Modelagem acoplada hidro-mecânica da perfuração de poços em rochas frágeis

Abstract

Nesta dissertação são apresentados os primeiros resultados de uma linha de pesquisa atualmente em desenvolvimento no Departamento de Engenharia Civil da UFPE, que trata da estabilidade de poços em rochas frágeis. O objetivo é implementar num programa de elementos finitos, que resolve de maneira simultânea a equação de equilíbrio de tensões e conservação de massa da água dos poros através de modelos mais realistas, como Drucker- Prager e Mohr-Coulomb, para o comportamento tensão-deformação da rocha. A implementação da integração elastoplástica das tensões foi feita baseada no algoritmo modificado de Euler com controle de erro proposto por Sloan (1987). Em rochas frágeis, como folhelhos e alguns arenitos, o processo de escavação altera as propriedades mecânicas e hidráulicas do material. Com o descarregamento das tensões in situ, este tipo de material aumenta de volume, desenvolve fissuras e perde resistência (amolecimento). O aparecimento das fissuras aumenta a permeabilidade da rocha, que tem impacto na redistribuição das pressões dos poros durante e após a escavação. As pressões de poros, por sua vez, vão interferir diretamente no cálculo das tensões efetivas atuantes em cada ponto da formação. A modelagem acoplada hidro-mecânica usando modelos mais realistas para descrever o comportamento tensão-deformação do material ajuda no entendimento da variação da permeabilidade induzida pelo processo de escavação, que é explicado em consistência com as leis básicas da mecânica do contínuo. Exemplos de ensaios de laboratório e problemas de valores de contorno são apresentados mostrando aplicabilidade da ferramenta numérica ao problema de estabilidade de poços em rochas frágeis