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[en] NUMERICAL ANALYSIS OF SAND CONTROL METHODS IN OIL-PRODUCING ROCKS / [pt] ANÁLISE NUMÉRICA DE MEDIDAS DE CONTENÇÃO DE SÓLIDOS EM ROCHAS PRODUTORAS DE ÓLEO DO BRASILTHIAGO FIGUEIREDO POLARI PESSOA 20 March 2012 (has links)
[pt] Durante a vida produtiva de um poço de petróleo, problemas devido à produção de sólidos podem ocasionar gastos excessivos por danos nos equipamentos ou redução de produtividade do poço. Por causa destes problemas, a instalação de sistemas de contenção de sólidos na etapa de completação é uma das mais complexas e fundamentais fases na construção do poço. A alteração no estado de tensões atuante sobre a formação é uma das principais fontes de carregamento dos sistemas de contenção mecânica de sólidos. Este trabalho visa simular as tensões atuantes no sistema de contenção de sólidos (gravel packing e stand alone) instalados em uma formação com potencial de produção de sólidos, permitindo a otimização de projetos para este tipo de sistemas. Para isso foi utilizado o modelo de Mohr Coulomb solucionado numericamente no software comercial de elementos finitos Abaqus que foi escolhido devido a sua enorme capacidade de resolver problemas não lineares. Os resultados obtidos foram então comparados com ensaios experimentais que apresentaram comportamento bastante semelhante com os obtidos numericamente. Além disso, foi observada a capacidade do gravel packing de suportar as tensões até determinado estado de tensões. / [en] During the production steps of a petroleum well, issues regarding sand production may have hight costs due to damages in the equipment or reduction of the well’s productivity. Such problems make the application of sand control systems in the completion phase one of the most complex and essential parts in the construction of the well. This work aims to simulate the behavior of different sand control methods (gravel packing and stand alone) taking into account mechanical interaction between the formation and sand control screens. For the development of the present study, elastoplastic (Mohr Coulomb) models are used to represent granular materials with the commercial FEM software Abaqus, chosen due to its versality in the solution of non-linear problems named out previously. Numerical simulations were compared to experimental tests which presented similar behavior regarding the numerical analysis. In addition, it was observed the capability of the gravel packing to withstand the stresses up to a certain state of stress.
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[en] ANALYSIS OF GEOGRID REINFORCED SOIL TESTS / [pt] ANÁLISE NUMÉRICA DE ENSAIOS EM SOLO REFORÇADO COM GEOGRELHACHRISTIANO FARIA TEIXEIRA 06 March 2007 (has links)
[pt] A utilização de materiais geossintéticos como reforço em
obras
geotécnicas vem crescendo bastante nas últimas décadas. A
geogrelha, cuja
função primária é o reforço de solos, é um entre os
diversos tipos de
geossintéticos, que vêm sendo utilizados. Diversas são as
formas de interação
da geogrelha com o solo em um maciço reforçado e o
entendimento dos
mecanismos que se desenvolvem nestas interações é
essencial, pois só a
partir daí pode-se obter parâmetros confiáveis para
projeto. Pesquisas vêm
sendo realizadas por diversos autores, mas muitos aspectos
ainda devem ser
estudados para que se tenha uma melhor compreensão do
comportamento de
solos reforçados com geogrelhas. A utilização de uma
ferramenta numérica
pode ser uma alternativa para que consigamos dar um passo
adiante no
entendimento da técnica de solo reforçado. Então,
modelagens numéricas de
ensaios triaxiais e de cisalhamento direto em solos
reforçados e não reforçados
foram realizadas com a utilização do programa Plaxis.
Foram analisadas a
influência do reforço no aumento da rigidez e resistência
do solo e a resistência
de interface solo-reforço. Para calibrar o programa e
validar as análises
numéricas, foram realizadas retro-análises dos ensaios
realizados por Sieira
(2003), onde se definiram aspectos importantes para
modelar os ensaios, tal
como, a melhor forma de impor as condições de contorno. Os
resultados
obtidos nas análises numéricas dos ensaios triaxiais
sugerem que o programa
Plaxis permite de forma razoável a reprodução dos ensaios
reforçados, sendo
possível prever o ganho de resistência do solo com a
inclusão do reforço. Uma
análise alternativa, onde se aplica um incremento de
tensão confinante
representativo da influência do reforço, foi também
realizada. As análises
numéricas dos ensaios de cisalhamento direto em solo
arenoso não reforçado
permitiram verificar a rotação do eixo das direções das
tensões principais
quando é aplicado carregamento cisalhante e a presença de
uma zona central
de cisalhamento (zona de cisalhamento). A resistência de
interface sologeogrelha
não foi bem reproduzida, indicando que o Plaxis não
permite este
tipo de avaliação. Quando os reforços encontravam-se
inclinados, verificou-se
a maior eficiência do reforço rígido e fazendo ângulo de
60º com a superfície de
ruptura. / [en] The use of geosynthetic materials as reinforcement in
geotechnical
engineering works is significantly increasing over the
past decades. Geogrid,
whose primary functions is reinforcing the soil mass, is
one of the geosynthetics
that has been used. In a reinforced soil structure, there
are different types of
interaction between soil and geogrid. To be possible to
obtain reliable design
parameters is essential to know the mobilized mechanisms
in the interaction.
This situation has been investigated by many researchers,
but there are still
many aspects to be better understood about geogrid
reinforced soil behavior. In
this research, numerical tools have been used to improve
our knowledge about
reinforced soil techniques. Numerical modeling of triaxial
and direct shear tests
on reinforced and non reinforced soils were carried out
using software Plaxis. It
was verified the resistance and stiffness increase of the
soil due to geogrid
inclusion and the interface soil-reinforcement resistance
parameters. To
calibrate the software and to validate the numerical
analyses, back-analyses of
the tests carried out by Sieira (2003) were done. These
results helped to define
important aspects to the tests modeling such as geometry
and tests boundary
conditions. The numerical analyses of the triaxial tests
suggest that the software
Plaxis reasonably allow an adequate reproduction of the
reinforced soil tests. It
was possible to foresee the increase of soil resistance
because of
reinforcement inclusion. In addition, an alternative
analysis, where one applies a
confining stress that reproduces the reinforcement
influence, it was done.
Numerical analyses of non reinforced direct shear tests
had numerically
evidenced the rotation of the axis of the principal
stresses directions and the
presence of a central zone of shear (shear zone). The soil-
geogrid interface
resistance was not well reproduced, indicating that Plaxis
does not allow this
type of evaluation. To inclined reinforcement relative to
failure plane, it was
verified the maximum gain of resistance is achieved with
inclined reinforcement
at 60º and when rigid geogrids are used.
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[en] NUMERICAL BOREHOLE STABILITY ANALYSIS CONSIDERING SPATIAL VARIABILITY AND FLUID-MECHANICAL COUPLING / [pt] ANÁLISE NUMÉRICA DA ESTABILIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO CONSIDERANDO A VARIABILIDADE ESPACIAL E ACOPLAMENTO FLUIDO-MECÂNICOANDRE LUIS MULLER 30 August 2007 (has links)
[pt] Em geral, a análise da estabilidade e a análise das
respostas de poços de
petróleo são realizadas de forma determinística em relação
às propriedades
mecânicas e hidráulicas do meio rochoso. No entanto, sabe-
se que os meios
rochosos e em particular rochas sedimentares, podem
mostrar um considerável
grau de heterogeneidades, em micro, meso e macro-escala.
Essas
heterogeneidades produzem variabilidade espacial nas
propriedades mecânicas e
hidráulicas dos meios rochosos. Essa variabilidade mostra
em geral um caráter
espacial pronunciado. O presente estudo propõe o
desenvolvimento de
procedimentos de análise numérica, utilizando elementos
finitos, de processos
fluido mecânicos acoplados, monofásicos e bifásicos, que
levem em conta a
variabilidade espacial de propriedades hidráulicas e
mecânicas e a variabilidade
das condições iniciais de tensões e poro pressões. Nesse
estudo, empregam-se os
procedimentos numéricos desenvolvidos em duas fases
distintas. Na análise
probabilística da estabilidade de poços e na análise
probabilística das respostas
dos poços durante a produção, considerando o acoplamento
fluido mecânico com
fluxo bifásico. / [en] In general, borehole stability analysis and borehole
response analysis are
carried out considering that both hydraulic and mechanical
parameters of the rock
mass are deterministic. However, it is a well known fact,
that rock masses and in
particular sedimentary rock masses may show a considerable
degree of
heterogeneity, in micro, meso and macro scale. These
heterogeneities produce
spatial variability in mechanical and hydraulic properties
of the rock medium.
This variability can be very pronounced. The present work
proposes the
development of numerical analysis procedures, using finite
elements, in order to
analyze single and two phases flow, coupled fluid
mechanical processes that take
into account the spatial variability of hydraulic and
mechanical properties and the
variability of the initial stresses and pore pressures. In
this study, the developed
numerical procedures are used in two distinct phases. In
the borehole stochastic
stability analysis and in the borehole stochastic response
analysis during the
production, considering fluid mechanical coupling and two
phase flow.
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[en] A LAGRANGIAN APPROACH FOR SIMULATING VISCOPLASTIC AND MULTIPHASE FLUIDS / [pt] UMA ABORDAGEM LAGRANGEANA PARA SIMULAÇÃO DE ESCOAMENTOS DE FLUIDOS VISCOPLÁSTICOS E MULTIFÁSICOSAFONSO PAIVA NETO 21 December 2007 (has links)
[pt] Na última década em Computação Gráfica, foram
desenvolvidas várias
técnicas de simulação do comportamento de objetos como
corpos rígidos,
água, fumaça, cabelo e tecido. Enquanto essas técnicas se
concentram em
modelos físicos simplificados através de fluidos
newtonianos monofásicos
ou de sólidos ideais, propomos aqui novas técnicas de
simulação de fluidos
viscoplásticos e multifásicos baseadas numa abordagem
lagrangeana
da equação de quantidade de movimento. Essas técnicas
consistem na
discretização do fluido através de um sistema de partículas
ao invés dos
tradicionais métodos baseados em malhas. A simulação
computacional da
dinâmica de fluidos é feita utilizando o método numérico
conhecido como
SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics). Nessa tese,
representamos um
material viscoplástico como um fluido não-newtoniano que
varia entre os
estados sólido e líquido, e de alta para baixa viscosidade
dependendo de uma
força externa aplicada ao material ou de sua própria
temperatura. A simulação de fluidos multifásicos é
realizada através de um método híbrido
malha-partícula a fim de garantir a incompressibilidade no
método SPH. / [en] In the last decade in Computer Graphics, they were
development many
techniques to simulate the behavior of objects such as
rigid bodies, water,
smoke, hair and cloth. While these techniques focus in
simplifled physical
models through monophase fluids or ideal solids, we
propose new simulation
techniques of viscoplastic and multiphase fluids based on
a lagrangian
approach of momentum equation. These techniques consist in
the fluid
discretization through particles system instead of
traditional grid-based
methods. The computational fluid dynamics is performed
using the method
called SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics). In this
thesis, we represent
a viscoplastic material like a non-newtonian fluid that it
varies between
solid and liquid states, and from low to high viscosity
depending on the
external force applied on material or its own temperature.
The simulation of
multiphase fluids is made using a hybrid method grid-
particle to guarantee
the incompressibility of SPH method.
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[en] HYDROGEOTECHNICAL EVALUATION OF THE FOUNDATION OF #5 WASTE PILE AT ANDRADE`S MINE: BELA VISTA DE MINAS (MINAS GERAIS) / [pt] AVALIAÇÃO HIDROGEOTÉCNICA DA FUNDAÇÃO DA PILHA DE ESTÉRIL Nº 5 DA MINA DO ANDRADE: BELA VISTA DE MINAS (MINAS GERAIS)FERNANDO PORTUGAL MAIA SALIBA 02 October 2007 (has links)
[pt] O presente trabalho concentra-se na caracterização
geológica-geotécnica e
hidrogeotécnica de uma pilha de estéril temporária,
proveniente de rocha
itabirítica, e de seu entorno, a fim de apresentar as
possíveis condicionantes
geradoras das elevadas pressões hidrostáticas medidas na
fundação desta pilha.
Com base nesta caracterização, criou-se um modelo
hidrogeológico das condições
de escoamento da água subterrânea pelo material estéril e
pelas regiões adjacentes
desta pilha, utilizando os programas computacionais SlideÒ
e VisualModflowÒ.
Em ambos os resultados apresentados pelos modelos
computacionais, observou-se
que a sub-pressão existente na fundação da pilha de
estéril está diretamente
associada a dois fatores: (i) aos condicionantes
geológicos do local e (ii) ao índice
pluviométrico do ano de 2005. / [en] This study focuses on the geological, geotechnical and
hydrogeotechnical
characterization of a temporary waste pile, made of
itabiritc rock, and of its
surrounding area, and presents possible causes for the
high pore pressures
measured at the waste pile foundations. Based on this
characterization, a computer
models of this scenario were developed using both Slide
and VisualModFlow
softwares. In both cases, results indicate that the high
pore pressures are directly
related to two main causes: (1) to local geological
conditions and boundaries and
(2) to high rainfall rate recorded in 2005.
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Modelagem hierárquica para a equação de Poisson e para o problema de elasticidade linear em uma placa heterogênea / Hierarchical modeling for the Poisson equation and the linear elasticity problem in a heterogeneous plateOliveira, Ana Carolina Carius de 14 February 2013 (has links)
Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2013-02-14 / The aim of this work is study the Poisson equation and the linear elasticity problem in a heterogeneous plate with small thickness. We consider a domain with two small parameters: the thickness of the plate and the heterogeneities in the longitudinal direction. Above
these difficulties, it is a three-dimensional problem and the numerical approximations for these problems are, in general, more complicated and require a bigger computational effort when compared with the computational effort for a two-dimensional problem.
From this remark, we apply dimension reduction techniques for the original three-dimensional problems and we
obtained two-dimensional problems. In this work, we discuss the asymptotic methods as a dimension reduction technique for the two problems and we propose an alternative method for the dimension reduction known as hierarchical modeling for the both cases.
The hierarchical modeling presents as main advantages the
obtention of a unique two-dimensional problem independently of the relationship between the parameters that represent the plate thickness and the heterogeneities in the longitudinal direction.
After we get the two-dimensional models, we observe that, in order to obtain the solutions for the problems, we need efficient numerical approximations. As we obtained a oscillatory Stokes problem, we propose a numerical method that approximate this problem satisfactory and we also made the numerical analysis for the proposed method. / O presente trabalho tem por objetivo o estudo da equação de Poisson e do problema de elasticidade linear em uma placa heterogênea tridimensional de espessura pequena. O domínio considerado para os dois problemas apresenta dois parâmetros pequenos: as heterogeneidades presentes na direção longitudinal e a espessura do mesmo. Além dessas dificuldades, por ser um problema tridimensional, as aproximações numéricas para este tipo de problema são, em geral, muito mais complicadas e exigem um esforço computacional muito maior do que se considerássemos
aproximações numéricas para um problema bidimensional. A partir desta constatação, aplicamos técnicas de redução de dimensão aos problemas tridimensionais iniciais gerando problemas bidimensionais. Neste trabalho propomos uma metodologia
alternativa para a redução de dimensão dos problemas tridimensionais para os problemas bidimensionais conhecida como modelagem hierárquica. As principais vantagens deste método em relação aos métodos assintóticos são a obtenção de um único problema bidimensional independente da relação entre os parâmetros pequenos e a não dependência de periodicidade para o tamanho característico das inclusões heterogeneas. Após a obtenção dos modelos bidimensionais, observamos que, para se obter as soluções para os mesmos, precisávamos sugerir aproximações numéricas satisfatórias. Como obtivemos um problema de Stokes oscilatório, propomos um método numérico que aproxima este problema de forma eficiente e fizemos também a análise numérica do método proposto.
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Métodos de elementos finitos híbridos estabilizados para escoamentos de Stokes, Darcy e Stokes-Darcy acoplados / Stabiçized hybrid finite element methods for Stokes, Darcy and Stokes-Darcy coupled flowsIgreja, Iury Higor Aguiar da 22 June 2015 (has links)
Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2015-11-25T16:47:47Z
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Previous issue date: 2015-06-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In this thesis we propose stabilized hybrid finite elemento formulations to the Stokes and Darcy problems that preserve main properties of the Galerkin discontinuous methods associated with these problems. Moreover, combining these formulations we propose a stabilized hybrid finite element method for the Stokes-Darcy coupled problem. Lagrange multipliers are introduced to weakly impose continuity at the element interfaces giving rise to a global system involving only degrees-of-freedom associated with the multipliers. Knowing the multipliers, the quantities of interest are obtained from local problems that are solved at the element level. Different choices for the multipliers are evaluated for the Stokes and Darcy problems separately and for the Stokes-Darcy coupled problem. With proper choice of multipliers, Beavers-Joseph and Beavers-Joseph-Saffman interface conditions are naturally imposed. Through stabilization techniques hybrid finite element methods are generated with great flexibility in the choice of approximation spaces allowing, for example, the same order of approximations for all variables (velocity, pressure and multiplier). To validate the formulations of the Stokes, Darcy and Stokes-Darcy coupled problems several numerical experiments are performed to illustrate the flexibility and robustness of the proposed formulations and show optimal convergence rates. / Nesta tese propomos formula ções de elementos finitos híbridas estabilizadas para os problemas de Stokes e de Darcy que preservam as principais propriedades dos métodos de Galerkin descontínuo associados a estes problemas. Além disso, combinando estas formulações propomos um método de elementos finitos híbrido estabilizado para o problema de Stokes-Darcy acoplado. Multiplicadores de Lagrange são introduzidos para impor fracamente a continuidade nas interfaces dos elementos dando origem há um sistema global que envolve apenas graus de liberdade associados aos multiplicadores. Conhecidos os multiplicadores, as variáveis de interesse são obtidas através dos problemas locais que são resolvidos em nível de elemento. Diferentes escolhas para os multiplicadores são avaliadas para os problemas de Stokes e de Darcy isoladamente e para o problema acoplado Stokes-Darcy. Com uma adequada escolha dos multiplicadores, as condi ções de interface de Beavers-Joseph e Beavers-Joseph-Saffman são impostas naturalmente. Através de técnicas de estabiliza ção são gerados métodos de elementos finitos híbridos com grande flexibilidade na escolha dos espa os de aproxima ção. Permitindo-se, por exemplo, o uso de aproxima ções de mesma ordem para todas as variáveis (velocidade, pressão e multiplicador). Para validar as formula ções do problema de Stokes, de Darcy e de Stokes-Darcy acoplado são realizados vários experimentos numéricos que ilustram a flexibilidade e robustez das formula ›es propostas e mostram taxas ótimas de convergê ncia.
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Análise de um modelo matemático de condução-convecção do tipo campo de fases para solidificaçãoVAZ, Cristina Lúcia Dias 28 February 2000 (has links)
Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-12T18:50:10Z
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Previous issue date: 2000-02-28 / Neste trabalho apresentaremos resultados de existência e regularidade das soluções de alguns modelos matemáticos relativamente simples (primeiras aproximações) de condução-convecção do tipo campo de fases que tratam problemas de solidificação de materiais puros ou impuros (ligas). A característica fundamental dos modelos tratados neste trabalho é que o indicador das fases, a fração sólida, dependerá apenas do campo de fases. Para o caso de ligas binárias obtivemos a existência de soluções apenas quando a concentração inicial do soluto é suficientemente pequena (isto é, para materiais dopantes). Estes modelos são governados pela equação do campo de fases, pela equação do calor e/ou a equação da concentração, acopladas com as equações de Navier-Stokes modificadas por um termo fonte que simula a zona mushy (interface líquido/sóli.so) como um meio poroso. Para tratarmos tal sistema, procedemos da seguinte forma: primeiramente o sistema é adequadamente regularizado e uma sequência de soluções aproximadas é obtida aplicando-se o Teorema de ponto fixo de Leray-Schauder. Depois, por um processo de passagem ao limite nas equações regularizadas, obtemos uma solução usando argumentos de compacidade. A seguir, por argumentos de bootstraping, prova-se que a solução é de fato mais regular do que inicialmente considerada. / In this work we present results on existence and regularity of solutions of some conduction-convection models of phase-field type for solidification of either pure or impure (alloy) materiaIs. The essential characteristic of this models is that the solid fraction has a functional relation only with the phase field. For binary alloy solidification we are able to prove the existence of solutions only when the initial solute concentration is sufficiently small (that is, for dopant materiaIs.). The governing equations of the model are the phase field equation, the heat equation and/or solute equation coupled with a modified Navier-Stokes equations whose source term simulates the mushy region as a porous medium. Existence and regularity of the corresponding solutions are obtained as follows: firstly, the problem is adequately regularized and a sequence of regularized solutions is obtained using the Leray-Schauder's fixed point theorem. Then, by using compactness arguments, one proves that this sequence has a limit point which is a solution of the original problem. The corresponding regularity is obtained using bootstraping arguments.
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Analise de sensibilidade, geração adaptativa de malhas e o metodo dos elementos finitos na otimização de forma em problemas de contato e mecanica da fraturaTancello, Eduardo Alberto January 1993 (has links)
Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Coordenação dos Programas de Pos-Graduação em Engenharia / Made available in DSpace on 2012-10-16T06:01:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T18:04:40Z : No. of bitstreams: 1
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Medição e simulação acustica de silenciadores veicularesKimura, Marcio Rogerio Maebara January 1995 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnoogico / Made available in DSpace on 2012-10-16T09:37:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T20:05:14Z : No. of bitstreams: 1
103905.pdf: 20541103 bytes, checksum: 69e6c0fd7d7cb6d0e679b50ff22583d9 (MD5) / Para a atenuação do ruído emitido pelo motor, os veículos são equipados com silenciadores. Existem alguns modelos teóricos utilizados no cálculo da performance de silenciadores, porém, os mesmos são limitados a faixa de freqüência de onda plana. Utilizando-se métodos numéricos como o FEM (Método dos Elementos Finitos) ou o BEM (Método dos Elementos de Contorno), as análises podem ser estendidas para faixas de freqüências maiores. No entanto, deve haver um entendimento de como estes métodos numéricos funcionam para que resultados insatisfatórios não sejam obtidos devido às simulações incorretas. Neste trabalho, foi feita a análise acústica de silenciadores utilizado-se um software comercial. Para poder aferir os resultados foi montada uma bancada de testes para a medição experimental da performance de silenciadores, utilizando-se a "Técnica dos Dois Microfones". A análise de diversas configurações de silenciadores, utilizando-se elementos comumente utilizados em silenciadores reais, foi feita e os resultados fornecidos pelo software foram comparados com os resultados experimentais e teóricos para verificar a sua precisão. Para finalizar, foi feito a análise de um silenciador real.
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