O fraturamento hidráulico em reservatórios contendo óleo e gás é uma das técnicas mais utilizadas para estimular a produção em poços de petróleo com baixa permeabilidade. Este procedimento é caracterizado pela injeção de fluido a alta pressão na rocha e a fratura hidráulica inicia quando a pressão do fluido excede a mínima tensão principal confinante somada à resistência à tração da rocha. Desse modo, a constante injeção de fluido possibilita a propagação da fratura pelo reservatório. Outro parâmetro importante para a compreensão deste processo é a predição do caminho de propagação das fraturas nas complexas configurações geológicas onde ocorrem as extrações de hidrocarbonetos. Neste contexto, um desafio atual para os pesquisadores ´e o desenvolvimento de técnicas de modelagem mais precisas a fim de garantir uma predição mais acurada dos fenômenos envolvidos neste problema de engenharia. Em função disso, tópicos ativos de pesquisas para a modelagem numérica do caminho de propagação da fratura incluem: a influência de parâmetros relacionados ao processo de fraturamento e a compreensão dos diferentes regimes de propagação. O presente trabalho objetiva desenvolver um modelo numérico, utilizando elementos finitos coesivos e a técnica de duplicação dos nós desses elementos, intentando investigar as variáveis de interesse, bem como, produzir um algoritmo para simulação do meio poroelástico bidimensional, dos regimes de propagação da fratura e da sua direção preferencial de propagação. Para modelagem analítica do problema se adotou o modelo KGD, aplicado a fraturas curtas e no estado plano de deformação horizontal, e para modelagem numérica o método dos elementos finitos e o método das diferenças finitas foram utilizados em razão da flexibilidade e viabilidade de discretização das áreas de interesse. As análises propostas investigaram: os deslocamentos, o balanço de massa, a pressão, as tensões horizontais e verticais no domínio e as respostas foram comparadas às soluções disponíveis na literatura. Os resultados obtidos mostraram que as respostas correspondem às soluções esperadas. Além disso, mostraram, também, que os elementos coesivos foram capazes de representar satisfatoriamente a área de interface para propagação da fratura e a técnica de duplicação dos nós em todo o domínio proporcionou a obtenção de diferentes caminhos de propagação.

Hydraulic fracturing in reservoirs containing oil and gas is one of the most used techniques to stimulate production in oil wells with low permeability. This procedure is characterized by the injection of fluid at high pressure into the rock and the hydraulic fracture starts when the fluid pressure exceeds the minimum confining principal stress added to the tensile strength of the rock. In this way, the constant injection of fluid allows the propagation of the fracture through the reservoir. Another important parameter for understanding this process is the prediction of the propagation path of fractures in the complex geological configurations where hydrocarbon extractions occur. In this context, a current challenge for researchers is the development of more accurate modeling techniques in order to guarantee a more accurate prediction of the phenomena involved in this engineering problem. As a result, active research topics for numerical modeling of the fracture propagation path include: the influence of parameters related to the fracturing process and the understanding of different propagation regimes. The present work aims to develop a numerical model, using cohesive finite elements and the technique of duplicating the nodes of these elements, trying to investigate the variables of interest, as well as producing an algorithm for simulating the two-dimensional poroelastic medium, the fracture propagation regimes and its preferred direction of propagation. For analytical modeling of the problem, the KGD model was adopted, applied to short fractures and in the plane state of horizontal strain, and for numerical modeling the finite element method and the finite difference method were used due to the flexibility and viability of discretization areas of interest. The proposed analyzes investigated: the displacements, the mass balance, the pressure, the horizontal and horizontal tensions in the domain and the responses were detected to the solutions available in the literature. The results appreciated that the answers correspond to the solutions available in the literature. Furthermore, we also saw that the cohesive elements were able to satisfactorily represent the interface area for fracture manipulation and the node duplication technique across the domain provided the transmission of different transmission paths.