de forma a considerar os efeitos poroelásticos na propagação das fraturas e garantir a estabilidade incondicional do sistema. A abordagem adotada utiliza elementos finitos para representar o meio contínuo e elementos coesivos de dimensão reduzida, para representar o comportamento hidráulico e a fragilização mecânica na região de fratura. A densidade da malha de simulação é adaptada, dinamicamente, em observação ao caminhamento da fratura, tornando a solução independente da discretização espacial do domínio e representando, com maior precisão, as regiões do domínio que concentram tensão e que apresentam gradientes de pressão mais elevados. Os resultados numéricos validam a modelagem, utilizando resultados da literatura como referência, analíticos e numéricos. É demostrado, por fim, que as estratégias de remalhamento propostas apresentam ganho significativo de desempenho computacional, quando comparadas a malhas estáticas tradicionais.