Orientador: Euclides de Mesquita Neto

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas , Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: A teoria poroelástica de Biot é sintetizada de modo a torná-la mais facilmente aplicável a problemas práticos. Os
parâmetros usados por Biot são explicitados em função de outros, que têm uma interpretação física mais simples e mais fácil, o que
facilita a determinação deles em laboratório e...

Resumo: A teoria poroelástica de Biot é sintetizada de modo a torná-la mais facilmente aplicável a problemas práticos. Os
parâmetros usados por Biot são explicitados em função de outros, que têm uma interpretação física mais simples e mais fácil, o que
facilita a determinação deles em laboratório e o entendimento dos fenômenos poroelásticos. As equações que governam a teoria da poroelasticidade linear quase-estática, acoplando completamente deformação elástica e difusão de fluido em um meio poroso saturado, são solucionadas através do método dos elementos de contorno (MEC). Neste trabalho, a discretização espacial das equações integrais resultantes do MEC é feita considerando-se elementos constantes e lineares. A formulação quase-estática é resolvida no domínio da variável de Laplace com posterior inversão numérica para o domínio do tempo. O método é aplicado em problemas clássicos tais como o cilindro de Lamé, a placa infinita com um furo circular, consolidação sob carga unidimensional, etc, apresentando resultados que confirmam aqueles encontrados na literatura. Outros resultados obtidos têm aplicação imediata na análise da estabilidade e no fraturamento hidráulico de poços petrolíferos. Os resultados, obtidos no modelamento de um furo em urna
formação poroelástica, permitem a interpretação da perda de estabilidade de suas paredes, por lascamento, corno conseqüência de
fraturas circunferencias, perpendiculares à direção da menor tensão tectônica, causadas por tensões radiais efetivas de tração,
devidas a uma pressão baixa dentro do furo. Estas fraturas criam pequenos pilares que rompem por flarnbagemou por compressão.
As operações de estimulação de poços petrolíferos, por fraturamento hidráulico, mostram que a formação poro-permeável é mais facilmente quebrada quando há fluxo do fluido de fraturamento, ou seja, quando é usado um fluido com comportamento penetrante. Este fato é comprovado nesta tese. A evolução do fator de intensidade de tensão, modo I, de uma fratura pressurizada, em um meio poroso, é simulada, ocorrendo uma redução com o tempo, tendendo a um valor mínimo estabilizado

Abstract: The Biot's theory af poroelasticity is revisited making it more easily applicable to practical problems. The parameters
used by Biot are redefined as functions of other ones with an easier and simpler physical interpretation. This helps their determination and the understanding of...

Abstract: The Biot's theory af poroelasticity is revisited making it more easily applicable to practical problems. The parameters
used by Biot are redefined as functions of other ones with an easier and simpler physical interpretation. This helps their determination and the understanding of poroelastic phenomena. The equations that govern the theory of quasi-static linear poroelasticity, coupling elastic strain and fluid difusion in a saturated porous medium, are solved using the boundary element method (BEM). rn this work, the spatial discretization of the BEM integral equations is done considering constant and linear elements. The quasi-static formulation is solved in the domain of Laplace's variable with a posterior numerical inversion to the time domain. The method is applied to classical problems like the Lamé's cylinder, the infinite plate with a circular hole, the consolidation under a unidimensional load, etc., giving results that confirm those found in the literature. Other results that were achieved have immediate applicability in the study of oil
wells stability and in their stimulation by hydraulic fracturing. The results that were obtained in the modelling of a borehole in a poroelastic formation allow the interpretation of the loss of its walls stability, by breakout, as a consequence of circunferencial fractures, normal to the direction of the minor tectonic stress, caused by tension effective radial stresses, due to a low pressure in the borehole. Those fractures create small piles that collapse by buckling andjor compression. The hydraulic fracturing operations made for oilwells stimulation show that it is easier to break the porous-permeable formation when there is flux of the fracturing fluido This means that the fluid presents a penetrating behavior. This fact is comproved in this thesis. The stress intensity factor, mode I, of a pressurized fracture in a porous medium is simulated. It is observed that it decreases with time tending to a constant minimum value