Modelagem semi-analitica pseudo tridimensional de propagação e fechamento de fraturas induzidas em rochas

Orientador: Jose Luiz Antunes de Oliveira e SousaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: Neste trabalho é proposto um modelo matemático semi analítico, para simulação de propagação de fraturas induzidas hidraulicamente em rochas portadoras de hidrocarbonetos. o modelo leva em conta a variação das três dimensões da fratura (abertura, altura e comprimento) durante o processo de propagação. A exemplo de outros modelos pseudo tridimensionais existentes na literatura, algumas hipóteses básicas são admitidas pelo modelo, tais como o fluxo unidimensional no interior da fratura, contraste simétrico de tensões confinantes e ausência de contraste de propriedades mecânicas entre a zona de interesse e as zonas adjacentes. As relações fundamentais utilizadas pelo modelo são a equação de England e Green, para determinação da abertura da fratura, equação de fluxo entre placas paralelas, para determinar a distribuição de pressão no interior da fratura, equação de Rice, que fornece uma relação entre a altura da fratura e a pressão de propagação e, por fim, equação da continuidade, que determina a perda de fluido devida à filtração pelas faces da fratura. O critério de propagação da fratura baseia-se no conceito de fator crítico de intensidade de tensões. Algumas simulações numéricas foram feitas, comparando os resultados do modelo desenvolvido com simuladores apresentados na literatura e utilizados na indústria, obtendo uma boa concordância. São apresentados alguns resultados de simulações em laboratório. É desenvolvida uma metodologia de análise de fechamento da fratura, com base no declínio de pressão, que permite uma avaliação da fratura resultante de uma operação de fraturamento e sua comparação com os objetivos previstos no projeto, constituindo-se numa importante ferramenta para engenheiros de campoAbstract: This investigation describes a semi-analytical model which simulates fracture propagation in petroleum reservoir rocks. The model permits evaluating the three fracture dimensions parameters (width, height and length) during propagation. Like other pseudo 3D models, some assumptions are used to solve the fracture three-dimensional propagation problem, such as one-dimensional fluid flow in the crack, symmetrical confining stress contrasts and no contrasts in Young' s moduli and Poisson' s ratio. The governing equations of the model are: England & Green equation, which is used to determine the width-opening pressure relationship; fluid flow equation , to describe the pressure distribution in the crack; Rice's equation, to describe a relationship between crack height and propagation pressure and the mass continuity equation, which describes the leak-off-flow at the crack surface. The fracture propagation criteria is based on the concept of critical stress intensity factor (or fracture toughness). Numerical simulations were made and compared with existing simulators results and good agreements were found. Some laboratory results are shown. A fracture closure analysis based on the pressure decline is described; it is an important tool to verify the success of a hydraulic fracturing simulatorDoutoradoDoutor em Engenharia de Petróle