Simulação de geração e propagação de fraturas em rochas empregando técnicas especiais em elementos finitos

Abstract

Compreender o processo de geração e propagação de fraturas pode ser complexo uma vez que a formação rochosa pode apresentar heterogeneidades, dentre elas: fraturas, falhas, veios, concreções e em alguns casos feições carsticas. Uma abordagem disponível para entender esta complexidade é estudar afloramentos análogos a reservatórios de petróleo, as quais podem auxiliar na caracterização do meio geológico, bem como fornecer informações sobre dimensões das fraturas e suas possíveis conectividades. Esta tese estuda simulações numéricas no código in house CODE-BRIGHT, de geração e propagação de fraturas num calcário laminado da Formação Crato - NE, que pertence a Bacia do Araripe, sendo este considerado um afloramento análogo de feições carbonáticas do Pré-Sal brasileiro. As simulações foram divididas em três cenários distintos, com análises de descontinuidades fortes. Inicialmente, foi simulado o ensaio de compressão diametral, com intuito de modelar a formação de fraturas e determinar a resistência à tração do laminito, concomitantemente realizou-se a comparação com ensaios realizados em laboratório. As análises foram divididas em dois momentos, o primeiro empregando elementos finitos especiais de interface com a técnica de fragmentação de malha, na região central da amostra, possibilitando estudar a geração e propagação de fraturas. Em seguida realizou-se a simulação agregando a técnica de descontinuidades fortes incorporadas para a análise de geração de fraturas na laminação da rocha. Ambas as técnicas são baseadas na teoria de aproximação de descontinuidades fortes (ACDF). O segundo cenário consistiu em simular a geração e propagação de fraturas com esforços extensionais laterais normal a família de fraturas com direção de 340Az da Fm. Crato. O objetivo é realizar um estudo da geração destas fraturas e quantificar abertura e espaçamento entre elas, através da técnica de scanlines. Nesta simulação também foram inseridas descontinuidades fortes incorporadas representando, em um segundo momento, descontinuidades pré-existentes de forma a avaliar sua influência sobre a geração e propagação das fraturas simuladas. Por fim, foi simulado um perfil de camadas de laminitos da Formação Crato considerando intercalações com outros tipos de litogias, com o objetivo de representar uma variação faciológica com propriedades geomecânicas diferentes entre si. Assim considerou-se uma secção vertical (2D) representativa da Fm. Crato, com a inserção de descontinuidade fortes incorporadas na angulação de mais ou menos 30º. As simulações realizadas nesta tese permitiram atingir o objetivo de estudar a geração e possíveis propagações de fraturas no meio rochoso com características das rochas carbonáticas do Pré-Sal brasileiro, mostrando compatibilidade na resposta mecânica realizada em laboratório.