65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil

ESTUDO GEOMECÂNICO DE ROCHAS CARNONÁTICA ATRAVÉS DE ENSAIOS EDOMÉTRICOS

Edil Mota Lins - Depto.de Engenharia Civil - UFPE Cecilia Maria Mota Silva Lins - Depto.de Engenharia Civil - UFPE Analice Lima - Depto.de Engenharia Civil - UFPE Leonardo Guimarães - Depto.de Engenharia Civil - UFPE

INTRODUÇÃO:

O sequestro de carbono através de injeção mecânica de CO2consiste na captura e imobilização desse gás em locais que não afete o ecossistema e não tenha a possibilidade de vazamentos. O armazenamento em formações geológicas (reservatórios de petróleo e gás e aquíferos salinos) é, no momento, a solução mais promissora para sequestro disseminado e de longo prazo do CO2, sendo uma opção viável para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Em reservatórios de petróleo a extração e injeção de fluidos causa variação de pressão e temperatura que podem afetar o estado de tensões causando deformações na rocha reservatório, modificando suas porosidade e permeabilidade. Este é, portanto, um problema acoplado onde o fluxo de fluidos no reservatório e o comportamento geomecânico da rocha das formações são inter-relacionados. Prever e controlar os efeitos geomecânicos no reservatório provocados pela injeção de CO2 são aspectos cruciais do armazenamento geológico deste gás. Um aumento na pressão do fluido de formação de um reservatório geológico devido à injeção de CO2 pode diminuir a tensão efetiva na rocha podendo ocasionar à reativação de falhas ou a fratura das rochas, associando à ruptura do selo e migração de CO2.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Investigar a evolução da tensão horizontal efetiva, permeabilidade e condutividade durante o processo de dissolução dos minerais presentes em uma rocha sintética, analisando assim os efeitos químicos e mecânicos no meio poroso após a injeção de um fluido

MÉTODOS:

A célula edométrica utilizada para este estudo foi desenvolvida na Universidade Federal de Pernambuco com base em especificações descritas por Castellanza & Nova (2004) e projetada especificamente para a medição de tensão horizontal. Esta célula é constituída por uma liga de alumínio-bronze sendo composta por um anel de 70mm de diâmetro, 65mm de altura, 0,8mm de espessura e válvulas de entrada e saída para percolação do fluido localizadas na base no topo da célula. Para realização dos ensaios a amostra foi colocada no interior do anel entre duas pedras porosas, sendo o conjunto fixado por tampas de topo e de fundo. Os deslocamento verticais e a tensão horizontal são medidos pelo LVDT e pelo “strain gages” respectivamente, devidamente calibrados. Os ensaios experimentais foram realizados com amostras sintéticas constituídas de uma mistura de esferas de vidro e de cloreto de sódio (NaCl) com diâmetro de 2mm e uma concentração de 12%, a fim de representar e compreender os fenômenos químicos envolvidos durante os processos de dissolução e o impacto sobre as propriedades hidráulicas e mecânicas do meio poroso, simulando os efeitos químicos sobre as rochas reservatório.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

A partir dos resultados obtidos foi possível verificar que a tensão horizontal efetiva e a deformação volumétrica inicialmente crescem até aproximadamente 18KPa correspondente a etapa de carregamento da amostra. No decorrer do o processo de dissolução dos minerais ocorre uma queda brusca da tensão horizontal efetiva devido a perda de massa de grãos e em seguida há um aumento, possivelmente provocado pelo fenômeno de dilatância. Este fenômeno é provocado pelo aumento do volume do meio poroso devido ao rearranjo da estrutura interna dos grãos. Quanto a deformação volumétrica, observou-se uma deformação da ordem de 8% devido a perda de massa de NaCl durante o processo de dissolução, indicando existir uma compactação quimicamente induzida. Durante o processo de dissolução química foi observou-se que a condutividade elétrica decresce rapidamente logo no inicio do experimento correspondendo ao processo de dissolução do NaCl. Após 30 minutos de ensaio a condutividade apresenta valores menores que 3mS/cm, representando o final da dissolução do NaCl. A permeabilidade média obtida durante os ensaios foi de 2,6x10-3 cm/s.

CONCLUSÕES:

A célula edométrica desenvolvida na UFPE foi satisfatória para os ensaios de dissolução química e avaliação das tensões horizontais efetivas utilizando uma mistura de esfera de vidro e NaCl. A partir dos experimentos foi possível observar que durante a dissolução química a tensão horizontal sofre uma queda brusca no inicio do processo e em seguida aumenta gradativamente, possivelmente devido ao efeito da dilatância do meio poroso. Enquanto para a deformação volumétrica foi observada uma deformação da ordem de 8% devido a perda de massa de NaCl, indicando existir uma compactação quimicamente induzida. A permeabilidade média obtida durante os ensaios edométricos foi de 2,6x10-3 cm/s, não sendo verificadas variações significativas na permeabilidade ao longo do processo de dissolução.

Palavras-chave: Tensão horizontal, Deslocamento vertical, Armazenamento geológico.