[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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:13384 |
| Date | 16 April 2009 |
| Creators | CARMEN JULIA AYGUIPA HUAMAN |
| Contributors | CELSO ROMANEL |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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