Orientador: Philippe Remy Bernard Devloo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:50:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Shauer_Nathan_M.pdf: 4772079 bytes, checksum: c339b53fa640108ef53c5f66523a128c (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Fraturamento Hidráulico é o processo pelo qual uma fratura se propaga através da injeção de um fluido pressurizado em seu interior. É muito utilizado na indústria de petróleo, pois cria uma zona de alta condutividade, possibilitando aumento nas taxas de injeção ou produção. Esse trabalho consiste na implementação numérica, no ambiente orientado a objetos NeoPZ, de uma fratura propagando hidraulicamente em um domínio bidimensional pelo método dos elementos finitos. Os fenômenos envolvidos considerados são a resposta mecânica do reservatório utilizando a relação tensão deformação elastoplástica, junto com escoamento entre placas planas no interior da fratura, incluindo o efeito de leak-off dado pelo modelo de Carter. Os critérios de plastificação utilizados são o de Mohr-Coulomb, que é usado para comparar os resultados com os de Papanastasiou, P. [1], e o de Sandler-DiMaggio, que é referenciado por Santos, E. S. [2] como sendo um bom critério para modelar a relação constitutiva de formações de óleo e gás. São utilizados conceitos de c++ orientação a objetos, materiais coesivos para critério de propagação, acoplamento completo de fenômenos e utilização de espaços reduzidos. As rotinas implementadas são verificadas de acordo com equações analíticas e observando que a conservação de massa é satisfeita. Com esse estudo confrontam-se os resultados obtidos pela abordagem da Elasticidade Linear usualmente utilizada, percebendo que a simulação de fraturamento hidráulico com elastoplasticidade, devido a plastificação da ponta, gera fraturas com menores comprimentos e maiores aberturas para um mesmo volume de injeção como observado por Papanastasiou, P. et al. [1, 3, 4] / Abstract: Hydraulic Fracturing is the process in which a fracture propagates through the injection of a pressurized fluid in its interior. It is widely used in the oil industry due to the high conductivity zone it creates, which provides high rates of both injection and production. This work consists in the numerical implementation, in the object oriented environment NeoPZ, of a fracture hydraulically propagating in a two dimensional elastoplastic medium using the Finite Elements method. The involved phenomena considered are the mechanical response of the reservoir, using the elastoplastic stress-strain relationship, along with the flow between plane plates within the fracture and considering the leak-off on the walls of the fracture using the Carter model. The elastoplastic criteria used are the Mohr-Coulomb criteria, which is used to compare results with the ones from Papanastasiou, P. [1], and the Sandler-DiMaggio criteria, which is referenced by Santos, E. S. [2] as a good criteria to model the constitutive relation of oil and gas formations. Some of the concepts used in this work are c++ object oriented language, cohesive zone for fracture propagation, fully coupling of the involved phenomena, and use of reduced spaces. The routines implemented in this work are verified according to analytical equations and verifying that the conservation law is satisfied. In this study the results obtained are compared with the Linear Elasticity approach, which is commonly used, realizing that simulation of hydraulic fracturing using elastoplastic constitutive laws, due to the yielding of the tip, generates smaller fracture lengths and larger apertures for the same injection volume as observed by Papanastasiou, P. et al. [1, 3, 4] / Mestrado / Estruturas e Geotécnica / Mestre em Engenharia Civil

[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.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-02-20T22:47:57Z No. of bitstreams: 1 DarioGuedesMirandaDeAssuncao_DISSERT.pdf: 5531425 bytes, checksum: ce1be7a5114d5ab1a80f64312a354e13 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-02-24T21:16:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DarioGuedesMirandaDeAssuncao_DISSERT.pdf: 5531425 bytes, checksum: ce1be7a5114d5ab1a80f64312a354e13 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-24T21:16:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DarioGuedesMirandaDeAssuncao_DISSERT.pdf: 5531425 bytes, checksum: ce1be7a5114d5ab1a80f64312a354e13 (MD5) Previous issue date: 2016-09-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / A pesquisa e desenvolvimento de t?cnicas cada vez mais eficientes de estimula??o de reservat?rios de hidrocarbonetos, que j? n?o s?o economicamente vi?veis devido ? baixa permeabilidade relativa, atrav?s de faturamento hidr?ulico alavancaram os ?ndices de produ??o mundial nos ?ltimos anos. O monitoramento de eventos micross?smicos, gerados nesse ambiente de produ??o, pode fornecer informa??es importantes a respeito do reservat?rio. A aplica??o do monitoramento micross?smico, relacionado ? inje??o de fluidos (hidrofraturamento), est? sendo cada vez mais recorrente na ind?stria de petr?leo, devido ? capacidade destas informa??es auxiliarem no desenvolvimento do reservat?rio, na decis?o de posicionamento de novas inje??es de fluidos, localiza??o de novas perfura??es, etc. O desenvolvimento e aperfei?oamento de m?todos no monitoramento micross?smico ? uma importante alternativa de pesquisa para auxiliar o desenvolvimento de campos produtores, devido ? aus?ncia de m?todos que apresentem baixo custo e ent?o viabilize a sua utiliza??o em campos de baixa produ??o. Desta forma, propomos neste trabalho uma an?lise de viabilidade computacional e efici?ncia na utiliza??o da t?cnica SSA com poss?vel identificador de onda ?P?, para poss?vel utiliza??o em monitoramento de eventos micross?smicos em ambientes com opera??es de fraturamento hidr?ulico. O processamento computacional foi dividido em tr?s fases, duas com testes em dados sint?ticos e uma com aplica??o em dados reais de tiro de canhoneio. Na primeira fase de testes sint?ticos analisou-se os erros de posicionamento e erros de tempo de origem de um evento (com posi??o real em x=0, y=0 e z=-1km) com 3 e 8 receptores (geometria diferente do dado real), para diferentes dados e par?metros de entrada, por exemplo, dado sem ru?do, dado com ru?do (2, 5 ,10, 20, 30 e 40%), diferentes janelas de RPA/LPA, diferentes quantidades de receptores, etc. Na segunda fase de testes sint?ticos analisou-se os erros de posicionamento de um evento (com posi??o real em x=0, y=0 e z=-0,7km) com 3 e 12 receptores (geometria similar ao dado real), para um ?nico dado com ru?do aleat?rio de 40% e diferentes janelas de RPA/LPA. E na fase de aplica??o em dados reais (13 diferentes eventos posicionados em x=0, y=0 e Z=diferentes profundidades) as analises foram feitas com rela??o aos resultados de posicionamento de cada evento e os tempos de origem encontrados para cada um deles, utilizando uma ?nica janela RPA/LPA. / The research and development of techniques of stimulation of oil reservoirs, that are no longer economically viable due to the low relative permeability, through of hydraulic fracturing, leveraged world production rates in recent years. The monitoring microseismics events, generated in this production environment, can provide important information about the reservoir. The application of microseismic monitoring, related to the injection of fluids, is being increasingly recurrent in the oil industry due to the capacity of this information assist in the development of the reservoir, the placement decision of new injections of fluid, location of new perforations, among others. The development and improvement of methods in microseismic monitoring is an important alternative of search for help in the development of producing oil fields, due to lack of methods that have low cost and so makes possible its use in fields low production. Thus, we propose in this paper an analysis of the computational viability and efficient in the use of the technical SSA with possible P-wave identifier, for possible use in monitoring microseismic events in environments with hydraulic fracturing operations. The computational processing was divided into three phases, two with synthetic data tests and one with real data application of perforating shot (cannonade shot). In the first phase of synthetic tests were analyzed positioning errors and origin time errors of an event (with real position at x = 0, y = 0 and z = -1km) with 3 and 08 receptors (different geometry of the real data) for different data and input parameters, for example, data without noise, data with noise (2, 5, 10, 20, 30 and 40%), different windows RPA/LPA, different amounts receptors, etc. In the second phase synthetic test were analyzed the positioning errors of an event (with real position x = 0, y = 0 and z = -0,7km) with 3 and 12 receptors (geometry similar to the real data), for only a data with random noise of 40% and different windows of RPA/LPA. And in the phase of real data test (13 different events positioned at x = 0, y = 0 and Z = different depths) analyzes were made with respect the results for event each positioning and origin times found for each event, using only one RPA/LPA window.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-02-13T15:32:26Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TeseDoutorado_MarcelaSeixas.pdf: 6064842 bytes, checksum: 5d148170b369d14be988b9c57683862a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-13T15:32:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TeseDoutorado_MarcelaSeixas.pdf: 6064842 bytes, checksum: 5d148170b369d14be988b9c57683862a (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / CNPq / O interesse em estudos relacionados ao processo de fraturamento hidráulico vem aumentando, principalmente devido à exploração de reservatórios não convencionais, que se torna cada vez mais importante para a demanda de energia atual, com estimativas de grandes reservas distribuídas por vários países. A modelagem numérica de tal processo é um desafio, devido à complexidade da física envolvida. A interação entre propriedades mecânicas da rocha, tensões in situ, e heterogeneidades como fraturas naturais e planos de fraqueza é determinante na geometria da fratura induzida. Para resolver este tipo de problema acoplado, o método dos elementos finitos é amplamente utilizado e um dos mais versáteis. O presente estudo propõe uma técnica numérica denominada Fragmentação de Malha, que usa elementos finitos com elevada razão de aspecto (ou elementos especiais de interface), combinados com um modelo constitutivo baseado na mecânica do dano para reproduzir os efeitos do processo de formação de fraturas. Esta metodologia, com base na Aproximação Contínua de Descontinuidades Fortes, consiste em introduzir estes elementos de interface entre elementos regulares de uma malha de elementos finitos. Dentre as vantagens dessa técnica estão a sua facilidade de adaptação a programas convencionais de elementos finitos e o fato de não ser necessário o uso de algoritmos de construção de trajetória da descontinuidade. As aplicações apresentados neste trabalho mostram a capacidade da técnica proposta na modelagem do fraturamento hidráulico em reservatórios não convencionais. / The interest in studies related to the hydraulic fracturing process has increased over the last decade, mainly due to the exploitation of unconventional reservoirs, which is growing and becoming more important to the current energy demand, with the estimation of the existence of large reserves spread over several countries. Numerical modelling of such processes is a challenging task because of the complexity of the physics involved, and because of the structurally complicated geometry of the reservoir. The interaction between rock’s mechanical properties, insitu stresses, and heterogeneities such as natural fractures and weak bedding planes is determinant of the induced fracture geometry. To solve this kind of coupled hydromechanical problem, the Finite Elements Method is one of the most versatile and widely used. The present study propose a numerical technique called mesh fragmentation, that uses solid finite elements with high aspect ratio combining with a proper strain softening constitutive model to reproduce the effects of fractures formation process. This methodology, based on the Continuous Strong Discontinuous Approach, consists in introducing these high aspect ratio elements between regular elements of a finite element mesh. Some advantages of this technique are that it can be easily adapted to standard finite elements programs and no tracking algorithms are necessary to follow the evolution of the fracture. The case studies presented in this paper show the ability of the proposed technique to model hydraulic fracturing propagation in unconventional reservoirs.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A demanda das populaÃÃes por mais Ãgua tem forÃado o desenvolvimento de tÃcnicas para melhorar o aproveitamento de todas as formas de recursos hÃdricos. Em algumas partes dos Estados Unidos da AmÃrica, o fraturamento hidrÃulico tem sido utilizado para estimular poÃos perfurados no embasamento cristalino a aumentarem suas vazÃes. Na regiÃo Nordeste do Brasil, os poÃos perfurados neste tipo de formaÃÃo geolÃgica frequentemente exibem baixas vazÃes, o que os leva à posterior desativaÃÃo ou ao simples abandono. O objetivo principal desta pesquisa à estudar, analisar e quantificar os efeitos que o fraturamento hidrÃulico imprime sobre a transmissividade, a conectividade e as vazÃes de um aqÃÃfero fissural. Para tanto se desenvolveu um modelo de propagaÃÃo de fraturas em formaÃÃes rasas e de matriz impermeÃvel. AlÃm disso, fez-se uso de modelos de hidrÃulica de poÃos para a determinaÃÃo dos parÃmetros hidrodinÃmicos do aqÃÃfero. Para testar a metodologia, dados coletados em dois poÃos de bombeamento perfurados na Fazenda de Horticultura da University of New Hampshire, Durham, NH, foram utilizados. Estes dados incluem testes de bombeamento prÃ-fraturamento e pÃs-fraturamento, ensaio geofÃsicos, alÃm dos registros da operaÃÃo de fraturamento. Uma anÃlise conjunta dos resultados dos testes de bombeamento e do modelo de propagaÃÃo de fratura permitiu concluir que, o fraturamento hidrÃulico aumentou a transmissividade das fraturas em 46 vezes em um poÃo e 285 vezes em outro. A conectividade do sistema de fraturas experimentou acrÃscimos entre 11 e 20 vezes. O dado prÃtico foi que um poÃo passou a fornecer vazÃes 10 vezes maiores e no outro este aumento foi de 18 vezes. Estes melhoramentos foram possÃveis porque o fraturamento hidrÃulico alargou a abertura das fraturas e fez seu raio propagar por dezenas de metros. A distÃncia que a fratura propagou a partir do poÃo juntamente com o aumento na interconexÃo das fraturas conectou o poÃo a regiÃes mais favorÃveis à recarga.

[pt] A utilização mais freqüente dos concretos de alto desempenho na Construção Civil exige um melhor conhecimento sobre o comportamento deste material e a verificação de possíveis modificações no dimensionamento de elementos estruturais, como a consideração do efeito de escala. Recentemente, os conceitos da teoria da mecânica da fratura para a análise do comportamento das estruturas começaram a ser utilizados. A energia de fraturamento passa a ser uma propriedade intrínseca do material, fundamental no controle da resistência à flexão e ao cisalhamento Os principais objetivos desta dissertação são: obter experimentalmente os parâmetros de fraturamento para concretos de alto desempenho através da realização de ensaios estáveis e comparar estes resultados com resultados numéricos e experimentais encontrados na literatura. A metodologia utilizada para a determinação destes parâmetros é apresentada no trabalho. Foram executados ensaios estáveis à flexão em três pontos em vigas de concreto simples com entalhe, de acordo com as especificações elaboradas pela recomendação do comitê RILEM 50-FMC. As vigas foram moldadas no Laboratório de Estruturas da PUC- Rio e os ensaios realizados no Instituto de Tecnologia (ITUC) desta Universidade. Os ensaios foram realizados com controle de deslocamento da abertura do entalhe em uma máquina servo-hidráulica Instron modelo 8502. Foram ensaiadas 75 vigas, em quatro tamanhos diferentes, com alturas variando de 38 mm a 304 mm. A espessura das vigas foi mantida constante e igual a 38 mm. Os concretos utilizados apresentaram fator água/cimento entre 0,25 e 0,37 e resistência à compressão entre 70 MPa e 90 MPa. / [en] The increasing use of high performance concrete in civil construction demands better knowledge of the behavior of this material and the review of possible changes in the design of structural elements, like the size effect. The concepts of the theory of fracture mechanics for the analysis of structures started to be used in recent days. The fracture energy became an inherent property of the material, and it is basic for the control of the nominal flexural strength and the modulus of rupture. The main purposes of this dissertation are to achieve experimentally the fracture parameters for high performance concrete by performing stable tests, and to carry out a comparison with numerical and experimental results found in literature. The methodology used for determining of these parameters is introduced in the work.Stable three-point bend tests were conducted in notched beams made with unreinforced concrete. These tests comply with the specifications given by the RILEM 50- FMC committee. The beams were cast at PUC-Rio Structural Laboratory and the tests were conducted at the Technology Institute (ITUC) of this University. The tests were performed using crack mouth opening displacement control in a closed-loop servohydraulic Instron machine model 8502. The experiments involved the testing of 75 singlenotched beams with four different sizes with depths varying from 38 mm to 304 mm. The thickness of the beams was kept constant and equal to 38 mm. The concrete had a watercement ratio varying from 0.37 to 0.25 and compressive strength between 70 MPa and 90 MPa. / [es] La utilización más frecuente de los concretos de alto desempeño en la Construción Civil exige un mejor conocimiento sobre el comportamiento de este material y la verificación de posibles modificaciones en el dimensionamiento de elementos extructurales, como la consideración de la escala. Recientemente, los conceptos de la teoría de la mecánica de la fractura para el análisis del comportamiento de las extructuras comezaron a ser utilizados. La energía de fractura pasa a ser una propriedad intrínseca del material, fundamental en el control de la resistencia a la flexión y al cisallamento Los principales objetivos de esta disertación son: obtener experimentalmente los parámetros de fractura para concretos de alto desempeño a través de la realización de ensayos estables y comparar estos resultados con los resultados numéricos y experimentales encontrados en la literatura. LA metodología utilizada para la determinación de estos parámetros se presenta en el trabajo. Se ejecutaron ensayos estables a la flexión en tres puntos en vigas de concreto simple con entalle, de acuerdo con las especificaciones elaboradas por la recomendación del comité RILEM 50 FMC. Las vigas fueron moldadas en el Laboratorio de Extructuras de la PUC Rio y los ensayos realizados en el Instituto de Tecnología (ITUC) de esta Universidad. Los ensayos fueron realizados con control de desplazamiento de la abertura del entalle en una máquina servo hidráulica Instron modelo 8502. Fueron utilizadas 75 vigas, en cuatro tamaños diferentes, con alturas variando de 38 mm la 304 mm. Se mantuvo la espesura de las vigas constante e igual la 38 mm. Los concretos utilizados presentaran factor agua/cemento entre 0,25 y 0,37 y resistencia a la compresión entre 70 MPa y 90 MPa.

[pt] Esta pesquisa aborda o processo de fraturamento hidráulico ou processo de propagação de fraturas em rocha através da injeção de um fluido sob pressão, o que gera fissuras no material que se propagam de acordo com a quantidade de fluido injetado. Esta técnica leva a um incremento da transmissividade hidráulica da rocha e, como consequência, ocorre um incremento da produção de óleo. Diversos trabalhos analíticos e numéricos têm sido propostos para estudar o mecanismo de fratura, geralmente baseados em meios contínuos ou através da utilização de elementos de interface em uma trajetória de propagação conhecida. Neste trabalho, a propagação de uma fratura é simulada utilizando o modelo potencial PPR[72] através da sua implementação extrínseca. Assim, os elementos coesivos de interface são inseridos na malha de elementos finitos de forma adapativa para capturar o processo de fraturamento. A pressão do fluido é simulada utilizando o modelo de lattice-Boltzmann[84]. Através de um processo interativo, os contornos da fratura, computados utilizando o método dos elementos finitos, são transferidos para o modelo de lattice-Boltzmann como uma condição de contorno. Assim, a força que o fluido exerce nestes contornos, gerada pela injeção do fluido, pode ser calculada. Estas forças são utilizadas no modelo de elementos finitos como uma força externa aplicada nas faces da fratura. A nova posição das faces da fratura é calculada e transferida novamente para o modelo de lattice-Boltzmann como condição de contorno. Este processo interativo fluido-estrutura permite modelar o processo de fraturamento hidráulico em trajetórias de propagação irregulares. / [en] This research addresses hydraulic fracturing or hydro-fracking, i.e. fracture propagation process in rocks through the injection of a fluid under pressure, which generates cracks in the rock that propagate according to the amount of fluid injected. This technique leads to an increase of the hydraulic transmissivity of the rock mass and, consequently, improves oil production. Several analytical and numerical models have been proposed to study this fracture mechanism, generally based in continuum mechanics or using interface elements through a known propagation path. In this work, the crack propagation is simulated using the PPR potential-based cohesive zone model[72] by means of an extrinsic implementation. Thus, interface cohesive elements are adaptively inserted in the mesh to capture the softening fracture process. The fluid pressure is simulated using the lattice Boltzmann model[84] through an iterative procedure. The boundaries of the crack, computed using the finite element method, are transferred to the lattice Bolztmann model as boundary conditions, where the fluid pressure (or fluid forces) applied on these boundaries, caused by the fluid injected, can be calculated. These forces are then used in the finite element model as external forces applied on the faces of the crack. The new position of the crack faces is then calculated and transferred to the lattice-Boltzmann model to update the boundary conditions. This feedback-loop for fluid-structure interaction allows modeling of hydraulic fracturing processes for irregular path propagation.

[pt] A utilização dos concretos de alto desempenho na indústria da construção civil está se tornando muito freqüente ultimamente. Este fato impõe cada vez mais a necessidade de um melhor conhecimento sobre o comportamento deste material relativamente novo, visando principalmente manter os níveis de segurança adequados nas estruturas. As vantagens apresentadas por tal material, notadamente a sua resistência à compressão, permitiram uma melhoria generalizada nos processos construtivos e conseqüente aumento nos vãos dos elementos estruturais. Somado o fato de que os concretos de alto desempenho apresentam um comportamento reconhecidamente mais frágil, começou-se recentemente a aplicar conceitos da teoria da Mecânica da Fratura para a análise do comportamento destas estruturas, já que passa a haver a necessidade de se considerar adequadamente o efeito de escala no dimensionamento. Portanto, o objetivo principal do presente estudo é verificar experimentalmente a ocorrência do efeito de escala em concretos de alto desempenho e comparar estes resultados com resultados numéricos encontrados na literatura. Objetiva-se também estudar o comportamento dos referidos concretos nos ensaios à flexão em três pontos e calcular a sua energia de fraturamento através de dois métodos diferentes. Durante o estudo foram executados ensaios à flexão em três pontos em vigas de concreto simples com entalhe, de acordo com as especificações dadas pela recomendação do comitê RILEM 50-FMC. As vigas foram moldadas no Laboratório de Estruturas da PUC-Rio e os ensaios realizados no Instituto de Tecnologia (ITUC) desta Universidade. Os ensaios foram executados em uma máquina Instron com controle de deslocamentos. Ao todo foram ensaiadas 60 vigas, em 4 tamanhos diferentes, com alturas variando de 38mm a 304mm. Os concretos utilizados apresentaram fator água/cimento variando entre 0.37 e 0.25 e resistência à compressão entre 64 MPa e 88 MPa. / [en] The use of high performance concrete as a construction material is becoming very common lately. This fact imposes the need of a better knowledge of this material, aiming to keep the structural design with an appropriate safety level. The advantages provided by this material, specially its compressive strength, allowed a generalized improvement in the building processes e the consequent increase in the structural members size. Added the fact that the high performance concrete has a recognizably more brittle behavior, it`s started to apply some Fracture Mechanics theory concepts to analyze the structures behavior. Then, the fracture mechanics size effect should be suitably considered in design. Therefore, the main objective of this study is to verify experimentally the occurrence of the size effect phenomenon on high performance concrete and to carry out a comparison with numerical results found in the literature. It`s also objectified to study the behavior of the referred concrete in three point bent tests and to calculate its fracture energy by means of two different methods. During this study three point bend tests in notched beams made with unreinforced concrete were carried out. These tests comply with the specifications given by RILEM 50-FMC committee. The specimens were cast at the PUC- Rio Structures Laboratory and the tests were conducted at the Technology Institute (ITUC) of this university. The tests were performed in a servo-controlled materials testing system. It were tested 60 specimens, with 4 different sizes and with heights varying from 38mm to 304mm. The concrete had a water/cement ratio varying from 0.37 to 0.25 and a compressive strength between 64 MPa and 88MPa. / [es] La utilización de los concretos de alto desempeño en la industria de la construción civil se ha hecho frecuente en los últimos tiempos. Este hecho impone cada vez más la necesidad de un mayor conocimiento sobre el comportamiento de este material relativamente nuevo, con el objetivo de mantener los níveles de seguridad adecuados en las extructuras. Las ventajas presentadas por dicho material, notadamente su resistencia a la compresión, permitirán una mejoría generalizada en los procesos. Sumando el hecho de que los concretos de alto desempeño presentan un comportamiento reconocidamente más frágil, se comenzó recientemente a aplicar conceptos de la teoría de la Mecánica de la Fractura para el análisis del comportamiento de estas extructuras, debido a la necesidad de considerar adecuadamente el efecto de escala en el dimensionamiento. Por lo tanto, el objetivo principal del presente estudio es verificar experimentalmente la ocurrencia del efecto de escala en concretos de alto desempeño y comparar estos resultados con los resultados numéricos encontrados en la literatura. Se trata también de estudiar el comportamiento de los referidos concretos en los ensayos a la flexión en tres puntos y calcular su energía de fractura a través de dos métodos diferentes. Durante el estudio se ejecutaron ensayos a la flexión en tres puntos en vigas de concreto simple con entalladura, de acuerdo con las especificaciones dadas por la recomendación del comité RILEN 50-FMC. Las vigas fueron moldeadas en el Laboratorio de Extructuras de la PUC-Rio y los ensayos realizados en el Instituto de Tecnología (ITUC) de esta Universidad. Los ensayos fueron ejecutados en una máquina Instron con control de desplazamientos. Fueron ensayadas 60 vigas, en 4 tamaños diferentes, con alturas variando de 38mm la 304mm. Los concretos utilizados presentaran factor agua/cemento variando entre 0.37 y 0.25 y resistencia a la compresión entre 64 MPa y 88 MPa.

[pt] Os reservatórios não convencionais de folhelho possuem permeabilidades muito baixas sendo necessário fraturar hidraulicamente a formação para aumentar a permeabilidade e conseguir um melhor desempenho do poço. O fraturamento hidráulico em vários estágios criado a partir de um poço horizontal gera uma complexa rede de fraturas, com variadas condutividades dentro do volume de reservatório estimulado. Neste trabalho realizamos análises paramétricas para avaliar os efeitos no desempenho do poço produtor causadas pela variação dos diferentes parâmetros dentro da complexa rede de fraturas criada. Estes parâmetros foram principalmente: os espaçamentos na rede de fraturas (sem propante), a condutividade na rede de fraturas (sem propante), a condutividade das fraturas primárias (preenchidas com propante), os espaçamentos das fraturas primárias (preenchidas com propante), a variação da permeabilidade ao longo das fraturas primárias e finalmente a variação das pressões do fundo do poço. Entender as relações entre o tamanho da rede de fraturas, os espaçamentos, a distribuição do propante e a condutividade das fraturas são parâmetros chaves para definir estratégias de estimulação e completação. Finalmente se fez uma simulação com injeção de água avaliando o impacto que causa na recuperação total de óleo e gás, e analisamos a possibilidade de aplicar este método de recuperação num reservatório fraturado hidraulicamente. / [en] The shale reservoirs have ultralow permeability requiring hydraulically fracturing the formation to improve permeability and get a better well performance. The multistage hydraulic fractures system created from a horizontal well generates a complex fracture network with different conductivities within the stimulated reservoir volume. In this work we made parametric analyzes to assess the effects on producer well performance caused by the variation of different parameters within the complex network fractures created. These parameters were mainly: spacing in the un-propped fracture network, the conductivity in the unpropped fracture network, primary fracture conductivity, primary fracture spacing, the variation of permeability along the primary fractures and finally the variation of downhole pressures. Understanding the relationship between fracture network size, fracture spacing, proppant distribution, and fracture conductivity is critical to stimulation and completion design. Finally a simulation with water injection evaluating its impact on recovering oil and gas was carried out, and the possibility of applying this method of recovery in a fractured reservoir was evaluated.The shale reservoirs have ultralow permeability requiring hydraulically fracturing the formation to improve permeability and get a better well performance. The multistage hydraulic fractures system created from a horizontal well generates a complex fracture network with different conductivities within the stimulated reservoir volume. In this work we made parametric analyzes to assess the effects on producer well performance caused by the variation of different parameters within the complex network fractures created. These parameters were mainly: spacing in the un-propped fracture network, the conductivity in the unpropped fracture network, primary fracture conductivity, primary fracture spacing, the variation of permeability along the primary fractures and finally the variation of downhole pressures. Understanding the relationship between fracture network size, fracture spacing, proppant distribution, and fracture conductivity is critical to stimulation and completion design. Finally a simulation with water injection evaluating its impact on recovering oil and gas was carried out, and the possibility of applying this method of recovery in a fractured reservoir was evaluated.

Submitted by ARTHUR VALLE (arthurvalle.f@gmail.com) on 2014-02-25T15:54:39Z No. of bitstreams: 1 ARTIGO SHALE FINAL (atual FGV-OS).pdf: 455344 bytes, checksum: 3be4fa41a18545524133c57cfb9e5de6 (MD5) / Rejected by ÁUREA CORRÊA DA FONSECA CORRÊA DA FONSECA (aurea.fonseca@fgv.br), reason: Prezado aluno, Substituir a folha de alterações nº 2 pela folha de aprovação com assinatura dos membros da banca e submeter novamente. ÁUREA SRA on 2014-02-26T13:41:40Z (GMT) / Submitted by ARTHUR VALLE (arthurvalle.f@gmail.com) on 2014-03-08T14:26:34Z No. of bitstreams: 1 ARTIGO SHALE FINAL (ENTREGUE - FGV).pdf: 600365 bytes, checksum: 3a72197ea83d5df9f9e396366e535e1e (MD5) / Approved for entry into archive by ÁUREA CORRÊA DA FONSECA CORRÊA DA FONSECA (aurea.fonseca@fgv.br) on 2014-04-04T17:04:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ARTIGO SHALE FINAL (ENTREGUE - FGV).pdf: 600365 bytes, checksum: 3a72197ea83d5df9f9e396366e535e1e (MD5) / Approved for entry into archive by Marcia Bacha (marcia.bacha@fgv.br) on 2014-04-09T13:43:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ARTIGO SHALE FINAL (ENTREGUE - FGV).pdf: 600365 bytes, checksum: 3a72197ea83d5df9f9e396366e535e1e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-04-09T14:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ARTIGO SHALE FINAL (ENTREGUE - FGV).pdf: 600365 bytes, checksum: 3a72197ea83d5df9f9e396366e535e1e (MD5) Previous issue date: 2014-01-13 / O presente estudo versa sobre os fatores tecnológicos e ambientais que vêm resultando no crescimento da produção de gás natural não convencional nos EUA. Os objetos de analise principais serão as políticas públicas, assim como a dinâmica entre os atores sociais e o ambiente propício que fora criado para que houvesse o adensamento do fomento e do estímulo às inovações tecnológicas sucedidas no setor. / The present study deals with the technological and environmental factors that have resulted in increased of production of unconventional natural gas in the U.S.. The objects of analysis will be the public policies, as well as the dynamics between social actors and enabling environment which was created to promote and the encourage the successful technological innovations in the industry.