Modelagem hidro-geoquímica da formação de carste em rochas solúveis

Abstract

Nos últimos anos têm-se observado crescentes estudos voltados a reservatórios naturalmente fraturados na indústria do petróleo. Geralmente, a presença de fraturas impacta a produção de óleo uma vez que cria uma alta heterogeneidade e anisotropia hidráulica e mecânica na rocha. Isto é ainda potencializado, especialmente em reservatórios carbonáticos e em rochas evaporíticas, pela formação de cavidades por dissolução da rocha, seja em virtude do escoamento de água hidrotermal, meteórica ou de fluidos injetados. A estas cavidades dá-se o nome de feições cársticas ou carste. Diante disso, torna-se necessária a predição de ocorrência destas feições bem como de sua geometria de forma que estas possam ser contempladas em um modelo geológico que possa incluir diferentes configurações de sistema de fratura-rocha e de carstificação. Portanto, neste trabalho propõe-se simular numericamente a formação e evolução de carste em cenários sintéticos de rocha evaporítica (gipsita) devido ao fluxo de fluido em fraturas. Para isso empregou-se uma formulação de transporte reativo em um programa em elementos finitos que resolve o problema hidráulico e químico de forma acoplada. À medida que o fluido com baixa concentração de minerais solúveis entra em contato com a rocha reativa, esta sofre dissolução levando a um consequente aumento da porosidade e permeabilidade, formando-se assim o carste. O modelo empregado para análise química, com a formulação de transporte reativo, deriva da equação de balanço de massa de cada uma das espécies presentes no meio. As equações finais de transporte independentes são obtidas usando as restrições provenientes das diversas reações químicas reversíveis (suposição de equilíbrio químico). Neste trabalho o programa foi inicialmente testado em um caso de sensibilidade e posteriormente foram simulados dois problemas sintéticos, baseados em observações de afloramentos com feições cársticas, para os quais se observou a formação do carste bem como as geometrias de carste. Verificou-se que o processo de carstificação modifica a matriz permoporosa da rocha o que deve influenciar o regime de fluxo e pode levar a impactos geomecânicos em virtude das deformações que poderão ocorrer pelo alívio de tensões induzido pelo carste.