[pt] Atualmente na indústria do petróleo a simulação numérica é frequentemente usada para avaliar diferentes processos através de poderosas ferramentas de software que ajudam a evitar uma pesquisa experimental, que pode ser uma tarefa cara e às vezes impraticáveis. O objetivo deste estudo é apresentar uma investigação numérica para encontrar uma melhor eficiência no processo de cimentação em poços erodidos. Neste processo, um fluido desloca um outro fluido através de um tubo com secção transversal de área variável. Ambos os fluidos podem ter um comportamento não-newtoniano. A análise é feita pela solução numérica das equações governantes, utilizando o método de volumes finitos. Estudos anteriores mostraram que os processos de deslocamento através dos poços verticais são governados principalmente pela relação de viscosidades e densidades dos fluidos, pela excentricidade do espaço anular, e pelo número de Reynolds do escoamento. Além disso, outras variáveis tais como a rotação da parede e a geometria do poço podem influenciar a eficiência do deslocamento. Dessa forma, serão analisados o efeito de alguns destes parâmetros no escoamento ao longo do poço e na eficiência de remoção nos poços erodidos, a fim de ajudar na otimização dos processos de limpeza e de remoção. / [en] Currently in the oil industry, the numerical simulation is often used to eval-uate different processes through powerful software tools that help to prevent an experimental research in a real well, which can be an expensive and sometimes impractical task. The purpose of this study is to present a numerical investigation to find a better efficiency in the cementation process in eroded wells. In this pro-cess, one fluid displaces another through a tube with variable cross sectional area. Both fluids may have non-Newtonian behavior. The analysis is done by the nu-merical solution of the governing equations, using the finite volume method. Pre-vious studies showed that the displacement process through vertical wells are ruled primarily by the viscosity and density ratios of the fluids, the eccentricity of the annulus, and the Reynolds number. In addition, other variables such as the casing rotation and well geometry can influence the displacement efficiency. Then, the analysis of the influence of these parameters in the flow pattern through the well and removal efficiency in eroded wells will be performed, and will help to optimize the cleaning and removal processes.

[pt] Com o advento dos campos do Pré-sal brasileiro, a indústria nacional de óleo e gás se concentra cada vez mais em vencer os desafios impostos na explotação desses novos reservatórios. A construção de poços nesse cenário passa por uma série de dificuldades que tem sido sistematicamente vencidas ao longo do tempo, de forma que o tempo de contrução dos poços passa por intenso processo de redução. A estimativa é que o tempo atual de construção dos poços foi reduzido pela metade desde que foram perfurados os primeiros poços e o próximo desafio da Petrobras é possibilitar que haja redução de tempo drástica na mesma proporção até o ano de 2020. Isso será possível apenas se novas técnicas forem desenvolvidas, pois acredita-se que os poços estejam sendo construídos próximo do limite de otimização das técnicas existentes até o momento. Os revestimentos de superfície necessitam ser assentados no topo da formação de sal, o que demanda comprimentos da ordem de 1000 m ou mais. Infelizmente, por questões de volumetria operacional do bombeio de cimento e resistência à fratura das camadas de solo iniciais, não há retorno de cimentação na fase de superfície para o leito marinho. Esse fato leva ao aparecimento de comprimentos livres desses revestimentos com cerca de 500 m. Como o revestimento condutor é perfurado e cimentado, as resitências de fundação do poço são suficientes para suportar as cargas axiais oriundas da instalação dos revestimentos e equipamentos submarinos instalados no poço, uma vez que essas são descarregadas no sistema condutorsolo. O tempo de construção de poços pode ser reduzido sistematicamente em cerca de 2 dias caso se utilizem as técnicas de base-torpedo ou jateamento para assentamento do condutor. No entanto, a resistência do sistema condutor-solo é insuficiente para suportar as cargas axiais instaladas no poço. Isso significa que o revestimento de superfície passa também a suportar as cargas axiais do poço, o que pode levar o mesmo a flambar de forma helicoidal com consequente aumento nos níveis de tensão e deslocamentos indesejáveis. A formulação analítica disponível para o cálculo desses parâmetros deve ser posta à prova para que haja segurança nos projetos que levem em conta inícios de poços alternativos, que embora mais econômicos, devem ainda possuir elevada confiança na integridade estrutural. O presente trabalho se dedicou a desenvolver de forma clara um procedimento numérico robusto utilizando FEA em software comercial, o Abaqus, para avaliar os efeitos de elevadas cargas axiais sobre o trecho livre do revestimento de superfície e avaliar as consequências da sempre inevitável flambagem. O objetivo final é alcançado, uma vez que as análises numéricas e uma superposição de formulações analíticas de simples utilização demonstram uma boa aderência entre si. Além disso, é constatada uma nítida tendência linear entre o fator de atrito e o deslocamento do SCPS. Tal tendência pode ser explorada em trabalhos futuros para incorporação nas formulações analíticas deste parâmetro invariavelmente negligenciado no equacionamento das mesmas. / [en] With the advent of the Brazilian Pre-salt oil fields, the national oil and gas industry focuses increasingly on winning the challenges in the exploitation of these new reservoirs. The well construction in this scenario involves a number of difficulties wich have been overcome consistently over time, so that it undergoes intense time reduction. The estimate is that the current time of well construction has been reduced by half since the first drilled wells and the next challenge Petrobras is willing to make is a drastic time reduction at this same rate until the year 2020. This will be possible only if new techniques are developed, as it is believed that the wells are being constructed near the limits of optimization of the current techniques. Surface casings need to be seated on the top of salt formation, which requires lengths on the order of 1000 m or more. Unfortunately, due to operating volumes related to the cement pumping volume capacity and fracture resistance of the initial soil layers, there is no return of cement to the mudline. This fact leads to free lengths of these casings with about 500 m. As the conductor casing is drilled and cemented, the well foundation resistances are sufficient to withstand the axial loads originated from the installation of additional casings and subsea equipment, since these are discharged into the conductor-soil system. The well construction time can be reduced systematically by about 2 days if using torpedo base or jetting techniques to seat the conductor. However, both soilresistance systems are insufficient to withstand axial loads installed in the well. This means that the surface casing also starts to bear axial loads of the well, which can lead to its helical buckling with a consequent increase in stress levels and undesirable displacements. The analytical formulation available for the calculation of these parameters should be put tho the test so safety can be taken into account for alternative well s foundation designs, which although more economical, should still have high reliability in the structural integrity. This work is dedicated to develop a robust numerical procedure using FEA in a commercial software, Abaqus, to evaluate the effects of high axial loads on the free length of the surface casing and the consequences of an always inevitable buckling. The ultimate goal is achieved, since the numerical analysis and a superposition of simple analytical equations demonstrate good adhesion to each other. Moreover, a clear linear dependency is found between the friction factor and the displacement of the top of the casing. This trend can be explored in future research for incorporation into analytical formulations of this parameter invariably neglected in addressing them.

[pt] O petróleo tem importância inegável nos tempos atuais. Junto com outros combustíveis fósseis, representa uma considerável parcela da matriz energética da sociedade. Porém esta é uma fonte de energia não renovável. Por isso a medida que o petróleo é produzido em regiões de fácil acesso, sua fonte vai se esgotando e criando a necessidade de se explorar em regiões cada vez mais inóspitas. Diante deste cenário o processamento submarino na produção de óleo e gás tem grande relevância ao permitir a produção de petróleo em regiões onde não seria possível a produção sem esta opção. O objetivo deste trabalho é comparar 2 sistemas de processamento submarino, um com bomba multifásica e outro com separador submarino, visando identificar as oportunidades de aplicação para cada sistema e o estado da arte atual de cada tecnologia. O grande salto do processamento submarino será um futuro de produção sem o uso de plataformas. Cenário este que já se observa nos dias de hoje em alguns campos de gás. O campo de gás foi o primeiro a apresentar a possibilidade de produção sem o uso de plataforma por possuir energia suficiente para escoar por distâncias maiores sem necessidade de incremento artificial de pressão. Porém com o avanço da tecnologia da bomba e dos separadores submarinos, o futuro indica a aplicação deste processo também em campos de óleo. Este trabalho disponibiliza uma ferramenta simplificada para análise de escoamento multifásico de fácil acesso que permite o cálculo sem a necessidade de softwares avançados e de difícil acesso. Apesar de ser uma ferramenta simplificada é de grande utilidade para cálculos rápidos sem necessidade de detalhamento. / [en] Oil has undeniable importance in modern times. Along with other fossil fuels, represents a considerable portion of the energy matrix of society. However this is non-renewable energy source. As the oil is been produced in areas of easy access, its source is being exhausting and creating the need to explore in inhospitable regions. Looking to this scenario subsea processing of oil and gas has great importance to allow oil production in regions where the production would not be possible without this option. The objective of this study is to compare two subsea processing systems, one with a multiphase pump and other with a separator and a monophase pump, identify opportunities of each system and the current state of the art of each technology. The leap of subsea processing will be a future of production systems without the use of platforms. This scenario already being felt today in some gas fields. The gas field was the first to present the possibility of production without the use of the platform due to the fact that gas fields has enough energy to flow over large distances without the need of artificial lifting. However, with the advancement in pump technology and subsea separators, the future indicates the application of this procedure also in oil fields. This paper provides a simplified calculation tool for multiphase flow of easy access that allows the calculation without the need of advanced commercial software. Despite being a simplified tool is useful for quick calculations.

[pt] Esta dissertação teve por objetivo expor os principais diferenciais entre um software comercial de projeto de fraturamento hidráulico (FH) com desenvolvimento de rede de fraturas discretas tridimensional e softwares de projeto de fraturamento convencional, apresentando uma análise dos efeitos da variação dos principais parâmetros que influenciam os resultados da simulação em cima de um caso real (Coeficiente de Filtrado Total e Espaçamento entre Planos de Fratura). Como esclarecimento do principal cenário de fraturamento não convencional foram apresentadas a descrição e principais propriedades de shale gas/oil (gás de folhelho e óleo de folhelho), expondo em seguida as teorias das geometrias ortogonais e a importância das fraturas naturais que embasam as doutrinas do DFN. Enquanto no fraturamento convencional adota-se um modelo de fratura planar com duas asas simétricas em relação ao poço, no fraturamento em shale gas/oil o modelo atualmente aceito é o de criação/ativação de uma fratura dominante e uma rede de fraturas paralelas e fraturas ortogonais à dominante. Foram apresentados as premissas da modelagem, as equações adicionais em relação ao FH convencional, os critérios adotados para a solução destas equações e os dados de entrada adicionais relativos à rede de fraturas. Para ilustrar os diferenciais de modelagem convencional e com rede de fraturas discretas foram apresentadas as equações governantes de um simulador pseudotridimensional convencional (P3D) e as equações governantes do simulador com criação de rede de fraturas estudado (MShale). Uma vez que os dados de entrada adicionais são o maior desafio para os projetistas de FH, apresentou-se um capítulo sobre os mesmos, com um exemplo de entrada de dados real comentado e um capítulo descrevendo as formas de saída de dados do simulador. Concluiu-se que o coeficiente de filtrado total tem grande impacto na geometria e condutividade da fratura dominante e rede de fraturas secundárias, influenciando também as concentrações de agente de sustentação, como também ficou provado que a interação entre fraturas responde pela variação do espaçamento assumido entre os planos de fratura. Verificou-se que não se deve usar softwares de projeto de fraturamento convencional em cenários de reservatórios não convencionais, pois os resultados são irrealistas. Apontou-se deficiências do software de projeto de fraturamento hidráulico com rede de fraturas analisado, como a falta de opção de se considerar, para cada fluido utilizado, o seu respectivo coeficiente de filtrado total. Espera-se que esta dissertação seja útil aos projetistas de fraturamento hidráulico ao lidar com reservatórios não convencionais como shale gas/oil e que estimule o interesse da academia por este tema. / [en] This dissertation aimed to present the main differences between commercial software for hydraulic fracturing with the development of a three - dimensional discrete fracture network and conventional fracture design software, presenting an analysis of the effects of the variation of the main parameters that influence the simulation results on a real case (Total Leakoff Coefficient and Spacing between Fracture Plans). As a clarification of the main unconventional fracturing scenario, the description and main properties of shale gas/oil were presented. Following the theories of the orthogonal geometries and the importance of the natural fractures that support the doctrines of the DFN. While in the conventional fracture, a planar fracture model with two symmetrical wings is used in relation to the well, in the shale gas/oil fracturing, the currently accepted model is the creation/activation of a dominant fracture and a network of parallel fractures and fractures orthogonal to the dominant. The modeling assumptions, the additional equations in relation to the conventional hydraulic fracture, the criteria adopted for the solution of these equations and the additional input data related to the fracture network were presented. To illustrate the conventional modeling differences and discrete fracture network, we have presented the governing equations of a conventional pseudo-three-dimensional simulator (P3D) and the governing equations of the simulator with the creation of a fracture network studied (MShale). Since additional input data is the biggest challenge for hydraulic fracturing designers, a chapter on them has been presented, with an example of actual commented data input and a chapter describing the simulator data output. It was concluded that the total filtration coefficient has a great impact on the geometry and conductivity of the dominant fracture and the network of secondary fractures, also influencing the concentrations of proppant, as it was also proved that the interaction between fractures corresponds to the variation of the assumed spacing between the fracture planes. It was verified that conventional fracture design software should not be used in scenarios of non-conventional reservoirs, because the results are unrealistic. It was pointed out deficiencies of the software of hydraulic fracturing with analyzed network of fractures, as the consideration of constant coefficient of filtration throughout the operation. It is hoped that this dissertation will be useful to hydraulic fracturing designers when dealing with unconventional reservoirs such as shale gas / oil and to stimulate the interest of the academy on this subject.

[pt] Os custos de uma campanha exploratória, incluindo a perfuração de poços de petróleo estão cada vez mais elevados. As vibrações nas colunas de perfuração estão presentes a todo momento nas operações de perfuração, o que podem ocasionar a quebra destas colunas e do BHA (Bottom Hole Assembly), danos em brocas e demais equipamentos. Além do custo do possível dano e/ou perda destes equipamentos, existem os custos da sonda parada e a despesas operacionais das companhias contratadas, o chamado custo de Stand by, e o mais indesejável, a perda do poço. Fenômenos como Bit Bounce, Stick-Slip e Forward/Backward Whril, que advém das vibrações axiais, torcionais e laterais respectivamente, são motivos de vários estudos. Esta dissertação pretende fazer a validação do modelo matemático de dinâmica torcional utilizado na dissertação de mestrado de CAYRES (2013) para gerar mapas de estabilidade para vibrações torcionais. Nesta dissertação parâmetros reais de uma coluna de perfuração foram inseridos no modelo com objetivo de obter mapas de estabilidade de vibrações torcionais para a perfuração de um poço na Bacia de Solimões. Tais mapas de estabilidade foram gerados a partir deste modelo matemático, que na tese de CAYRES (2013), é baseado em procedimento experimental, com um atrito não linear induzindo o fenômeno stick-slip que está associado às vibrações torcionais. Este fenômeno tem relação entre torque e velocidade angular na broca provocando vibrações indesejáveis na coluna de perfuração. A geração destes mapas permitiu que a análise de sensibilidade e a averiguação da ocorrência ou não de vibrações torcionais fossem feitas, bem como a inserção de valores de WOB (peso sobre a broca) e RPM (velocidade de rotação) de um caso real de perfuração de um poço na Bacia do Solimões. Nesta análise de sensibilidade foram considerados, além dos aspectos acima citados, o tipo de broca e formação geológica, permitindo assim a validação do modelo de CAYRES (2013) e contribuindo para a otimização dos processos operacionais da perfuração de poços de petróleo. / [en] The costs of an exploration campaign, including the drilling of oil wells are increasingly high. The vibrations in the drill strings are present at all times in drilling operations that can cause damage of these drill pipe and BHA (Bottom Hole Assembly), as drill bits and other equipment. Besides the cost of a possible damage or loss of such equipment, there are the costs when the rig is not operating and the expenses of all companies involved in the operations, called the cost of stand by, and the worst case scenario of the undesirable loss of the well. The Phenomena like Bit Bounce, Stick-Slip and Forward/Backward Whril, that arises from axial, torsional and lateral vibrations respectively are the motivation of several studies. This dissertation aims to show the validation of the mathematical modeling of the torsional dynamics used in CAYRES (2013) that generate stability maps for torsional vibrations. In this dissertation real parameters from a drill string were inserted in this mathematical modeling, aiming to obtain stability maps for torsional vibrations during a drilling operation of a well in Solimões Basin. Such stability maps were generated from a dynamic model that in CAYRES (2013) thesis is based on an experimental procedure with a nonlinear friction inducing stick-slip phenomenon associated to torsional vibrations. This phenomenon is related to torque and angular velocity on the bit generating undesirable vibrations. Build stability maps and checking when torsional vibrations happen, and then comparing with a real case of WOB (weight on bit) and RPM (rotary speed) in Solimões Basin. In this sensitivity analysis were considered, besides the aspects mentioned above, the kind of bit and geological formation in order to contribute to the optimization of the oil well drilling operational process.

[pt] Testes de formação são normalmente realizados para determinar as propriedades rochosas do reservatório e os dados obtidos costumam ser interpretados com base no pressuposto que o reservatório é homogêneo na direção vertical e descrito por um modelo uni dimensional. No entanto, muitos reservatórios são compostos por diversas camadas que possuem características diferentes. Os poços de produção nesses reservatórios podem receber óleo de mais de uma camada. Em um sistema de reservatório estratificado, o comportamento da pressão e da temperatura não é necessariamente o mesmo de um sistema em camada única e raramente revela as mesmas propriedades médias de todo o sistema. Prever as características das camadas individuais é importante para descrever adequadamente o reservatório e melhorar o gerenciamento da produção. Este trabalho apresenta um modelo numérico, transiente-térmico para um sistema acoplado poço - reservatório 2D, levando-se em consideração efeitos Joule-Thompson responsáveis pelo aquecimento / resfriamento do fluido, expansão/compressão adiabática, além de efeitos de condução e convecção para o poço e o reservatório em um escoamento monofásico. A análise bidimensional do reservatório permite que se simule zonas de estratificação e barreiras. O modelo permite fluxo através de camadas adjascentes com propriedades de rocha diferentes. Pressão e temperatura a uma certa posição no poço produtor são avaliadas ao longo do tempo. Resultados mostram que a análise do transiente de pressão (PTA) e a análise do transiente de temperatura (TTA) podem ser utilizadas para caracterizar diferentes configurações de um reservatório estratificado. / [en] Well formation tests are usually performed to determine rock properties of a reservoir and the obtained data has often been interpreted based on an assumption that the reservoir is homogeneous in the vertical direction and described by a 1-D model. However, many reservoirs are found to be composed of different number of layers that have different characteristics. Production wells in such reservoirs may receive oil from more than one layer. In stratified reservoir system, the pressure and temperature behavior are not necessarily the same as in single layered system, and rarely reveals the same average properties of the entire system. The prediction of the characteristics of the individual layers is important to describe properly the reservoir and improve production management. This work presents a numerical transient-thermal model for a coupled wellbore/2D-reservoir considering Joule-Thompson heating/cooling, adiabatic fluid expansion/compression, conduction and convection effects for both wellbore and reservoir for a single-phase fluid flow. The two-dimensional reservoir model allows the analysis of stratified zones and barriers. The model allows cross flow between the adjacent layers with different rock properties.Wellbore temperature and pressure at a certain gauge depth are evaluated along the time. Results show how pressure transient analysis (PTA) and temperature transient analysis (TTA) can be used to characterize different configuration of stratified reservoirs.

[pt] A previsão de produção é uma das etapas mais críticas do planejamento de curto prazo das empresas de exploração e produção de petróleo. O volume de petróleo que será produzido, denominado meta de produção, influencia diretamente todas as ações das empresas e tem crítico impacto em relação ao mercado. Percebe-se, portanto, a importância da aplicação de modelos que permitam considerar incertezas e avaliar o risco destas previsões. Esta modelagem estocástica tem sido realizada através de um modelo de simulação que considera quatro dimensões de variáveis: Potencial Produtivo Instalado, Entrada de Novos Poços, Parada Programada para Manutenção e Eficiência Operacional. Dentre as dimensões do modelo, a Entrada de Novos Poços é uma das mais sensíveis ao resultado final da previsão por apresentar grande incerteza. Desse modo, este trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema de inferência fuzzy para prever a data de entrada em produção de poços de petróleo. O sistema é concebido integrado ao modelo de simulação visando aumentar a sua precisão. Os resultados mostram que o sistema de inferência fuzzy é aplicável à previsão da entrada de novos poços e que o seu uso eleva a acurácia das previsões de produção. / [en] Production forecasting is one of the most critical stages in short-term planning in upstream oil companies. The oil volume that will be produced, called production target, directly influences all companies actions and impact critically their market image. Therefore, it is noticed the importance of using models to consider uncertainties to evaluate production forecasting risks. This stochastic approach has been done through a simulation model which consider four dimensions of variables: installed production potential, new wells entry, scheduled maintenance program, and operational efficiency. Among those dimensions, the new wells entry is one of the most sensitive to the simulation results, because of its high degree of uncertainty. Thus, this work aims to develop a fuzzy inference system to forecast the new wells production start date. The system is designed integrated to the simulation model in order to increase its accuracy. The results show that the fuzzy inference system can be used to forecast wells production start date and its use increases oil production forecasting accuracy.

[pt] Análise da propagação eletromagnética através de poços de petróleo com auxílio de técnicas de apoio a decisão estuda a viabilidade de telemetria sem fio de fundo de poço a quilômetros de profundidade. A maior dificuldade são as perdas por propagação, definindo, assim, a direção de pesquisa deste trabalho. Essa dificuldade surge devido a grande diversidade de fluidos utilizados no interior do poço, com características condutoras, tornando extremamente difícil a previsão do comportamento de propagação. O trabalho foca, então, no problema de atenuação do sinal eletromagnético através do fluido, analisando suas causas com uso de modelagem eletromagnética e simulação Monte Carlo. Primeiramente, são definidos modelos de propagação analíticos. É mostrado que o sistema apresenta frequências em que ocorre propagação em modo TEM e desenvolve-se, então, um modelo análogo ao de uma linha de transmissão, permitindo, assim, a utilização de toda teoria de circuitos elétricos. Com este modelo, estima-se a impedância de entrada do sistema, revelando que esta varia, principalmente, entre 10 ohms e 10k ohms com parte reativa considerável, a uma profundidade igual a lambda sobre quatro de comprimento de onda. Estima-se, também, a melhor posição para colocar os sensores, introduzindo uma tática que maximiza as chances de se ter um sensor sempre perto de um máximo de potência. Além disso, com o auxílio de simulações Monte-Carlo, estuda-se a influência da permissividade elétrica e da condutividade do meio na atenuação de propagação e na impedância de entrada do sistema, concluindo que existe uma probabilidade de 95% de que a constante de atenuação seja inferior a 0,8 10(-4) Np/m em 1MHz. Posteriormente, utiliza-se algoritmo genético clássico para propor um problema de design bem simplificado para o posicionamento de um gerador no topo do poço, atingindo o ótimo em torno de 25m de profundidade, para uma frequência ligeiramente inferior a 1MHz. Por fim, fora analisada a possibilidade de alimentação remota, revelando que fluidos com condutividade da ordem de 1,0 10(-6) S/m permitem alimentação em profundidades elevadas. / [en] Analysis of electromagnetic propagation through oil wells with the aid of decision support techniques studies the viability of wireless downhole telemetry. The difficulty is the propagation losses, thereby defining the direction of this research work. This difficulty arises because of the wide variety of fluids used in the well, with conductive features, making it extremely difficult to predict the behavior of propagation. The paper focuses then on the problem of signal attenuation in the fluid, analyzing their causes with the use of electromagnetism and Monte Carlo. First, propagation models are defined analytically. It is shown that the presence of frequencies in TEM mode propagation occurs and develops, then a model analogous to a transmission line, thus allowing the use of electrical circuit theory. With this model, we estimate the input impedance of the system, revealing which ranges from 10 ohms and 1.0kohms to a depth equal to lambda over four. Furthermore, with the aid of Monte-Carlo simulations, we study the influence of permittivity and conductivity of the medium in the attenuation and input impedance of the system, concluding that there is a probability of 95% of the attenuation constant is less than 0.8·10(−4) Np/m at 1MHz. Later, we use classical genetic algorithm to propose a design problem for the positioning of a generator at the well, with excellent about 29, 7m deep and 1MHz. Finally, the possibility was considered remote power, revealing that fluids with a conductivity of 1.0 · 10(−6) S / m at depths allow high power.

[pt] Este trabalho de dissertação de mestrado apresenta a implementação da análise limite numérica com formulação mista-fraca, baseada no teorema do límite inferior, e sua aplicação em problemas de estabilidade axissimétricos. Aformulação com elementos finitos foi implementada no software Matlab, onde se estabelece o problema de otimização que compreende a definição da equação de equilibrio e a adaptação dos criterios de ruptura de Drucker-Prager e Mohr-Coulomb às programações cônica de segunda ordem e semidefinida, respectivamente, e que posteriormente é resolvido com o algoritmo Mosek Aps 9.2. Como resultado do problema de otimização o fator de colapso e o campo de velocidades podem ser obtidos, permitindo identificar o mecanismo de ruptura. O presente trabalho foca-se na análise de estabilidade de um poço que é executada em 3 fases, em função das condições consideradas no modelo. Os resultados obtidos da análise axissimétrica foram validados mediante analises em modelos tridimensionais e comparados com resultados dos softwares Plaxis 2D e Optum G2, também foram incluídos os resultados da modelagem MPM, com o sotware MPM-PUCRio. Por fim foi estudado o caso da capacidade de carga de uma fundação circular rasa, cujos resultados foram comparados com os apresentados por outros autores. / [en] This work dissertation presents the implementation of numerical limit analysis with mixed-weak formulation, based on the the lower bound limit theorem and its application in axisymmetric stability problems. The finite element formulation was implemented in Matlab, where the optimization problem is established, which comprises the definition of the equilibrium equation and the adaptation of the Drucker-Prager and Mohr-Coulomb rupture criteria to the second-order cone programming and semidefined programming, respectively, and which is later solved with the Mosek Aps 9.2 algorithm. As a result of the optimization problem, the collapse factor and the speed field can be obtained, allowing to identify the rupture mechanism.The present work focuses on the stability analysis of a well that is carried out in 3 phases, depending on the conditions considered in the model. The results obtained in the axissymmetric analysis were validated through analysis in three-dimensional models and compared with results of plaxis 2D and Optum G2 software, also included the results of MPM modeling, with the software MPM-PUCRio. Finally, the case of the load capacity of a shallow circular foundation is studied, the results of which are compared with those presented by other authors.

[pt] Este trabalho apresenta procedimentos para análise dos esforços em colunas de revestimento instaladas em um poço de petróleo, sob a ação do fenômeno de fluência do sal, sendo também abordado os principais aspectos da estabilidade e deformabilidade das rochas salinas durante a fase de perfuração. Para a discretização e solução das equações diferenciais de equilíbrio do contínuo, utiliza-se no presente trabalho o método dos elementos finitos, através do programa ANVEC(1) . O comportamento tensão-deformação do sal foi descrito através de leis constitutivas obtidas a partir de dados sobre mineração subterrânea de evaporitos. O comportamento dos revestimentos é analisado segundo o enfoque adotado pela indústria do petróleo, no qual o carregamento salino é considerado independente do tempo e de intensidade igual a coluna litostática, na parede externa do revestimento. Os resultados obtidos comprovam que, para a solução do problema de se revestir uma seção salina é fundamental um trabalho eficiente de cimentação primária dos revestimentos, concêntricos, frente ao sal. Ao final, examina-se o comportamento de fluência de uma seção evaporítica típica de um poço de perfurado da Bacia de Campos, comparando-se as simulações numéricas com medições in-situ. / [en] This thesis presents an approach for analysis of casing stresses in oil wells due to the fenomena of creep of rock salt. The main aspects of wellbore stability and deformability while drilling salt formations are also discussed. In order to obtain the solutions for the differential equations of continous salt media, the finite element method has been used through the application of the ANVEC program for underground excavation analysis, utilizing constitutive laws obtained from salt mining projects. The mechanical behavior of casings are also analized according with the procedures considered in the petroleum literature, in which the salt loads are considered as time-independent. The results are in agreement with the observations of several autors that a sucessfull primary cement job is the main concern for keep the integrity of casing strings set acoss salt formations for long time. At the end of this work, the salt creep behaviour of a section of one well drilled in Campos basin are simulated and compared with field data. / [es] Este trabajo presenta procedimientos para análisis de los refuerzos en colunas de revestimiento instaladas en un pozo de petróleo, bajo la acción del fenómeno de fluencia de sal, abordando también los principales aspectos de estabilidad y deformabilidad de las rocas salinas durante la fase de perforación. Para la discretización y solución de las equaciones diferenciales de equilibrio del contínuo, se utiliza en el presente trabajo el método de los elementos finitos, a través del programa ANVEC. El comportamiento tensión-deformación de la sal fue descrito a través de las leyes constitutivas, obtenidas a partir de datos sobre mineración subterránea de evaporitos. Se analiza el comportamiento de los revestimientos según el enfoque adoptado por la industria del petróleo, en el cual, la concentración salina se considera independiente del tiempo y de intensidad igual a la columna litostática, en la pared externa del revestimiento. Los resultados obtenidos comprueban que, para la solución del problema de revestir uma sección salina, es fundamental un trabajo eficiente de cimentación primaria de los revestimientos, concéntricos, frente a la sal. Al final, se examina el comportamiento de fluencia de una sección evaporítica típica de um pozo de perforación de la Bacia de Campos, comparando las simulaciones numéricas con mediciones in situ.