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https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/57997
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Campo DC | Valor | Lengua/Idioma |
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dc.contributor.advisor | GUIMARÃES, Leonardo José do Nascimento | - |
dc.contributor.author | RODRÍGUEZ FLÓREZ, Ximena Alejandra | - |
dc.date.accessioned | 2024-10-10T16:52:02Z | - |
dc.date.available | 2024-10-10T16:52:02Z | - |
dc.date.issued | 2024-07-10 | - |
dc.identifier.citation | RODRÍGUEZ FLÓREZ, Ximena Alejandra. Effects of hydro-mechanical and chemical degradation of carbonate rocks: implications on fracture transmissivity. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/57997 | - |
dc.description.abstract | Natural fractures are highly stress-sensitive, significantly impacting hydraulic conductivity and flow behavior. This highlights the need for further investigation, particularly concerning the interplay of fracture roughness and mineral composition. Laboratory fluid-flow experiments through hydraulically transmissive fractures in carbonate rocks subjected to mechanical loading, acidizing, and torsion displacement provided insights into how dissolution processes and shear stress induce changes in fracture transmissivity on smooth and rough fracture surfaces with varying mineral compositions and rock textures. This study aims to further investigate these phenomena. The formations studied in this work, including the Maria Farinha and Gramame Formations, are compositional analogues of Brazilian post-salt reservoirs such as the Santos and Campos Basins, consisting of marly calcareous and marl materials. Additionally, the Jandaíra Formation serves as a textural analogue of Brazilian pre-salt reservoirs like the Barra Velha Formation due to its similar sedimentary textures. The different lithofacies studied-Mudstone, Wackstone, Packstone, Grainstone, and Crystalline rock-were characterized through petrographic analysis, and their elemental compositions were analyzed using X-ray diffraction and X-ray fluorescence tests. The fracture plane topography was scanned before and after acidification to observe changes in roughness due to the presence of the acid. The impact of normal stress on fracture deformation was studied by applying axial UPSCIVE chanyes II TOUYNNiess due to the preSENICE ON tic aciu. The impact of normal stress on fracture deformation was studied by applying axial loading and unloading cycles while maintaining a constant flow rate of water injection into the fracture plane. The dissolution effect was produced by injecting 5 cm3 (at 1 cm3/min) of HCl solution (0.01 mol/l and pH = 2), following the same testing protocol described above. Results showed that fracture plane roughness and the size of unmated (i.e., non-contact) regions are critically important. Rough surfaces promote transmissivity enhancement, while smoother surfaces with higher levels of matedness and contact areas between the opposing fracture planes are less affected by chemical degradation. Such surfaces do not present relevant mechanical variations. Grain- supported calcareous lithofacies with high calcium contents and rough surfaces show the most significant increase in fracture transmissivity after acidizing. Conversely, fracture transmissivity after acid treatment in matrix-supported rocks with high calcium contents is low, even in samples with rough fractures and unmated surfaces. Shear stress and strain were studied by applying constant axial loading while injecting water into the fracture plane at a constant flow rate. Shear displacements resulted from torsion induced by rotating 1/4 pitch of the two horizontal screws. The results show that shear strain due to torsion displacement induces variations in fracture transmissivity, which follows asymptotic trend models. Changes in fracture transmissivity due to shear stress are influenced by surface roughness, initial mechanical aperture, and rock texture. Our findings highlight that fracture surface roughness, mineral composition, and rock texture impact fracture slip during shear failure and chemical dissolution during acidification. The results of both experiments can be used to improve reservoir hydromechanical and geochemical models and provide more robust numerical simulations. Moreover, these results provide valuable insights into understanding the interaction of carbonate rocks with other types of reactive fluids (e.g., carbon dioxide, CO2) and the behavior of fluid flow in fractured reservoirs subjected to normal and shear stresses. Although the impact of CO2 injection is not as intense or significant as acidification using hydrochloric acid, a similar trend of dissolution effects in carbonate rocks is expected. | pt_BR |
dc.language.iso | eng | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pernambuco | pt_BR |
dc.rights | openAccess | pt_BR |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Fracture transmissivity | pt_BR |
dc.subject | Acidification | pt_BR |
dc.subject | Rock texture | pt_BR |
dc.subject | Roughness | pt_BR |
dc.subject | Mineral composition | pt_BR |
dc.subject | Torsin displacement | pt_BR |
dc.title | Effects of hydro-mechanical and chemical degradation of carbonate rocks : implications on fracture transmissivity | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/5479971043612196 | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPE | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.degree.level | doutorado | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/3821425977868488 | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pos Graduacao em Engenharia Civil | pt_BR |
dc.description.abstractx | Fraturas naturais são altamente sensíveis ao estresse, impactando significativamente a condutividade hidráulica e o comportamento do fluxo. Isso destaca a necessidade de investigação, particularmente em relação à interação entre a rugosidade das fraturas e a composição mineralógica. Experimentos de fluxo de fluidos em laboratório através de fraturas em rochas carbonáticas, sujeitas a carregamento axial, acidificação e deslocamento por torção, forneceram insights sobre como os processos de dissolução e o estresse de cisalhamento induzem mudanças na transmissividade das fraturas em superfícies lisas e rugosas com diferente composição mineral e textura das rochas. Este estudo tem como objetivo investigar mais detalhadamente esses fenômenos. As formações estudadas neste trabalho, incluindo as formações Maria Farinha e Gramame, são análogos composicionais dos reservatórios Pós-sal Brasileiro, como as bacias de Santos e Campos, consistindo em materiais calcários margosos e margas. Adicionalmente, a Formação Jandaíra serve como um análogo de textura dos reservatórios do Pré-sal brasileiro, como a formação Barra Velha, devido às suas texturas sedimentares similares. As diferentes litofácies estudadas Mudstone, Wackstone, Packstone, Grainstone e rocha cristalina foram caracterizados por meio de análise petrográfica, e suas composições elementares foram analisadas usando testes de difração de raios X e fluorescência de raios X. A topografia do plano de fratura foi escaneada antes e depois da acidificação para observar as mudanças na rugosidade devido à presenca do ácido. O impacto do estresse normal na deformação das fraturas foi estudado aplicando ciclos de carregamento e descarregamento axial enquanto se mantinha uma taxa constante de injeção de água no plano de fratura. O efeito de dissolução foi produzido pela injeção de 5 cm3 (a 1 cm3/min) de solução de ácido clorídrico (HCI de 0,01 mol/l e pH = 2), seguindo o mesmo protocolo de teste descrito acima. Os resultados mostraram que a rugosidade do plano de fratura e o tamanho das regiões não coincididas (ou seja, regiões sem contato) são criticamente importantes. Superfícies rugosas promovem o aumento da transmissividade, enquanto superfícies mais lisas com níveis mais altos de coincidência e áreas de contato entre os planos de fratura opostos são menos afetadas pela degradação química. Essas superfícies não apresentam variações mecânicas relevantes. Texturas grão-suportadas com altos conteúdos de cálcio e superfícies rugosas mostram o aumento mais significativo na transmissividade das fraturas após a acidificação. Por outro lado, a transmissividade das fraturas após o tratamento ácido em rochas suportadas por matriz com altos conteúdos de cálcio é baixa, mesmo em amostras com fraturas rugosas e superfícies não acopladas. A tensão e a deformação por cisalhamento foram estudadas aplicando um carregamento axial constante enquanto se injetava água no plano de fratura a uma taxa constante de fluxo. Os deslocamentos de cisalhamento resultaram da torção induzida pela rotação de 1⁄4 de pitch de dois parafusos horizontais. Os resultados mostram que a deformação por cisalhamento devido ao deslocamento de torção induz variações na transmissividade das fraturas, seguindo modelos de tendência assintótica. As mudanças na transmissividade das fraturas devido ao estresse de cisalhamento são influenciadas pela rugosidade da superfície, abertura mecânica inicial e textura da rocha. Nossos resultados destacam que a rugosidade da superfície das fraturas, a composição mineral e a textura das rochas impactam o deslocamento das fraturas durante o cisalhamento e a dissolução química durante a acidificação. Os resultados dos experimentos podem ser usados para melhorar modelos hidromecânicos e geoquímicos de reservatórios e fornecer simulações numéricas mais robustas. Além disso, esses resultados fornecem insights valiosos para entender a interação das rochas carbonáticas com outros tipos de fluidos reativos (por exemplo, dióxido de carbono, CO2) e o comportamento do fluxo de fluidos em reservatórios fraturados sometidos a tensões normais e de cisalha. Embora o impacto da injeção de CO2 não seja tão intenso ou significativo quanto a acidificação com ácido clorídrico, espera-se uma tendência similar de efeitos de dissolução em rochas carbonáticas. | pt_BR |
Aparece en las colecciones: | Teses de Doutorado - Engenharia Civil |
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