Orientadores : Prof. Dr. Carlos Henrique Coimbra Araújo / Co-orientador : Prof. Dr. Sigrid de Mendonça Andersen / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Desenvolvimento. Defesa: Curitiba, 08/04/2016 / Inclui referências : f. 94-98 / Resumo: O presente estudo tem por objetivo analisar, devido à necessidade de conhecimento mais completo do ponto de vista energético e socioambiental, o gás de folhelho como commodity na Mesorregião Oeste Paranaense. Partindo da questão de que o conhecimento em relação a técnica de fraturamento hidráulico no Brasil é ainda muito recente, não havendo um estudo prévio dos impactos relacionados à saúde, ao meio ambiente e a sociedade. Este método consiste em quebrar a rocha para possibilitar o fluxo do gás até o ponto onde ele pode ser coletado. O processo de fraturamento hidráulico para explorar hidrocarbonetos não convencionais ocorre, na maioria das vezes, em profundidades entre 1 e 5 km, às vezes em subsolo ainda mais profundo. E o volume de água utilizado neste processo pode variar de 11 a 34 milhões de litros por poço, dependendo do tamanho da área a ser explorada, a profundidade do poço e as características geológicas do local. Em relação a isso, aqui é feito um estudo baseado em casos precedentes ocorridos nos Estados Unidos, transpondo-o ao local de estudo analisado, a Mesorregião Oeste Paranaense, já que esta região foi um dos locais que tiveram seu solo leiloado pela Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) no dia 28 de novembro de 2013 no Rio de Janeiro. Ali foram leiloados 240 blocos no total, sendo 14 deles localizados na Mesorregião Oeste Paranaense. Em contrapartida, no presente trabalho é feita uma estimativa do potencial que poderá ser gerado nesta Mesorregião Oeste Paranaense, comparandoo com a da geração de biogás, a partir de resíduos provenientes neste caso de bovinos, suínos e galináceos. Essa produção resultou em 311.499.475.522 kWh de energia equivalente a partir da produção contínua de biogás, e somente 5.428.675.234 kWhde energia equivalente relacionada à produção contínua de gás de folhelho na Mesorregião em um período de 34 anos. A partir dos resultados gerados, analisa-se do ponto de vista energético e socioambiental, que não há necessidade de implantar uma tecnologia altamente invasiva no local, posto que há outras tecnologias energéticas menos agressivas ao meio ambiente. Palavras-chave: Gás de folhelho. Fraturamento hidráulico. Biogás. Mesorregião Oeste Paranaense. Tecnologias energéticas. / Abstract: This study aims to analyze due to more complete need for knowledge of energy and environmental point of view, the shale gas as a commodity in Paranaense West Mesoregion. Starting from the question that knowledge regarding hydraulic fracturing technique in Brazil is still very new, and there is a previous study of health-related impacts to the environment and society. This method consists in breaking rock to allow the gas flow to the point where it can be collected. The hydraulic fracturing process to explore unconventional hydrocarbons occurs most often at depths between 1 and 5 km, sometimes even deeper underground. And the volume of water used in this process may range from 11 million to 34 million liters per well, depending on the size of the area to be explored, the depth of the well and the geological characteristics of the site. In this regard, here study based on previous cases in the United States, transposing it to the analyzed study site, the Paranaense West Mesoregion, since this region was one of the places that have their land auctioned by the Oil, Natural Gas and Biofuels National Agency (ANP) on November 28, 2013 in Rio de Janeiro. There were auctioned 240 blocks in total, with 14 of them located in Paranaense West Mesoregion. In contrast, the present study is an estimate of the potential that can be generated in this Paranaense West Mesoregion, comparing it to the generation of biogas from waste, in the case of cattle, pigs and poultry. This production resulted in 311,499,475,522 kWh of energy equivalent from the continuous production of biogas, and only 5.428.675.234 kWh of energy equivalent related to the continuous production of shale gas in the Mesoregion in a period of 34 years. From the generated results, analyzing the energy and environmental point of view, there is no need to deploy a highly invasive technology in place, once there are other energy technologies less harmful to the environment. Keywords: Shale gas. Hydraulic fracturing. Biogas. Paranaense West Mesoregion. Energy technologies.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-05-26T18:02:27Z No. of bitstreams: 1 2017_JordanaGarridoSilvaSaba.pdf: 3701527 bytes, checksum: 505b3dc2932866e5bcdb2c6a1460b7ef (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-05-26T22:49:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_JordanaGarridoSilvaSaba.pdf: 3701527 bytes, checksum: 505b3dc2932866e5bcdb2c6a1460b7ef (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-26T22:49:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_JordanaGarridoSilvaSaba.pdf: 3701527 bytes, checksum: 505b3dc2932866e5bcdb2c6a1460b7ef (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / O fraturamento hidráulico (FH) é uma técnica de estimulação de poço que consiste em injetar um fluido viscoso sob alta pressão em rochas reservatórios. O diferencial de pressão gerado pela injeção do fluido inicia uma fratura que se propaga pela rocha, facilitando a extração dos hidrocarbonetos presentes na rocha. Embora seja uma técnica eficiente para a estimulação de poços, gera muitas polêmicas ambientais, relacionadas à poluição. Uma forma de mitigar os impactos ambientais e acidentes é estudar a fundo esse procedimento. O (FH) pode ser usado para a estimulação de poços e para exploração de fontes não convencionais de petróleo. O método dos elementos finitos estendido (XFEM) foi aplicado neste trabalho para simular as descontinuidades geradas pelas fraturas nos campos de tensão e deformação. Foi implementada uma lei de fluxo no programa de Morais (2016) que aproximasse o regime de fluxo dentro da fratura e feita uma série de simulações. Além disso, foi implementado o elemento triangular quadrático no lugar do elemento era quadrilátero com quatro nós, no código de Morais (2016), entretanto, observou-se que o elemento anteriormente implementado por Morais (2016) é mais adequado para a resolução do problema. Diversas simulações foram realizadas para entender como diferentes parâmetros relacionados ao fluxo podem afetar o processo de fraturamento hidráulico. Por fim, concluiu-se nesta dissertação que parâmetros como a geometria da secção transversal, a viscosidade do fluido de fraturamento e a permeabilidade da matriz rochosa influenciam no fenômeno de fraturamento. / Hydraulic fracturing (HF) is a well stimulation technique that consists of injecting a viscous fluid under high pressure into a rock reservoir. The differential of pressure generated by the injection of the fluid initiates a fracture that propagates through the rock, increasing the extraction of the hydrocarbons located inside the rock. Although it is an efficient technique for stimulating wells, it generates many environmental controversies related to pollution. One way to mitigate environmental impacts and accidents is to study this procedure thoroughly. The HF can be used not only for stimulation of wells but also for exploration of unconventional reservoirs of petroleum. The extended finite element method (XFEM) was applied in this research to simulate the discontinuities generated by fractures in the stress and strain fields. A flow law was implemented in the Morais (2016) code that approximates the regime of flow within the fracture and series of simulations were made. In addition, the quadratic triangular element was implemented in place of the quadrilateral element with four nodes, in the Morais (2016) code; however, it was observed that the element previously implemented by Morais (2016) is more adequate to compute this problem. Several simulations were performed to understand how the different parameters related to the flow can affect the hydraulic fracturing process. Finally, it was concluded in this dissertation that parameters such as cross-section geometry, fracturing fluid viscosity and rock matrix permeability influences the fracturing phenomenon.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-05-06T15:32:03Z No. of bitstreams: 1 2016_LeticiaPereiraMorais.pdf: 19298878 bytes, checksum: fddf2600b46115974c21e30c2a18265b (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-05-28T11:37:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_LeticiaPereiraMorais.pdf: 19298878 bytes, checksum: fddf2600b46115974c21e30c2a18265b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-28T11:37:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_LeticiaPereiraMorais.pdf: 19298878 bytes, checksum: fddf2600b46115974c21e30c2a18265b (MD5) / O Fraturamento Hirdáulico é uma técnica de estimulação de poços que recentemente tem sido muito utilizada para extração de gás de folhelho. O gás de folhelho se mostrou uma fonte alternativa de combustível fóssil para alguns países, como os Estados Unidos, minimizarem sua dependência de países exportadores de petróleo. No Fraturamento Hidráulico um fluido é injetado nas formações sob pressão e vazão controladas. O diferencial de pressão gerado pela injeção do fluido inicia uma fratura que se propaga pela rocha, facilitando a extração dos hidrocarbonetos nela presentes. A técnica é utilizada em reservatórios convencionais e não convencionais de hidrocarbonetos. No primeiro a técnica é aplicada com o objetivo de aumentar a produção do poço. Nos reservatórios não convencionais (gás de folhelho) ela é utilizada para possibilitar a extração do gás dessas reservas devido a sua baixíssima permeabilidade. O processo de fraturar a rocha a grandes profundidades dificulta o controle do tipo de fratura criada ou reativada, pois isso irá depender de uma série de fatores. O estudo da técnica é importante para se ter um maior controle durante a execução e evitar possíveis imprevistos e acidentes. Neste trabalho foi estudado o Fraturamento Hidráulico primeiramente utilizando a formulação do modelo PKN e, em seguida, utilizando análise numérica. Com a formulação do modelo PKN foi possível observar o padrão da fratura criada considerando os efeitos da poroelasticidade e o leak off: o comportamento dos parâmetros abertura da fratura (w), comprimento da fratura (L) e pressão (P) variando com o tempo. Para o estudo do fraturamento hidráulico por análise numérica foi necessário implementar em um código de elementos finitos uma formulação capaz de representar descontinuidades em uma malha contínua. Foi escolhido o Método dos Elementos Finitos Estendido (XFEM) que, após implementado, foi validado e se mostrou eficiente quando comparado com soluções analíticas existentes na literatura. Utilizando o código implementado foram realizadas análises de como a permeabilidade do meio e a permeabilidade da fratura influenciam no Fraturamento Hidráulico, sendo observado que mantendo as propriedades mecânicas constantes, as propriedades hidráulicas tem grande influência no processo de Fraturamento Hidráulico. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT / Hydraulic Fracturing is a technique of stimulation of wells which recently has been widely used for shale gas extraction. The shale gas has proven to be an alternative source of fossil fuel to some countries, such as the United States, minimizing their dependence on oil exporting countries. In the hydraulic fracturing, a fluid is injected into the formation under controlled pressure and flow. The differential pressure generated by the injection of fluid initiates a fracture that will propagate into the rock, promoting the extraction of hydrocarbons present in it. The technique is used in conventional and unconventional reservoirs of hydrocarbons. In the first case, in conventional reservoirs, the technique is applied in order to increase the production of the well, while in unconventional reservoirs (shale gas) the technique is used to enable the extraction of the gas due to its very low permeability. The process of fracturing the rock at great depths involves the control over the type of fracture created or reactivated, as this will depend on a number of factors. The study of the technique is important for the improvement of the control over the execution and also to avoid possible contingencies and accidents. In this work, the Hydraulic Fracturing was studied using both a PKN model and numerical analysis. With the formulation of the PKN model, it was possible to observe the pattern of fractures created considering the effects of poroelasticity and leak off: the behavior of the fracture opening (w), the length of the fracture L) and the pressure of the fluid (P) varying with time. In order to study the hydraulic fracturing using numerical analysis, it was necessary to implement a formulation capable of representing discontinuities in a continuous mesh on a finite element code. The Extended Finite Element Method (XFEM) was chosen, implemented and validated. Comparisons between existing analytical solutions found in the literature and the XFEM used showed adequate results. Analyses of the implemented code were performed to identify how the permeability of the medium and the permeability of the fracture influence the hydraulic fracturing. It was observed that maintaining all of the mechanical properties constant, the hydraulic properties have a great impact on the hydraulic fracturing process.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:09:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseACMS_TESE.pdf: 3490314 bytes, checksum: 2f120d697eb858829bcfbf8418c50cb9 (MD5) Previous issue date: 2010-11-26 / Increase hydrocarbons production is the main goal of the oilwell industry worldwide. Hydraulic fracturing is often applied to achieve this goal due to a combination of attractive aspects including easiness and low operational costs associated with fast and highly economical response. Conventional fracturing usually involves high-flowing high-pressure pumping of a viscous fluid responsible for opening the fracture in the hydrocarbon producing rock. The thickness of the fracture should be enough to assure the penetration of the particles of a solid proppant into the rock. The proppant is driven into the target formation by a carrier fluid. After pumping, all fluids are filtered through the faces of the fracture and penetrate the rock. The proppant remains in the fracture holding it open and assuring high hydraulic conductivity. The present study proposes a different approach for hydraulic fracturing. Fractures with infinity conductivity are formed and used to further improve the production of highly permeable formations as well as to produce long fractures in naturally fractured formations. Naturally open fractures with infinite conductivity are usually encountered. They can be observed in rock outcrops and core plugs, or noticed by the total loss of circulation during drilling (even with low density fluids), image profiles, pumping tests (Mini-Frac and Mini Fall Off), and injection tests below fracturing pressure, whose flow is higher than expected for radial Darcian ones. Naturally occurring fractures are kept open by randomly shaped and placed supporting points, able to hold the faces of the fracture separate even under typical closing pressures. The approach presented herein generates infinite conductivity canal held open by artificially created parallel supporting areas positioned both horizontally and vertically. The size of these areas is designed to hold the permeable zones open supported by the impermeable areas. The England & Green equation was used to theoretically prove that the fracture can be held open by such artificially created set of horizontal parallel supporting areas. To assess the benefits of fractures characterized by infinite conductivity, an overall comparison with finite conductivity fractures was carried out using a series of parameters including fracture pressure loss and dimensionless conductivity as a function of flow production, FOI folds of increase, flow production and cumulative production as a function of time, and finally plots of net present value and productivity index / Na ind?stria do petr?leo o aumento da produ??o de hidrocarbonetos ? um objetivo buscado em todo o mundo, como uma forma de se maximizar os lucros. O fraturamento hidr?ulico ? uma das formas de aumento de produ??o mais usadas, por ser uma opera??o de f?cil execu??o, baixo custo e quase sempre com alto e r?pido retorno financeiro. A opera??o de fraturamento convencional compreende normalmente um bombeio a alta vaz?o e a alta press?o de um fluido com alta viscosidade, chamado de colch?o, que tem a fun??o de abrir a fratura na rocha produtora de hidrocarboneto com uma espessura necess?ria para que o agente de sustenta??o de determinada granulometria possa penetrar na fratura. Este agente de sustenta??o, tamb?m chamado de propante, ? transportado para fratura por um fluido com alta viscosidade, chamado carreador, por sua vez este fluido carreador ? deslocado at? perto dos furos de canhoneio por um fluido de baixa viscosidade, chamado fluido de deslocamento. Ao t?rmino do bombeio, os fluidos ser?o filtrados atrav?s das faces da fratura para dentro da forma??o e entre as duas faces da fratura ficar? o agente de sustenta??o formando assim um canal de alta condutividade hidr?ulica. A proposta deste trabalho ? oferecer uma nova t?cnica de fraturamento hidr?ulico que cria fraturas com canal de condutividade infinita, possibilitando assim maior aumento de produ??o em forma??o de alta permeabilidade e tamb?m a realiza??o de fraturas de grande comprimento em forma??o com fraturas naturais quando comparado com as t?cnicas convencionais. A ocorr?ncia na natureza de fraturas abertas, ou seja, com condutividade infinita ? comum e ? comprovada: pela observa??o das mesmas em afloramentos e em testemunho de forma??o, por perdas totais de circula??o durante perfura??o mesmo usando fluido de baixa densidade, por perfis de imagem, por meio de testes de bombeio diagn?stico tais como Mini-Frac, Mini Fall Off e testes de injetividade abaixo da press?o de fratura, que responde com elevada vaz?o al?m da esperada para fluxo radial darciano. A manuten??o destas fraturas naturais abertas se deve a exist?ncia de pontos de apoio naturais com forma e em posi??es aleat?rias, mas que t?m habilidade de manter as faces da fratura sem se tocarem, mesmo estando estas faces submetidas ? press?o de fechamento. Para criar fratura com canal de condutividade infinita ? preciso construir faixas de apoios artificiais horizontais e paralelas. As dimens?es destas faixas ser?o projetadas de modo que a fratura se mantenha aberta nas partes perme?veis e sustentada nas partes n?o perme?veis. Para comprovar de forma te?rica a manuten??o da fratura aberta por introdu??o de apoios artificiais horizontais e paralelos, ser? usada a equa??o de England&Green. Para demonstrar o maior potencial de aumento de produ??o que a fratura com condutividade infinita possibilita ? feita uma compara??o entre a fratura convencional, ou seja, fratura com condutividade finita e a fratura com condutividade infinita. Os seguintes par?metros s?o usados na compara??o: comportamento da perda de carga na fratura em fun??o da vaz?o de produ??o, a condutividade adimensional em fun??o da vaz?o de produ??o, aumento de produ??o (FOI folds of increase), curvas de vaz?o de produ??o em fun??o do tempo, curvas de produ??o acumulada em fun??o de tempo, curvas de ?ndice de Produtividade (IP) em fun??o do tempo equivalente e de Valor Presente L?quido (VPL) em fun??o da ?rea do reservat?rio

[pt] Desmontes de maciços rochosos são geralmente executados pela perfuração da rocha,colocação de explosivos no interior dos furos e a detonação das cargas de acordo com um plano de fogo preestabelecido. A detonação gera no interior das perfurações uma elevação súbita de temperatura e um grande volume de gás que, devido às pequenas dimensões dos furos, aplica altas pressões em suas paredes. Como resultado da pressurização dos furos,ocorrem o esmagamento e fraturamento da rocha situada nas vizinhanças e a propagação de fortes ondas de tensão pelo interior do maciço.O engenheiro de desmontes deve conhecer as propriedades de resistência e de deformabilidade dos materiais rochosos quando submetidos a carregamentos dinâmicos e compreender a natureza das forças dinâmicas geradas pela detonação das cargas explosivas. Em vista da complexidade do problema real, faz-se muitas vezes simplificações no modelo matemático de comportamento do maciço rochoso, como a introdução das hipóteses de que a rocha na região do desmonte é isotrópica e homogênea, o que na grande maioria das situações é adequado para compreensão dos mecanismos gerados pela detonação e de seus efeitos. Neste trabalho desenvolve-se um programa computacional para simulação do fraturamento dinâmico de um maciço rochoso, isotrópico, homogêneo e de comportamento frágil, a partir da explosão de um ou mais furos de detonação, pelo método dos elementos finitos. No modelo numérico, o fraturamento dinâmico ocorre devido à propagação das ondas de tensão, desconsiderando-se a influência da pressão dos gases no interior das fraturas.O software apresenta como principais características a geração automática de malha de elementos finitos durante o processo de fraturamento, a integração numérica das equações de movimento no domínio do tempo, o emprego de critérios baseados nos fatores de intensidade de tensão para análise da propagação das fraturas, a utilização de amortecedores viscosos nos contornos da malha para simulação da radiação de ondas, a imposição da impenetrabilidade entre paredes de fraturas, o que torna o problema de natureza não- linear, etc. Os estudos numéricos aqui apresentados analisam o desenvolvimento de fraturas a partir da explosão em um e dois furos de detonação, investigando aspectos como a influência do número e da distribuição de fraturas principais, abertura e fechamento dinâmico de fraturas, etc., além de discutir dificuldades numéricas relacionadas com a simulação de tão complexo fenômeno. / [en] Rock blasting are usually carried out by drilling slender holes into a rock mass and detonating explosive charges in their interiors. The detonation produces a fast increase in the temperature surrounding the holes and a huge gas expansion that will apply high pressures on the walls. Crushing and fracturing of the rock will occur as a consequence of the shock waves generated by this dynamic loading. Blasting engineer should know the strength and deformation characteristics of rocks under dynamic loading in order to better understand and estimate the effects caused by the explosion. Rock blasting is a very complicate problem whose simulation, to avoid insurmountable mathematical difficulties, needs to be developed under some simplifying assumptions such as isotropy, linear elasticity and brittle behavior of the material. In this work a computational program based on the finite element method was developed for dynamic analyses of rock blasting. The fracturing is considered to be primarily caused by the stresses induced by P and SV waves. The effects of the gas pressure inside the fractures were neglected at the time being. The software has the following main features: automatic generation of finite element meshes while fracturing is still detected in the rock mass, numerical integration of the equations of motion in the time domain, use of fracture propagation criteria based on stress intensity factors in mixed mode I-II, consideration of silent mesh boundaries to absorb the incident stress waves and a penalty method to enforce the impenetrability condition between the surfaces of a same fracture, etc. The numerical examples herein presented qualitatively indicate that the proposed model is satisfactory for the case of dynamic fracturing of brittle rocks. They also discuss several important aspects related to the numerical simulation, such as the number and distribution of predominant fractures around the blasting hole, the finite element size, loss of symmetry due to mesh configurations, etc.

SILVA, F. P. Armazenamento de águas (recarga artificial) por intermédio do fraturamento hidráulico em rochas cristalinas do semi-árido do nordeste do Brasil. 2007. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. / Submitted by Edineuza Silva (edineuza@deha.ufc.br) on 2017-05-08T13:57:12Z No. of bitstreams: 1 dissertação de Fábio Passos da Silva.pdf: 2118347 bytes, checksum: 487defad8f9ab1978be9bd7fbfe8072e (MD5) / Rejected by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br), reason: Corrigir o nome do arquivo para: 2007_dis_fpsilva on 2017-05-10T13:15:44Z (GMT) / Submitted by Edineuza Silva (edineuza@deha.ufc.br) on 2017-05-12T12:26:51Z No. of bitstreams: 1 dissertação de Fábio Passos da Silva.pdf: 2118347 bytes, checksum: 487defad8f9ab1978be9bd7fbfe8072e (MD5) / Rejected by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br), reason: Corrigir nome do arquivo on 2017-05-15T14:31:10Z (GMT) / Submitted by Edineuza Silva (edineuza@deha.ufc.br) on 2017-05-15T17:33:32Z No. of bitstreams: 1 2007_dis_fpsilva.pdf: 2118347 bytes, checksum: 487defad8f9ab1978be9bd7fbfe8072e (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-05-18T19:22:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_dis_fpsilva.pdf: 2118347 bytes, checksum: 487defad8f9ab1978be9bd7fbfe8072e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-18T19:22:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_dis_fpsilva.pdf: 2118347 bytes, checksum: 487defad8f9ab1978be9bd7fbfe8072e (MD5) Previous issue date: 2007-02-15 / The semi-arid region from Northeast of Brazil is characterized by water resource scarcity caused by an irregular rainfall regime, extremely high evaporation rates and soils with unfavorable infiltration rates. In addition, there are droughts that have serious and long-lasting social consequences such as mass rural exodus of the labor force toward urban centers that, without having the adequate conditions to meet the demand, bring about diseases caused by malnutrition and consumption of poor quality waters. A lot of dams have been constructed and continue to be built as a traditional method of water supply. However, these surface reservoirs have turned out to be inefficient due to high evaporation rates and an increase in water salinization. About 30% of the wells from the state of Ceará have been abandoned because their discharges are very low. In this work we developed a methodology that aims to evaluate the applicability of both Hydraulic Fracturing and Aquifer Storage Recovery (ASR) as innovative and alternative technologies that can bring long term solutions to the water scarcity problem in the Northeastern semi-arid of Brazil. During the studies, we needed to use the Meyer Fracturing Simulators software, a computer program developed by the United States of America that allowed us to conduct a set of simulations for several scenarios of application of hydraulic fracturing. The results enabled us to make some analyses regarding the behavior of geometrical parameters of classical models (GDK, PKN and Ellipsoidal) of induced fractures showing those parameters which turned out to be more sensitive to the variations in the input parameters of treatment. Through the research carried out, the present work enabled us to conclude that the Hydraulic Fracturing technology, together with the Aquifer Storage Recovery technology, are technically and economically viable technologies in the region having crystalline bedrock. / A Região semiárida do Nordeste do Brasil constitui-se numa região marcada pela escassez de recursos hídricos, decorrentes de chuvas irregulares, altíssima taxas de evaporação e terrenos desfavoráveis à infiltração. Aliado a isso, existem as secas que têm consequências sociais graves e de longa duração, tais como êxodo rural em massa da força de trabalho em direção aos centros urbanos, que sem condições de atender a demanda dão origem a moléstias causadas pela desnutrição e ao consumo de águas de má qualidade. Um grande número de açudes foi e continua sendo construído, como método tradicional de suprimento de água. Todavia, esses reservatórios superficiais têm se mostrados possuidores de altas taxas de evaporação nas águas contidas e considerado teor de salinização. Cerca de 30% dos poços existentes no Ceará estão abandonados, pois produzem baixas vazões. Neste trabalho desenvolveu-se uma metodologia que procura avaliar a aplicabilidade do Fraturamento Hidráulico associado ao Aquifer Storage Recovery (ASR) como tecnologias inovadoras e alternativas capazes de trazer soluções a longo prazo para os problemas de escassez hídrica do semiárido do Nordeste. Durante os estudos, tornou-se necessário a utilização do software Meyer Fracturing Simulators, um programa computacional, que permitiu a realização de um conjunto de simulações para vários cenários de aplicação do Fraturamento Hidráulico. Os resultados permitiram fazer algumas análises com respeito ao comportamento dos parâmetros geométricos dos modelos clássicos de fraturas induzidas GDK, PKN e Elipsoidal, evidenciando aqueles parâmetros que se mostraram mais sensíveis às variações dos parâmetros de entrada do tratamento. O presente trabalho através das pesquisas realizadas permitiu concluir que a tecnologia do Fraturamento Hidráulico em conjunto com o Aquifer Storage Recovery são técnico e economicamente viáveis na região do embasamento cristalino como forma de aumentar a oferta hídrica e melhorar a qualidade da água para o consumo humano.

SANTOS, J. S. Efeitos do fraturamento hidráulico em aqüiferos fissurais. 2008. 212 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-04-27T17:52:31Z No. of bitstreams: 1 2008_tese_jssantos.pdf: 13778107 bytes, checksum: d5be1f31fa7a1ac37d050b6350ab24e9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-05-11T19:12:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_tese_jssantos.pdf: 13778107 bytes, checksum: d5be1f31fa7a1ac37d050b6350ab24e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-11T19:12:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_tese_jssantos.pdf: 13778107 bytes, checksum: d5be1f31fa7a1ac37d050b6350ab24e9 (MD5) Previous issue date: 2008-03-18 / The demand of the people for more water has forced the development of techniques to improve the use of all forms of water resources. In some parts of the United States of America, hydraulic fracturing has been used to stimulate wells drilled in crystalline basement to increase its flow. In northeastern Brazil, the wells drilled in this type of geological formation often exhibit low flow, which leads to subsequent deactivation or simple neglect. The main objective of this research is to study, analyze and quantify the effects of hydraulic fracturing prints on transmissivity, connectivity and flow of a fissure aquifer. Therefore we developed a model of propagation of fractures in shallow formations and waterproof matrix. In addition, use was made of well hydraulics models for the determination of the hydrodynamic parameters of the aquifer. To test the methodology, data collected at two pumping wells drilled in the Horticultural Farm of University of New Hampshire, Durham, NH, were used. This data includes pre-fracturing pumping tests and post-fracturing, geophysical testing in addition to the fracturing operation records. A joint analysis of the results of pumping tests and fracture propagation model concluded that hydraulic fracturing increased transmissivity of fractures in 46 times in one well and 285 times in another. The connectivity of the fracture system experienced increases between 11 and 20 times. The practical data was a well spent to provide flow rates 10 times higher and the other this increase was 18 times. These improvements were possible because hydraulic fracturing extended the opening of fractures and made her beam spread for tens of meters. The distance that the fracture propagated from the well along with the increase in interconnection fractures connected the well to recharge the most favorable regions. / A demanda das populações por mais água tem forçado o desenvolvimento de técnicas para melhorar o aproveitamento de todas as formas de recursos hídricos. Em algumas partes dos Estados Unidos da América, o fraturamento hidráulico tem sido utilizado para estimular poços perfurados no embasamento cristalino a aumentarem suas vazões. Na região Nordeste do Brasil, os poços perfurados neste tipo de formação geológica frequentemente exibem baixas vazões, o que os leva à posterior desativação ou ao simples abandono. O objetivo principal desta pesquisa é estudar, analisar e quantificar os efeitos que o fraturamento hidráulico imprime sobre a transmissividade, a conectividade e as vazões de um aqüífero fissural. Para tanto se desenvolveu um modelo de propagação de fraturas em formações rasas e de matriz impermeável. Além disso, fez-se uso de modelos de hidráulica de poços para a determinação dos parâmetros hidrodinâmicos do aqüífero. Para testar a metodologia, dados coletados em dois poços de bombeamento perfurados na Fazenda de Horticultura da University of New Hampshire, Durham, NH, foram utilizados. Estes dados incluem testes de bombeamento pré-fraturamento e pós-fraturamento, ensaio geofísicos, além dos registros da operação de fraturamento. Uma análise conjunta dos resultados dos testes de bombeamento e do modelo de propagação de fratura permitiu concluir que, o fraturamento hidráulico aumentou a transmissividade das fraturas em 46 vezes em um poço e 285 vezes em outro. A conectividade do sistema de fraturas experimentou acréscimos entre 11 e 20 vezes. O dado prático foi que um poço passou a fornecer vazões 10 vezes maiores e no outro este aumento foi de 18 vezes. Estes melhoramentos foram possíveis porque o fraturamento hidráulico alargou a abertura das fraturas e fez seu raio propagar por dezenas de metros. A distância que a fratura propagou a partir do poço juntamente com o aumento na interconexão das fraturas conectou o poço a regiões mais favoráveis à recarga.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-11-20T20:22:45Z No. of bitstreams: 1 2015_EdelRolandoMartínezConcepciòn.pdf: 10300925 bytes, checksum: e5ff98a6cfe6abf46d9e7f83a5b60820 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-12T18:51:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_EdelRolandoMartínezConcepciòn.pdf: 10300925 bytes, checksum: e5ff98a6cfe6abf46d9e7f83a5b60820 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-12T18:51:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_EdelRolandoMartínezConcepciòn.pdf: 10300925 bytes, checksum: e5ff98a6cfe6abf46d9e7f83a5b60820 (MD5) / Na presente pesquisa será desenvolvida uma análise numérica de fraturamento hidráulico utilizando o Método dos Elementos Finitos Estendido (XFEM). Com este método, pretende-se simular o mecanismo de início e propagação de trincas induzidas a partir da ponta de uma fratura inicial. O objetivo principal deste trabalho é aperfeiçoar a compreensão do fenômeno de fraturamento hidráulico. Entende-se que o problema de fraturamento hidráulico é um fenômeno que combina vários processos físicos, entre eles, o fluxo de um fluido, a deformação da matriz rochosa e a propagação das fraturas no meio, nesse sentido, as simplificações são imprescindíveis. Utiliza-se o XFEM para realizar a discretização espacial dos modelos. Esse método é considerado uma robusta ferramenta numérica para resolver problemas de descontinuidades. O fundamento do XFEM é o chamado Método de Elementos Finitos, adicionando a este graus de liberdade e funções de enriquecimento, que servem para descrever as descontinuidades locais do modelo. No XFEM, a geometria da fratura se torna independente da malha, permitindo a ela se movimentar livremente através do domínio, sem que haja a necessidade de um passo para adaptar a malha à descontinuidade. Realizou-se a validação do XFEM utilizando dois testes clássicos da Mecânica da Fratura: a viga apoiada em três pontos com carregamento centrado (SEN(B)); e o disco compacto submetido à tração (CDT). Adicionalmente um modelo de fraturamento hidráulico foi utilizado para estudar a influência de diferentes parâmetros do material e da geometria da fratura inicial. A simulação do início e propagação do fraturamento hidráulico realiza-se através de um modelo numérico bidimensional, em que o meio poroso é idealizado como linear elástico e o critério de propagação se baseia na taxa de energia liberada e nos fatores de intensidade de tensão. As soluções fornecidas pelo modelo numérico fundamentado no XFEM nos casos de validação e no caso de investigação são comparadas com os resultados obtidos a partir de dados experimentais e formulações analíticas, observando-se uma ótima concordância. Demostrou-se a capacidade do XFEM para resolver complexos problemas de propagação de fraturas. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This research develops a numerical analysis of hydraulic fracturing using Extended Finite Element Method (XFEM). This method intend to simulate the initiation mechanism and propagation of cracks induced from the tip of an initial fracture. The main objective of this work is to improve the understanding of hydraulic fracturing phenomenon guided by an initial notch. It is understood that the hydraulic fracturing problem is a phenomenon that combines various physical process, including the fluid flow, the rock matrix deformation and the fracture propagation, however simplifications are essential. The XFEM is used to perform spatial discretization of the models. This method is considered to be a robust tool to solve numerical discontinuities problems. XFEM is the basis of the Finite Element Method (FEM), adding degrees of freedom and enrichment functions to describe the local discontinuities of the model. Through XFEM, the geometry of the fracture becomes independent of the mesh, it allows to move freely through the area without a step to adapt the mesh to the discontinuity. The validation of XFEM was performed using two classical tests of Fracture Mechanics: a single edge notched beam (SEN(B)) and the disk shaped compact tension test (CDT). Additionally, a hydraulic fracturing model is used to study the influence of various parameters of the material and geometry of the initial fracture. The simulation of hydraulic fracturing is accomplished by a two-dimensional numerical model, wherein the porous medium is idealized as linear elastic and the propagation criterion is based on the energy released rate and the stress intensity factors (SIF). The solutions provided by the numerical model based on XFEM are compared with experimental data and analytical formulations, giving it very good agreement. It has been shown the capability of the XFEM to solve complex fracture propagation problems.

Submitted by Izabel Monteiro (izabel_22@hotmail.com) on 2016-06-13T14:57:20Z No. of bitstreams: 1 Dissertção- André Silva Rodrigues Tomaz.pdf: 2369203 bytes, checksum: a3b3a2d70a559b459d388febe0bff25d (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2016-06-13T20:02:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertção- André Silva Rodrigues Tomaz.pdf: 2369203 bytes, checksum: a3b3a2d70a559b459d388febe0bff25d (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2016-06-13T20:08:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertção- André Silva Rodrigues Tomaz.pdf: 2369203 bytes, checksum: a3b3a2d70a559b459d388febe0bff25d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-13T20:08:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertção- André Silva Rodrigues Tomaz.pdf: 2369203 bytes, checksum: a3b3a2d70a559b459d388febe0bff25d (MD5) Previous issue date: 2016-02-18 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The purpose of this research was to study the fracture pattern on the banks of the Black River on the edge of Ponta Negra Beach and the region of Tarumã, in the city of Manaus-AM and the region of Iranduba-AM. The initial stage of the study involved a review of the neotectonics of the region and the survey of existing geological and geomorphological data in order to update the knowledge and determine the specific areas of needs, described in the field. The second stage of the research involved the analysis in remote sensing of high spatial resolution. The field research included the geological and geomorphological survey, mapping the layers and their facies analysis, identification and record of faults and fractures present in the deformed layers, and occurred in two phases, the first in January 2014 and the second one in March 2015, involving the right and the left bank of the river. The methods developed in this research involved: satellite imagery analysis Landsat 5 TM 2005, with the help of software Arcgis 10.2 Arc Map, the use of SRTM models (Shutter Radar Topographic Mission), analysis of photographic images collected in the field and preparation of stereograms with structural data of fractures. The structural data collected in the field on two separate occasions, with the help of geological compass, were analyzed according to conventional methods of structural analysis, according to techniques Arthaud (1969) and Angelier and Mechler (1977), for the treatment of fault populations and fractures, for the purpose of determining the principal tensor deformation. Regarding the pattern of fracturing of the area of Arenito Manaus, overall, the fractures or joints are presented systematically, especially open, they are continuous and run parallel to the shore of the Negro River. In a comparison with data collected on the right bank of the river, in the Iranduba region, it was found that that on both sides fracture structures are pretty similar, with rectilinear structures. There might be a strong influence of the fault that controls the Black River on the fracture pattern of the Black River on the edge of the city of Manaus-AM. / A proposta desta pesquisa foi estudar o padrão de fraturamento na margem do rio Negro nas orlas da Ponta Negra e da região do Tarumã, na cidade de Manaus-AM e na região do município de Iranduba-AM. A etapa inicial do estudo compreendeu a revisão sobre a neotectônica da região e o levantamento de dados geológicos e geomorfológicos existentes, a fim de atualizar o conhecimento e averiguar as necessidades de áreas específicas descritas em campo. A segunda etapa da pesquisa envolveu a análise em sensores remotos. A investigação de campo compreendeu o levantamento geológico e geomorfológico, o mapeamento das camadas e sua faciologia, a identificação e registros das falhas e fraturas presentes nas camadas deformadas, e ocorreu em duas fases, a primeira em janeiro de 2014, e a segunda em março de 2015, envolvendo as margens esquerda e direita do rio. Os métodos desenvolvidos nesta pesquisa envolveram: análise em imagens de satélite Landsat 5 TM 2005, com o auxílio do software Arcgis 10.2 Arc Map, uso dos modelos SRTM (Shutter Radar Topographic Mission), análise de imagens fotográficas coletas em campo e elaboração de estereogramas com dados estruturais das fraturas. Os dados estruturais coletados em campo em duas ocasiões distintas, com a ajuda da bússola geológica, foram analisados conforme os métodos convencionais de análise estrutural, segundo as técnicas de Arthaud (1969) e Angelier e Mechler (1977), para tratamento das populações de falhas e fraturas, com a finalidade de determinação dos principais tensores de deformação. No tocante ao padrão de fraturamento da área do Arenito Manaus, na margem esquerda do rio Negro, em geral, as fraturas ou juntas apresentam-se de forma sistemática, mormente abertas, são contínuas e seguem paralelamente a margem do rio Negro. Em um comparativo com dados coletados da margem direita do rio, na região do Iranduba, concluiu-se que as estruturas de fraturas nas duas margens são consideravelmente semelhantes, com estruturas retilíneas. Considerou-se uma forte influência da falha que controla o rio Negro sobre o padrão de fraturamento da margem do rio Negro na orla da cidade de Manaus-AM.

Orientador: Jose Luiz Antunes de Oliveira e Sousa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T11:46:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_PauloDore_D.pdf: 9884084 bytes, checksum: 4a62853de86ca00ea50cc787686f1101 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: 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 campo / Abstract: 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 simulator / Doutorado / Doutor em Engenharia de Petróleo