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[en] NUMERICAL ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC WELL-LOGGING TOOLS BY USING FINITE VOLUME METHODS / [pt] ANÁLISE NUMÉRICA DE SENSORES ELETROMAGNÉTICOS DE PROSPECÇÃO PETROLÍFERA UTILIZANDO O MÉTODO DOS VOLUMES FINITOSMARCELA SILVA NOVO 25 March 2008 (has links)
[pt] O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento
de
modelos computacionais para analisar a resposta
eletromagnética de ferramentas de perfilagem LWD/MWD em
formações geofísicas arbitrárias. Essa modelagem
envolve a determinação precisa de campos eletromagnéticos
em regiões tridimensionais (3D) complexas e,
conseqüentemente, a solução de sistemas lineares
não-hermitianos de larga escala. A modelagem numérica é
realizada através da aplicação do método dos volumes
finitos (FVM) no domínio da
freqüência. Desenvolvem-se dois modelos computacionais, o
primeiro válido
em regiões isotrópicas e o segundo considerando a
presença
de anisotropias
no meio. As equações de Maxwell são resolvidas através de
duas formulações
distintas: formulação por campos e formulação por
potenciais vetor e escalar. A discretização por volumes
finitos utiliza um esquema de grades
entrelaçadas em coordenadas cilíndricas para evitar erros
de aproximação de escada da geometria da ferramenta. Os
modelos desenvolvidos incorporam quatro técnicas
numéricas
para aumentar a eficiência computacional e a precisão do
método. As formulações por campos e por potenciais vetor
e escalar são comparadas em termos da taxa de
convergência
e do tempo de processamento em cenários tridimensionais.
Os
modelos foram validados e testados em cenários
tridimensionais complexos, tais como: (i) poços
horizontais ou direcionais; (ii) formações não homogêneas
com invasões de fluído de perfuração; (iii) formações
anisotrópicas e (iv) poços excêntricos.
Motivado pela flexibilidade dos modelos e pelos
resultados
numéricos obtidos em diferentes cenários tridimensionais,
estende-se a metodologia para analisar a resposta de
ferramentas LWD que empregam antenas inclinadas
em relação ao eixo da ferramenta. Tais ferramentas podem
prover dados com sensibilidade azimutal, assim como
estimativas da anisotropia da formação,
auxiliando o geodirecionamento de poços direcionais e
horizontais. / [en] The main objective of this work is to develop computational
models to
analyze electromagnetic logging-while-drilling tool
response in arbitrary
geophysical formations. This modeling requires the
determination of electromagnetic fields in three-
dimensional (3-D) complex regions and consequently, the
solution of large scale non-hermitian systems. The numerical
modeling is done by using Finite Volume Methods (FVM) in
the frequency
domain. Both isotropic and anisotropic models are
developed. Maxwell's
equations are solved by using both the field formulation
and the coupled
vector-scalar potentials formulation. The proposed FVM
technique utilizes
an edge-based staggered-grid scheme in cylindrical
coordinates to avoid
staircasing errors on the tool geometry. Four numerical
techniques are incorporated in the models in order to
increase the computational efficiency
and the accuracy of the method. The field formulation and
the coupled vector-scalar potentials formulation are
compared in terms of their accuracy, convergence rate, and
CPU time for three-dimensional environments.
The models were validated and tested in 3-D complex
environments, such as:(i) horizontal and directional
boreholes; (ii) multilayered geophysical formations
including mud-filtrate invasions; (iii) anisotropic
formations and (iv)eccentric boreholes. The methodology is
extended to analyze LWD tools that are constructed with the
transmitters and/or receivers tilted with respect
to the axis of the drill collar. Such tools can provide
improved anisotropy measurements and azimuthal sensitivity
to benefit geosteering.
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[en] ANALYTICAL SOLUTION OF EIGENVALUE EQUATIONS BY GENETIC PROGRAMMING, WITH APPLICATION IN THE ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC PROPAGATION IN PRODUCTION PIPES OF OIL, PARAMETERIZED BY THE RADIUS AND THE PERCENTAGE OF INCRUSTATIONS / [pt] MÉTODO DE SOLUÇÃO ANALÍTICA DE EQUAÇÕES DE AUTOVALORES DE OPERADORES DIFERENCIAIS POR PROGRAMAÇÃO GENÉTICA, COM APLICAÇÃO NA ANÁLISE DE PROPAGAÇÃO ELETROMAGNÉTICA EM COLUNAS DE PRODUÇÃO DE ÓLEO PARAMETRIZADA PELO RAIO E O PERCENTUAL DE INCRUSTAÇÕESALEXANDRE ASHADE LASSANCE CUNHA 19 February 2019 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta uma abordagem inovadora para calcular autopares de operadores diferenciais (OD), utilizando programação genética (PG) e computação simbólica. Na literatura atual, o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método das Diferenças Finitas (MDF) são os mais utilizados. Tais métodos usam discretização para converter o OD em uma matriz finita e, por isso, apresentam limitações como perda de acurácia e presença de soluções espúrias. Além disso, se o domínio do OD fosse alterado, os autopares precisariam ser calculados novamente, pois a representação matricial do operador depende dos parâmetros do problema. Nesse contexto, este trabalho propõe evoluir autofunções analiticamente usando PG, sem discretização do domínio. Com isso, é possível incorporar parâmetros, o que torna a solução obtida válida para uma classe de problemas. Este texto descreve o modelo para OD normais, aplicando conceitos de indivíduos multi-árvore e diferenciação simbólica. O modelo evolui auto-funções e, a partir delas, calcula os autovalores empregando a razão de Rayleigh. Experimentos baseados em aplicações da Física mostram que a técnica proposta é capaz de encontrar as autofunções analíticas com a acurácia igual ou melhor que as técnicas numéricas supracitadas. Finalmente, a técnica proposta é aplicada ao problema de propagação de ondas eletromagnéticas em poços de petróleo em ULF e UHF. As soluções analíticas são dadas em função do diâmetro e do percentual de incrustações no poço. Os resultados mostram que, para um conjunto suficientemente grande de valores distintos dos parâmetros, a técnica apresenta tempo de execução inferior às técnicas clássicas, mantendo a acurácia destas. / [en] This work presents an innovative approach to calculate the eigenpairs of linear differential operators (LDO), employing genetic programming (GP)
and symbolic computation. In the current literature, the Finite Element Method (FEM) and the Finite Difference Method (FDM) are more commonly
used. Such methods use discretization to convert the LDO to a finite matrix, therefore causing loss of accuracy and presence of spurious solutions. Additionally, if the domain of the LDO was changed, the eigenpairs would need to be recalculated, since the matrix representation of the LDO depends on the parameters of the problem. In this context, this work proposes to evolve eigenfunctions analytically using GP, without domain discretization. Hence, it is possible to incorporate the parameter, which makes a obtained solution valid for a class of problems. This text describes the model for normal LDO, applying concepts of multi-tree individuals and symbolic differentiation. The presented model evolves eigenfunctions and, then, calculates the eigenvalues using the Rayleigh quotient. Experiments based on Physics problems show that the proposed technique is able to find the analytical eigenfunctions with the same accuracy of the numerical techniques mentioned above. Finally, the proposed technique is applied to the problem of propagation of electromagnetic waves in oil wells in ULF and UHF. The analytical solutions are given as a function of the diameter and percentage of CaCO in the well. The results show that, for a sufficiently large set of distinct values of the parameters, the technique presents execution time inferior to the FEM, while maintaining its accuracy.
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[en] INVESTIGATION OF ELECTROMAGNETIC PROPAGATION IN PLASMA STRUCTURES THROUGH EIGENFUNCTION EXPANSIONS AND FDTD TECHNIQUES / [pt] INVESTIGAÇÃO DE PROPAGAÇÃO ELETROMAGNÉTICA EM ESTRUTURAS DE PLASMA ATRAVÉS DE EXPANSÕES EM AUTOFUNÇÕES E TÉCNICAS FDTDJULIO DE LIMA NICOLINI 18 July 2017 (has links)
[pt] Plasma é um dos quatro estados fundamentais da matéria, presente em forma natural na Terra na ionosfera, em relâmpagos e nas chamas resultantes de combustão, assim como em forma artificial em lâmpadas de neônio, lâmpadas fluorescentes e processos industriais. O comportamento de plasmas é extraordinariamente complexo e variado, como por exemplo a formação espontânea de características espaciais interessantes em variadas escalas diferentes de comprimento. Uma antena de plasma, por sua vez, é uma estrutura radiante baseada em um elemento de plasma em vez de um condutor metálico, o que gera diversas vantagens e características úteis de um ponto de vista tecnológico. Nesse presente trabalho, uma investigação da propagação eletromagnética dentro de estruturas de plasma é realizada através de métodos teóricos e numéricos como um primeiro passo em direção ao desenvolvimento de modelos apropriados para o estudo de antenas de plasma. / [en] Plasma is one of the four fundamental states of matter, present on Earth in natural form at the ionosphere, in lightning strikes and in the flames resulting from combustion, as well as in artificial form in neon signs, fluorescent light bulbs and industrial processes. Plasma behaviour is extraordinarily complex and varied, e.g. the spontaneous formation of interesting spatial features over a wide range of length scales. A plasma antenna, on the other hand, is a radiating structure based in a plasma element instead of a metallic conductor, which creates several technological advantages and useful characteristics. In this present work, an investigation of electromagnetic propagation inside of plasma structures is performed through both theoretical and numerical means as a first step towards constructing appropriate models for the study of plasma antennas.
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