[pt] Este trabalho trata do problema de entupimento de rochas provocado pela injeção de água contendo partículas sólidas. O efeito da redução de permeabilidade e conseqüente perda de injetividade da rocha é analisada através da interpretação de ensaios unidimensionais de fluxo obtidos da literatura e simulados por um programa computacional desenvolvido nesta dissertação. O programa baseia-se no modelo de Pang e Sharma (1994) de perda de injetividade, escolhido dentre um conjunto de modelos pesquisados, e contempla o processo de entupimento devido à formação de camada de filtro interno e/ou externo, onde é introduzido o conceito de tempo de transição. Nesta formulação utilizam-se também dois importantes parâmetros: lambda , definido como coeficiente de filtração, e beta , fator de dano, podendo estes ser determinados por ensaios ou por correlações empíricas. Uma nova teoria de Bredrikovetsky (2001) que sugere o cálculo de ambos parâmetros por dados de pressão também é empregada. Com o objetivo de validar o modelo e o programa, apresenta-se um estudo paramétrico cujas informações podem ser utilizadas na previsão do comportamento de poços injetores. / [en] This work deals with the impairment of rocks subjected to the injection of water with solid particles in suspension. The effect of the permeability reduction and consequent loss in rock injectivity is analyzed by the interpretation of core flow tests, previously reported, and simulated by using a computational program developed for this research. The program is based on the Pang and Sharmas model (1994) for the prediction of injectivity decline, chosen amongst a set of existing models, and contemplates the process of impairment due the formation of an external and/or an internal filter cake, where the concept of transition time is introduced. The formulation also uses two important parameters: lambda, defined as filtration coefficient, and beta, damage factor, which can be determined by test data or empirical correlations. A new theory of Bredrikovetsky (2001) that suggests the calculation of both parameters for pressure data is used. With the objective to validate the model and the program, a parametric study is presented whose information can be used in the prediction of the behavior of the injection wells.

[pt] O presente trabalho apresenta um estudo paramétrico de alguns fatores intervenientes no processo de entupimento de formações rochosas por sólidos em suspensão, sob injeção de água. Primeiramente se fez uma revisão das formulações mais comumente utilizadas em se tratando de modelos de redução de permeabilidade na literatura técnica especializada. Em seguida, a partir de dois simuladores numéricos, executou- se vários casos de injeção de água,e tais resultados foram comparados entre si e comentários foram feitos a respeito da validade das informações por eles fornecidas. Uma campanha de ensaios foi executada de forma a avaliar alguns parâmetros intervenientes na retenção de partículas em suspensão quando injetadas em um meio poroso, como a rocha. Inicialmente foi feita uma revisão bibliográfica sobre ensaios de injeção já realizados em diversos centros de pesquisas do mundo. Os resultados desses experimentos de injeção, conjugados a análises complementares de microscopia eletrônica, fornecem informações bastantes úteis para determinados aspectos a serem considerados na execução de injeção de água produzida em poços offshore. / [en] The present work presents a parametric study of some intervening factors in the blockage process of rocky formations for solids in suspension, under injection of water.Firstly it was made a review in the specialized technical literature on the formulations more commonly used for modelling the permeability reduction. Next, using two numeric simulators, several examples of water injection were executed, and the results were compared amongst each other. A series of laboratory tests was performed in order to evaluate some intervening parameters in the retention of particles in suspension when injected in a porous medium. Initially it was made a bibliographical review on injection tests carried out in several research centers of the world. The results of the injection experiments, with associated analyses of electronic microscopy, were able to supply useful information for certain aspects to be considered when injecting produced water in offshore wells.

[pt] A eficiência do processo de injeção de água, o método de recuperação secundária mais comum na indústria do petróleo, é limitada por seu padrão de varredura não uniforme, originado da formação de caminhos preferenciais devido à alta razão de mobilidade entre água e óleo, e a elevada saturação de óleo residual, associada aos efeitos capilares. A fim de melhorar a recuperação de petróleo, diferentes abordagens têm sido sugeridas na literatura, com algumas delas baseadas no bloqueio de poros e consequente desvio de água, varrendo assim uma área maior do reservatório e deslocando mais do óleo aprisionado por capilaridade. O bloqueio de poros pode ser realizado com diferentes métodos, sendo um deles a injeção de emulsão, com a fase dispersa, composta por gotas de óleo, atuando como o agente responsável pela diminuição da mobilidade da fase aquosa. Neste trabalho, os mecanismos fundamentais do processo de injeção de emulsão foram estudados experimentalmente, visualizando-se o escoamento em escala de poros em um dispositivo micro-fluídico de vidro composto por uma rede de canais constritos, que modela as principais características de um meio poroso. Os resultados mostram o efeito do tamanho da gota e do número de capilaridade no padrão do escoamento, no tamanho dos gânglios do óleo aprisionado e na recuperação de óleo residual. / [en] The efficiency of water flooding, the most common secondary recovery method in the oil industry, is limited by its non-uniform sweep pattern, originating from the formation of preferential paths because of the high mobility ratio between water and oil, and the high residual oil saturation, associated with capillary oil trapping. In order to improve oil recovery, different approaches have been suggested in the literature, with some of them based on pore blocking and consequent water diversion, thus sweeping a bigger area of the reservoir and displacing more of the trapped oil. Pore blockage can be performed with different methods, one of which is emulsion flooding, with the disperse phase, composed by oil drops, acting as the agent responsible for the decreased water phase mobility. In this work, the fundamental mechanisms of emulsion flooding process was studied experimentally, by visualizing the pore-scale flow in a glass microfluidic device composed of a network of constricted channels, that models the main features of a porous media. The results show the effect of drop size and capillary number on the flow pattern, trapped oil ganglia size and residual oil recovery.

[pt] Este trabalho faz uma análise da variação dos parâmetros que têm importância na propagação de fraturas hidráulicas e da influência desses parâmetros na conten-ção do fraturamento. Os experimentos numéricos foram feitos em um modelo 2D utilizando um simulador de elementos finitos com acoplamento sequencial hidro-dinâmico, tendo como premissa o comportamento dos processos envolvidos em es-tado estacionário. Inicialmente foram feitos testes de validação das soluções numé-ricas empregadas neste trabalho a partir de casos cujas soluções são bem conheci-das. Então, efeitos de variações de poropressão, de estado de tensões, propriedades das rochas, intervalos de início da fratura hidráulica, efeitos térmicos e o dano à permeabilidade da formação permoporosa foram utilizados para avaliar a contenção da fratura hidráulica. Primeiramente os efeitos foram avaliados separadamente e, em seguida, foram combinados aos pares, por meio de sorteio, e então avaliados. Os estudos levaram à conclusão de que o fator de maior influência para o início da propagação da fratura hidráulica na rocha capeadora (primeiros metros) é o valor da tensão mínima de confinamento do reservatório e a continuidade da propagação vertical na rocha selante é dominada pelo contraste de tensões entre rochas reserva-tório e capeadora. Entretanto, os demais parâmetros exercem influência na conten-ção do fraturamento hidráulico e devem ser levados em consideração neste tipo de estudo, principalmente os que servirão de insumo para a tomada de decisões. / [en] This master thesis analyzes the parameter s variation on the hydraulic frac-ture s propagation importance and the influence of these parameters on fracture containment. The numerical experiments were performed in a 2D model using a finite element simulator with sequential hydrodynamic coupling, having the sta-tionary behavior of the processes involved as premise. Validation tests were ini-tially performed for the numerical solutions used in this thesis from cases which solutions are well known. Then, effects of pore pressure variations, stress state, rock properties, hydraulic fracture opening intervals, thermal effects, and damage to the permoporous formation were used to evaluate the hydraulic fracture containment. At first, the effects were evaluated separately, then sorted for pair combinations, so they could be analyzed. These analyzes led to the conclusion that the most influen-tial factor for the hydraulic fracture initial propagation in the cap rock (first meters) is the reservoir’s minimum confinement stress value, and the vertical propagation continuity in the sealing rock is dominated by the stress contrast between reservoir and cap rocks. However, other parameters influence the hydraulic fracturing con-tainment and should be considered for this type of study, especially those that will serve as input for decision-making.

[pt] Esta dissertação apresenta um estudo numérico, utilizando o método dos elementos finitos, para simular o entupimento de rochas provocado pela injeção de água contendo partículas sólidas. Dentre os diferentes parâmetros que afetam o declínio de injetividade, quatro foram analisados, considerando-se a situação de fluxo unidimensional: fator de dano, concentração de partículas sólidas presentes no fluido de injeção, coeficiente de filtragem e taxa de injeção. Um estudo paramétrico ressaltando a influência destes fatores na perda de injetividade é também apresentado neste trabalho, concluindo-se que os resultados numéricos obtidos concordam satisfatoriamente com as observações experimentais disponíveis e soluções analíticas publicadas na literatura. O trabalho estuda também numericamente a simulação do entupimento dos poros da rocha considerando dois modelos de redução de permeabilidade e recupera valores do coeficiente de filtragem (Lambda ) e do fator de dano ( Beta ) através de análises inversa pelo método dos elementos finitos. / [en] This dissertation presents a numerical study, based on the finite element method, to simulate rock pore plugging caused by the injection of water containing solid particles in suspension. Amongst the parameters that affect rock injectivity decline, the following four were analyzed, considering undimensional flow: damage coefficient, solid particle concentration present in the injection fluid, filtration coefficient and injection rate. A parametric study standing out the influence of the these factors in the loss of injectivity is also presented in this work, concluding that the numerical results agree satisfactorily with the available experimental data and analytical solutions published in the literature. This work also numerically investigates the process of rock pore plugging considering two different permeability reduction models and recovers values of the filtration coefficient (Lambda ) and the damage factor ( Beta ) through inverse analyses carried outn by the finite element method.