[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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:27046 |
| Date | 27 July 2016 |
| Creators | LUIS ARNALDO MEJIA CAMONES |
| Contributors | EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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