6.1 Conclusões
A superfície de cap model implementada no ANSYS tem o potencial de representar os diferentes mecanismos de ruptura observados nos geomateriais em uma única superfície de escoamento.
Na análise da estabilidade de poços, os mecanismos usuais de avaliação da estabilidade são a ruptura por tração e a ruptura por cisalhamento. A partir dos limites destes mecanismos de ruptura é definida a janela de peso de fluido a ser utilizada. Entretanto, estudos recentes vêm apontando que a ruptura volumétrica pode ser alcançada em níveis de tensão compatíveis com aqueles encontrados nos reservatórios mais profundos.
Este trabalho buscou contribuir para o avanço do conhecimento dos mecanismos de ruptura associado que podem ocorrer na vizinhança do poço tanto na fase de perfuração como na produção e, sobretudo os fatores que impactam na ocorrência da ruptura volumétrica. Para isto, utilizou o software ANSYS® para se
fazer as modelagens de um poço horizontal hipotético perfurado em condições de um reservatório da costa brasileira. Foram utilizados modelos constitutivos elastoplásticos de Drucker-Prager e cap model, simulando um calcário e um arenito.
Do ponto de vista da modelagem, a utilização do cap model implementado no software ANSYS® apresentou algumas dificuldades, sua interface de pré e pós-
processamento apresentem limitações. Não existe uma interface gráfica de pré- processamento de acesso ao cap model e foi necessário o desenvolvimento de macros para utilizar esta ferramenta. Do ponto de vista do pós-processamento, a manipulação dos resultados não é flexível. Além disto, a maioria dos indicadores de plastificação refere-se, sobretudo à ruptura por cisalhamento (intensidade de deformações plásticas, tensão de Von Mises, intensidade de tensão).
Para se efetuar as modelagens dos efeitos poroelásticos foi utilizado uma analogia com a termo-elasticidade através da solução da difusão térmica com
parâmetros poroelásticos. O acoplamento foi efetuado através do coeficiente de expansão de Biot e uma modelagem poroelástica desacoplada das tensões. O acoplamento é função unicamente da pressão.
O ANSYS somente simula a condição poroelástica drenada, pois a equação da pressão de poro é desacoplada
A literatura não apresenta muitos dados disponíveis para ajuste do cap model. Para cada formulação do cap, é necessário ajustar os dados a partir de resultados experimentais de ensaios triaxiais.
As análises apresentadas mostram que a ruptura volumétrica em rochas porosas é alcançável para as condições de reservatório. Portanto, este mecanismo deve ser considerado nas análises de estabilidade de poços e previsão de areia.
As variações paramétricas efetuadas apontaram como fator crítico para a ruptura volumétrica a concentração de tensões tangenciais compressivas. A ocorrência dessa concentração decorre da perfuração do poço e das tensões radiais de tração na parede do poço. Além disto, a fase de produção introduz uma contração volumétrica no meio poroso gerando tensões compressivas. Observou- se que as tensões in-situ mais críticas são aquelas em que ocorre a maior diferença entre a tensão principal maior e menor. Este resultado associado às condições de contorno radiais de baixa pressão ou de tração na parede do poço sugere que a ruptura volumétrica ocorre na transição frágil-ductil ou na compactação induzida por cisalhamento, uma vez que sempre estão presentes as tensões de cisalhamento.
A análise com arenito, que possui resistência ao cisalhamento mais baixa, indicou a ocorrência simultânea dos mecanismos de tração, cisalhamento e ruptura volumétrica.
Os diversos critérios de produção de areia associam a ocorrência desse fenômeno a uma desagregação do material, cujo indicador é a plastificação, a ruptura por tração. Assim, o cap model apresentado revela-se capaz tanto de ajustar a resistência à tração quanto à degradação na resistência do material neste domínio tracionado. Isto é uma vantagem comparativa em relação a modelos que não apresentam esta capacidade para o caso de previsão de areia.
6.2 Sugestões para Futuras Pesquisas
Estes resultados são qualitativos sobre a ruptura em poços de petróleo. A ruptura volumétrica ainda é um mecanismo pouco estudado e pouco dados experimentais estão disponíveis. Neste sentido é necessário confrontar os resultados obtidos neste estudo com os experimentos para assegurar sua aplicabilidade.
Uma limitação do estudo é considerar apenas poço horizontal com tensões horizontais isotrópicas, submetidas à condição de fluxo radial. O efeito da anisotropia de tensões e outras geometrias de poço, como poços direcionais devem ser investigados. Verifica-se a necessidade de se desenvolver esse modelo para três dimensões, levando a avaliar qualquer problema de poço. Outras configurações de fluxo também devem ser investigadas.
Outra limitação é a consideração de propriedades homogêneas do material. Além disto, considerou-se o modulo elástico constante. Investigações sobre materiais que apresentam anisotropia e não linearidades nas propriedades elásticas e /ou de resistência são necessárias. Além disso, considerou-se o regime das pequenas deformações e deslocamentos, pode não ser representativo da física do problema.
Pelas simulações numéricas, pode-se prever a região onde acontecerá a plastificação dos elementos, que seria a região de maior probabilidade de instabilidade. Assim, podem-se substituir os elementos plastificados por partículas discretas, pois a formulação da mecânica do contínuo não admite ruptura do material, comportamento verificado após o poro-colapso dos grãos. Desta forma, podem-se integrar o método dos elementos finitos e o método dos elementos discretos para representar a análise de maneira mais completa e realista.
A modelagem da estabilidade de poços baseadas em modelos de plasticidades fornecem apenas uma indicação do limite de resistência do material. Entretanto a especificação da quantidade de deformação plástica que pode ocorrer antes que o poço se torne instável requer outras estratégias de modelagem, como a teoria da localização deformações. Modelos com acoplamento mais precisos entre o escoamento de fluidos e a mecânica das rochas podem fornecer uma melhor compreensão dos efeitos do fluxo na estabilidade dos poços. Modelos de
escoamento multifásico acoplados que alterem a permeabilidade e a porosidade como função das tensões deve apresentar resultados mais realistas.
A produção de areia e estabilidade de poços são fenômenos muito complexos, que envolvem várias físicas e várias escalas de modelagens. A complexidade dos modelos requer um grande esforço computacional. Cabe ao analista avaliar o grau de complexidade necessário ao problema físico que se deseja tratar.