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Type: TESE
Title: Aproximação numérica de propagação de fraturas hidráulicas em domínio bidimensional com elastoplasticidade
Title Alternative: Numerical approximation of hydraulic fracturing in bidimensional domain with elastoplasticity
Author: Shauer, Nathan, 1989-
Advisor: Devloo, Philippe Remy Bernard, 1958-
Abstract: 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]
Subject: Fraturamento hidraulico
Método dos elementos finitos
Elastoplasticidade
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEC - Tese e Dissertação

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