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Modelagem em elementos finitos do fechamento de fraturas hidráulicas por despressurização através do modelo de Barton-Bandis considerando a inclusão de propanteSILVA, Tarcísio Augusto da 31 July 2017 (has links)
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Previous issue date: 2017-07-31 / O fechamento de fraturas, devido a depleção, nos reservatórios naturalmente fraturados sensíveis ao estado de tensões pode promover uma redução significativa da permeabilidade da formação geológica. Compreender as características hidráulicas da rede de fraturas como função das tensões atuantes é fundamental para a concepção do plano de desenvolvimento do reservatório. Na presente dissertação foi proposto um modelo de fechamento de fraturas durante a produção de fluidos em reservatórios, pós-fraturamento hidráulico, utilizando para isso, uma modificação do modelo constitutivo de Barton-Bandis, objetivando simular o efeito do propante tanto na produção de fluidos como nas tensões atuantes na formação. Este modelo é capaz de reproduzir, adequadamente, o comportamento do fechamento de fraturas submetidas a uma tensão normal compressiva. É um modelo hiperbólico de fechamento com uma rigidez inicial, que converge assintoticamente para o fechamento máximo da fratura. Considera-se também a existência de um propante com diâmetro e rigidez especificado, de modo a dificultar o fechamento da fratura hidráulica, alterando desta forma o estado de tensões na região adjacente a fratura, neste sentido, a implementação em um programa de elementos finitos do modelo Barton-Bandis com propante simula um comportamento que permite um melhor entendimento do fenômeno de fraturamento hidráulico em formações rochosas bem como um aumento de produtividade em poços de petróleo decorrente do aumento da permeabilidade na fratura com propante. / The closure of fractures, due to depletion, in the naturally fractured reservoirs sensitive to the stress state can promote a significant reduction of the permeability of the geological formation. Understanding the hydraulic characteristics of the fracture network as a function of the operating voltages is fundamental for the design of the reservoir development plane. In this dissertation, a model of fracture closure was proposed during the production of fluids in reservoirs, post-hydraulic billing, using a modification of the constitutive model of Barton-Bandis, aiming to simulate the effect of the proppant in both fluid production and Stresses in training. This model is able to adequately reproduce the behavior of the closure of fractures subjected to a normal compressive stress. It is a hyperbolic closure model with initial rigidity, which converges asymptotically to maximum fracture closure. It is also considered the existence of a proppant with specified diameter and rigidity, in order to make it difficult to close the hydraulic fracture, thus altering the state of tensions in the region adjacent to the fracture, in this sense, the implementation in a finite element program of the Model Barton-Bandis simulates a behavior that allows a better understanding of the phenomenon of hydraulic fracturing in rock formations as well as an increase in productivity in oil wells due to the increase of permeability in proppant fracture.
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[en] 3D SIMULATION BY THE DISCRETE ELEMENT METHOD OF PROPPANT FLOWBACK ALONG FRACTURES IN OIL WELLS / [pt] SIMULAÇÃO 3D PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS DISCRETOS DE REFLUXO DE MATERIAL DE SUSTENTAÇÃO DE FRATURAS EM POÇOS DE PETRÓLEOCARMEN JULIA AYGUIPA HUAMAN 16 April 2009 (has links)
[pt] A técnica para estimulação de um campo de petróleo através de
fraturamento hidráulico inclui a injeção, com o fluido de fraturamento, de um
material para sustentação da abertura da fratura, denominado propante. Uma das
dificuldades deste processo é o refluxo do material de sustentação para o interior
do poço durante a fase de produção de óleo, ocasionando diversos problemas que
podem chegar, em situações extremas, à interrupção definitiva da produção. O
controle do fluxo de propante representa, portanto, um grande desafio para a
indústria do petróleo. Alguns modelos empíricos - correlação Stimlab, modelo de
cunha livre, modelo da velocidade mínima de fluidificação, modelo semi-
mecânico - foram desenvolvidos para a previsão desse fenômeno, mas não
contemplam todas as variáveis que influenciam no refluxo do material de
sustentação da fratura. Uma alternativa aos modelos empíricos é utilizar o método
dos elementos discretos para simular computacionalmente a instabilidade do
pacote granular. Nesta dissertação busca-se modelar o comportamento do refluxo
do propante utilizando uma modelagem 3D da fratura, partículas e fluxo de óleo
com auxílio do programa computacional PFC3D baseado no método dos
elementos discretos. Os dados das análises (tipos de propante, temperatura,
características do fluido e do propante, etc) se referem a 4 cenários principais
considerando fraturas sob diversos níveis de tensão e forças de arraste. Foram
feitas discussões considerando os resultados numéricos obtidos por análises
computacionais bi e tridimensionais, bem como comparações com modelos
empíricos de previsão do refluxo do material de sustentação. / [en] The technique for stimulating an oil field through hydraulic fracturing
consists of pumping into the oil bore the fracturing fluid mixed with a material to
hold the fracture open, called proppant. One of the difficulties in this process is the
occurrence of proppant flowback into the well bore during oil production, causing
several problems that can result, in critical situations, in a definitive interruption of
the oil production. Control of proppant flowback represents a great challenge for
the petroleum industry. Some empirical models - Stimlab correlation, propped-
free wedge model, minimum fluidization velocity, semi-mechanistic model - were
developed for prediction of proppant flowback, yet they do not encompass all
variable that play a role in this complex phenomenon. An alternative is to employ
the discrete element method in order to computationally simulate the instability of
the granular package. The main goal of this thesis is to investigate the proppant
flowback phenomenon, through a 3D model of the fracture, particles and flow
conditions using the computational program PFC3D, a code based on the discrete
element method. The input data (type of proppant, temperature, characteristics of
the fluid and proppant, etc.) relate to 4 main scenarios that consider fractures
under several levels of stress closure and drag forces. The numerical results
computed from 2D and 3D analyses were discussed, as well as comparisons were
done with the predictions obtained with empirical methods.
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Desenvolvimento de propantes cerâmicos sintéticos aditivados com nanomateriais de carbono. / Ceramics synthetic proppants addtivated with carbon nanomaterials development.Campos, Vitor Polezi Pesce de 04 April 2019 (has links)
Atualmente, os estudos envolvendo nanomateriais como aditivos em propantes são o foco das companhias e universidades norte-americanas para o desenvolvimento de propantes que possam sofrer alterações químicas e mecânicas dentro do reservatório ou para permitir a rastreabilidade e direcionamento. Este trabalho apresenta um desenvolvimento de grânulos de metacaulim capazes de incorporar nanomateriais em sua estrutura. O método adotado para sua produção foi a mistura intensiva da matéria-prima (MP) com nanomateriais dispersados e adicionados em resina para revestimento. A rota de produção tem potencial para produzir grânulos com grau de K&S variando entre 0,7 e 0,9 tanto para esfericidade como para o arredondamento. Os ensaios de resistência ao esmagamento resultaram em valores entre 3 K e 4 K (x 1.000 psi) para algumas das amostras sinterizadas a 1.300 ºC. As análises de MEV comprovam a incorporação dos nanomateriais de carbono, na estrutura interna dos propantes. / Today, studies on nanomaterials that are used as additives in proppants are the focus of North America\'s companies and universities in order to develop either proppants that can suffer mechanical and chemical changes inside the reservoir or that enable their traceability and direction. This work presents a development on the microspheres of metakaolin\'s capacity to incorporate nanomaterials to their structure. The production route has the potential to produce K & S grade microspheres ranging from 0.7 to 0.9 for both sphericity and rounding. Crush strength tests resulted in values between 3 K and 4 K (x 1,000 psi) for some of the samples sintered at 1300 °C. The SEM analyzes prove the integration of carbon nanomaterials into the proppant structures.
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[en] PROPPANT FLOWBACK IN OIL WELLS STIMULATED BY HYDRAULIC FRACTURING / [pt] FLUXO DE PARTÍCULAS DE SUSTENTAÇÃO EM POÇOS DE PETRÓLEO ESTIMULADOS POR FRATURAMENTO HIDRÁULICOLEONARDO RODIN SALAS CACHAY 31 May 2005 (has links)
[pt] Um dos principais objetivos da engenharia de petróleo é desenvolver e aplicar técnicas capazes de aumentar a produtividade de poços de petróleo, incluindo a estimulação da formação através de operações
que aumentem a permeabilidade da rocha-reservatório e facilitem o escoamento do fluido. Dentre as técnicas de estimulação, a mais utilizada é o fraturamento hidráulico, a qual tem viabilizado a exploração em cerca de 40 por cento dos poços produtores de petróleo em todo o mundo. Durante o fraturamento hidráulico, um material granular conhecido como material de sustentação ou propante, é injetado nas fraturas recém-criadas com o objetivo de mantê-las abertas e garantir-lhes condições de alta permeabilidade. A produção de material de sustentação (proppant flowback) é termo usado para descrever o refluxo do propante para o interior do poço, juntamente com o hidrocarboneto produzido. O controle do
fluxo de propante representa um grave desafio para a indústria de petróleo, pois pode causar graves problemas operacionais e de segurança, relacionados com o desgaste dos equipamentos de produção, problemas econômicos associados ao custo de limpeza, paralisação das operações e intervenção no
tratamento da fratura, problemas ambientais relacionados com a disposição de sólidos impregnados por
hidrocarbonetos, etc. Neste contexto, a presente dissertação apresenta um estudo detalhado dos principais tipos de propante e de suas propriedades, bem como descreve os mecanismos que influem no refluxo do
material de sustentação da fratura e analisa os principais modelos apresentados na literatura para previsão
deste fenômeno. Uma retroanálise considerando os dados de campo em 22 poços da Petrobrás, localizados em Sergipe, permite uma comparação da eficiência entre quatro dos modelos, desenvolvidos com base em resultados de ensaios de laboratório, indicando suas vantagens e desvantagens para aplicação na prática da engenharia. / [en] One of the main objectives of petroleum engineering is to
develop and to
apply techniques aiming the productivity increase of oil
fields, including the
stimulation of the rock through operations that increase
the permeability of the oil
reservoir and makes the flow of the fluid toward the well
more efficient. Among
the stimulation techniques, the most used is the hydraulic
fracturing, carried out in
about 40 percent of the producing oil wells around the world.
During hydraulic
fracturing, a granular material known as proppant, is
injected into the just created
fractures with the objective to keep them open and in
order to guarantee the
designed conditions of high permeability. Proppant
flowback is the technical
terminology employed to describe the flow of proppant from
the fracture to the
interior of the oil well, together with the produced
hydrocarbon. An efficient and
reliable control of this problem is still a major
challenge to the oil industry, given
the serious operational and security problems that it may
cause, including costs of
interrupted operations, cleaning measures, environmental
contamination risks
associated with the disposal of residues impregnated by
oil, etc. In this context,
the present thesis presents a detailed description on the
main proppant materials
and their engineering properties and available treatments,
as well as on the
physical mechanisms that control the flowback phenomenon.
Several simple
models published in the literature, that permit the
forecast of proppant flowback
in a fast and easy way, are also presented and discussed.
Finally, a back-analysis
considering the actual conditions in 22 Petrobras oil
wells located in Sergipe was
also carried out, what permitted a comparison among the
results calculated
according 4 prediction models, putting in evidence their
advantages, shortcomings
and adequacy as a design or control tool in the design and
exploration of oil fields
stimulated by hydraulic fracturing.
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[en] STUDY OF PROPPED MATERIAL OF FRACTURES STIMULATED BY HYDRAULIC FRACTURING IN OIL WELLS / [pt] ESTUDO DA ESTABILIDADE DO MATERIAL DE SUSTENTAÇÃO DE FRATURAS ESTIMULADAS HIDRAULICAMENTE EM POÇOS DE PETRÓLEOLILIANE TOJEIRA VELOZO 24 July 2006 (has links)
[pt] A viabilidade da exploração de um campo petrolífero está
associada às
características produtivas da formação, obtidas mediante o
desenvolvimento e a
aplicação de técnicas capazes de aumentar a economicidade
dos poços. A
técnica de estimulação mais utilizada atualmente é o
fraturamento hidráulico,
que tem como uma das etapas principais a injeção de um
material granular,
denominado de propante, para a manutenção da abertura da
fratura. Tal técnica
tem como obstáculo o refluxo do propante para o interior
do poço (proppant
flowback), ocasionando diversos problemas que podem levar
à interrupção da
produção do mesmo. Alguns modelos teóricos e empíricos
foram desenvolvidos
para a previsão desse fenômeno, mas os mecanismos que o
governam não são
ainda claramente explicados. Alguns fatores que
influenciam na produção de
propante são largura da fratura, tensão de fechamento,
gradiente hidráulico e
características do propante. O refluxo de propante não é
considerado nos
procedimentos atuais de projeto de fraturamento
hidráulico. Nessa dissertação
de mestrado foi desenvolvida uma ferramenta computacional
com uma
arquitetura orientada a objeto, em linguagem de
programação Java, para a
análise de estabilidade do propante no interior da fratura
com base em modelos
empíricos e teóricos. Além disso, foi investigada a
influência da inclusão de
restrições no projeto de fraturamento de modo a prevenir o
fenômeno. Busca-se,
desse modo, a obtenção de melhores projetos de
fraturamento hidráulicos com
prevenção do refluxo de propante, garantindo a
produtividade do poço e
prolongando sua vida útil. / [en] The viability of the exploration of an oil field is
associated with the
productive characteristics of the formation, guaranteed by
means of the
development and application of techniques capable of
increasing the productivity
and the economy of the oil fields. The currently most used
stimulation technique
is hydraulic fracturing, by which one of the main stages
is the injection of a
granular material called proppant to keep the fracture
open and enhance fracture
permeability. This technique presents as a drawback the
phenomenon known as
proppant flowback. The proppant is carried to the inside
of the well causing many
problems which can lead to production interruption. Some
empirical and
theoretical models for its prediction have been developed,
however the
mechanisms that govern it are still not clearly explained.
Parameters that are
related to proppant flowback are fracture width, closure
pressure, drag force and
proppant characteristics. Proppant flowback prediction is
not included in today s
procedures of the hydraulic fracturing project. In the
present work a
computational tool for proppant stability analysis was
developed based on
empirical and theoretical prediction models. This tool has
an object oriented
architecture written in Java language. The influence of
the introduction of
restrictions to prevent proppant production in the
hydraulic fracture design
procedure was also investigated. In this way, it is aimed
to obtain hydraulic
fracturing projects by which proppant flowback is
prevented in field situations
assuring well productivity and extending its activity
period.
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