[en] NUMERICAL SIMULATION OF THE CRACK PROPAGATION PROCESS IN ROCK MATERIAL UNDER FLUIDMECHANIC COUPLING CONDITION

[pt] SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO PROCESSO DE PROPAGAÇÃO DE FRATURAS EM MATERIAIS ROCHOSOS EM CONDIÇÕES DE ACOPLAMENTO FLUIDOMECÂNICO

[pt] LUIS ARNALDO MEJIA CAMONES

[pt] FRATURAMENTO HIDRAULICO

[pt] LATTICE BOLTZMANN

[pt] FRATURA COESIVA

[pt] MODELO PPR

[pt] PROPAGACAO DE FRATURAS

[en] HYDRAULIC FRACTURING

[en] FRACTURE PROPAGATION

[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.

EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR

GLAUCIO HERMOGENES PAULINO

SERGIO AUGUSTO BARRETO DA FONTOURA

EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR

DEANE DE MESQUITA ROEHL

GLAUCIO HERMOGENES PAULINO

ERICK SLIS RAGGIO SANTOS

MARCIO ARAD MURAD

2016-07-27

2015-11-30

[pt] TEXTO

application/pdf

PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=27046@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=27046@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.27046