Análise geomecânica da injeção de fluidos em subsuperfície

Abstract

A injeção de água é comprovadamente um mecanismo eficiente para o aumento da produtividade de reservatórios de petróleo. A eficiência desse mecanismo de recuperação depende, dentre outros fatores, da injetividade dos poços e das questões de integridade mecânica das formações rochosas. A injeção de água sob pressão pode induzir mecanismo de fraturamento das formações rochosas, podendo aumentar a permeabilidade do meio por um lado, mas pode também comprometer o selo da rocha capeadora. Para avaliar esse problema, o presente trabalho apresentou uma estratégia de modelagem computacional do escoamento monofásico no meio poroso, transporte de calor e equilíbrio estrutural em torno de um poço injetor de água. Os estudos foram feitos considerando formações rochosas inconsolidadas e, portanto, com alta permeabilidade, baixa rigidez e resistência ao cisalhamento. Dois modelos numéricos estruturais foram empregados, um baseado na solução estrutural dinâmica com integração explícita das relações constitutivas e um segundo modelo quase estático baseado no modelo viscoplástico de Perzyna. O modelo dinâmico é robusto no tratamento de não linearidades de material e condições de contorno, já o modelo quase estático se mostrou muito superior no desempenho computacional. A principal contribuição do trabalho foi permitir avaliar o papel de um modelo viscoplástico de resistência ao cisalhamento no fraturamento das formações rochosas sob injeção de água considerando o efeito térmico. Os resultados obtidos permitiram concluir que a plastificação por cisalhamento é o mecanismo dominante no desenvolvimento de zonas de alta permeabilidade em torno de poços injetores de água. Os efeitos poromecânicos também se mostraram importantes na plastificação e fraturamento das rochas inconsolidadas. A elevada permeabilidade associada ao alto Coeficiente de Biot promovem a elevação das tensões in situ, dificultando o fraturamento da rocha por tração.