Aplicação da técnica de fragmentação de malha com elementos finitos de alta razão de aspecto para simulação de fraturamento hidráulico

Abstract

A técnica de fraturamento hidráulico, que tem sido responsável pela viabilização econômica de muitos campos petrolíferos em todo o mundo, consiste na injeção de um fluido penetrante na formação, sob uma pressão suficientemente alta para causar a ruptura da rocha, iniciando assim uma fratura que se converte em um canal de alta permeabilidade e facilita o escoamento dos hidrocarbonetos. A compreensão dos processos físicos envolvidos, bem como a busca de métodos que permitam prever a geometria da fratura induzida e determinar a pressão de injeção de fluidos necessária para que o fraturamento ocorra, são fundamentais. A complexidade dos processos físicos envolvidos resulta em um problema acoplado, onde o fluxo de fluidos e a deformação da rocha-reservatório se influenciam mutuamente. Para resolver este tipo de problema acoplado, o método dos elementos finitos é amplamente utilizado e um dos mais versáteis. A presente dissertação objetivou apurar a técnica de fragmentação de malha com elementos finitos de elevada razão de aspecto para o estudo da formação e propagação de fraturas em corpos de rocha. Este método, com base na teoria de Aproximação Contínua de Descontinuidades Fortes (ACDF), consiste em introduzir, entre os elementos regulares da malha de elementos finitos, elementos de interface (elementos finitos de elevada razão de aspecto), munidos de relações constitutivas do contínuo (tensão - deformação), para reproduzir o comportamento de meios fraturados. Além disso, os elementos de interface também possuem um acoplamento hidromecânico capaz de representar o canal de alta permeabilidade que se forma devido à ocorrência da fratura. A presente dissertação analisou a técnica de fragmentação de malha com elementos finitos de elevada razão de aspecto, para modelar numericamente pelo MEF o comportamento de meios fraturados. Realizou melhorias nas ferramentas permitindo maior agilidade na fase de pré-processamento, previa visualização das condições de contorno e que novas analises possam ser realizadas.