Tesis

Los yacimientos de hidrocarburos no convencionales se caracterizan por una permeabilidad muy baja. Para permitir la producción económica de estos yacimientos, típicamente se requiere estimulación hidráulica o fracturamiento. Estos yacimientos a menudo contienen una red de fracturas naturales preexistentes que desempeñan un papel crucial durante la estimulación y la producción, al interactuar con las fracturas propagantes y su campo de estrés, y al proporcionar canales de transporte diferenciados. En muchas ocasiones, también están presentes otros tipos de discontinuidades mecánicas, que afectan de manera similar a la estimulación y la producción. Frecuentemente se busca el modelado y la simulación del proceso de estimulación para aumentar la comprensión de los mecanismos subyacentes y evaluar una variedad de escenarios que permitan la optimización del proceso.

Los principales desafíos para la simulación en las condiciones descritas son: (1) contar con algoritmos y métodos numéricos adecuados que permitan abordar la fuerte demanda computacional requerida para incorporar un número significativo de discontinuidades en las simulaciones, y (2) disponer de un punto de referencia confiable para la interacción entre una fractura hidráulica propagante y una discontinuidad mecánica.

Actualmente, Y-TEC está desarrollando un simulador numérico para fracturamiento hidráulico y mecánica de rocas, llamado Y-FRAC®. La solución del problema de mecánica incluye una formulación de Galerkin discontinuo con un modelo de zona cohesiva para la propagación de la fractura. El problema del transporte de fluidos se describe mediante la ecuación de lubricación de Reynolds. El objetivo del presente trabajo es abordar los dos desafíos mencionados, en el marco de Y-FRAC®.

En relación con el primer objetivo, se sabe que la malla debe ser lo suficientemente fina como para resolver las zonas cohesivas alrededor de las puntas de las fracturas. Aquí, se desarrolló un algoritmo que permite la disminución de la densidad de la malla requerida para ejecutar una simulación, al tiempo que proporciona resultados fieles a los obtenidos en una malla con un refinamiento según el requisito mencionado. La incorporación de este algoritmo en simulaciones a mayor escala permitiría aumentar el número de discontinuidades incluidas.

En cuanto al segundo objetivo, se realizó un análisis exhaustivo del efecto de varios parámetros (incluidas las energías críticas de fractura y tracciones críticas para la matriz y la interfaz,  ,   respectivamente) en el resultado de la interacción entre una fractura propagante seca y una discontinuidad mecánica, es decir, la competencia de desviación versus penetración (D-P). Nuestro análisis es más amplio que otros disponibles, mientras que los resultados obtenidos se comparan favorablemente bajo condiciones similares en la bibliografía. Los resultados actuales proporcionan una visión más completa de la competencia D-P, con dos conclusiones fundamentales: (1) existe una diferencia significativa entre los resultados proporcionados por la mecánica de fractura lineal elástica (LEFM) y la mecánica de fractura cohesiva (CFM), y (2) existe una relación aproximadamente universal entre una relación normalizada de energías críticas de fractura,   = /y la relación de tamaños de zona cohesiva que proporciona el límite en el mapa de interacción D-P. Estos resultados sobre fracturamiento en seco proporcionan una base sólida para desarrollar un punto de referencia analítico o semi-analítico para evaluar la interacción entre una fractura hidráulica y una discontinuidad.