[pt] A previsão da produção de poços tem um papel crucial na engenharia de petróleo. Logo, a modelagem do escoamento no reservatório e no poço é fundamental em diversos problemas nessa área. Na maioria esmagadora dos problemas, a equação de Darcy é a escolha para prever o comportamento do fluxo em rochas petrolíferas. O grande sucesso do uso da equação de Darcy, infelizmente, levou sua aplicação para fora do âmbito dos problemas para os quais esta se aplica. A equação clássica de Darcy apresenta limitações quando aplicadas em meios porosos altamente heterogêneos, por exemplo com cavidades conectadas por redes de fraturas, com vugs e cavernas. Ao longo dos anos, outras modelagens foram propostas e derivadas de outros pontos de vista para tratar o escoamento em meios porosos, por exemplo, através do processo de média de volume ou através de teoria de mistura. O presente trabalho utiliza as equações médias em meios porosos. O modelo desenvolvido contabiliza termos adicionais para a equação de quantidade de movimento linear que são relevantes em várias situações práticas, e envolve a solução conjunta das equações de conservação. No modelo desenvolvido neste trabalho, o escoamento no reservatório é resolvido de forma acoplada ao escoamento ao longo do poço, considerando a possibilidade de utilização de diferentes tipos de completação. As previsões dos campos de pressão e velocidade, assim como a produtividade de poços de petróleo utilizando o modelo desenvolvido são comparadas com as previsões do modelo baseado na equação de Darcy. Mostra-se que para determinadas situações, em especial em reservatórios carbonáticos, altamente heterogêneos, grandes diferenças podem ser obtidas. A previsão da produtividade de um poço a partir da equação de Darcy pode ser significativamente super-estimada. / [en] Predicting wellbore production plays a crucial role in petroleum engineering. Therefore, the modeling of the ow in reservoir and in wellbore is fundamental in several problems in this area. In the overwhelming majority problems, Darcy s equation is the choice to predict the behavior of ow in reservoirs. The great success of Darcy s equation, unfortunately, took its application out of the scope of the problems for which it applies. The classic Darcy s equation presents limitations when applied in highly heterogeneous porous media, for example with cavities connected by fracture networks, with vugs and caves. Over the years, other models have been proposed and derived from other points of view to treat ow in porous media, for example through the average volume process or through mixture theory. The present work considers the average volume process in porous media. The developed model includes additional terms for the linear momentum equation that are relevant in several practical situations, and involves the joint solution of conservation equations. In the model developed in this work, the ow in the reservoir is solved coupled to the wellbore ow, considering the possibility of using different completion types. The pressure and velocity fields predictions as well as the productivity of oil wellbores using the developed model are compared with the predictions of the model based on the Darcy s equation. It is shown that for certain situations, especially in highly heterogeneous carbonate reservoirs, large differences can be obtained. The prediction of the productivity of a wellbore from the Darcy s equation can be significantly overestimated.

[pt] Detectores de infravermelho possuem larga gama de aplicações em diversos setores, desde militares (visão noturna, mísseis) até civis (aparelhos eletrônicos). Nesta dissertação estivemos interessados nas absorções intrabanda de heteroestruturas multiepitaxiais com intuito de absorver infravermelho em 4,1 micra onde se localiza a primeira janela de transmissão atmosférica. Baseamos nossas heteroestruturas de poços quânticos em semicondutores da família III-V. Discorremos quanto a produção do dispositivo de forma detalhada, juntamente com todos os processos de calibração de cada etapa. O crescimento se dá pela técnica de MOVPE que possui alta precisão em termos da espessura e composição da camada depositada. Em seguida discutimos sobre o processamento da amostra crescida para expor os contatos elétricos. E finalizamos descrevendo o processo de integração do dispositivo sobre um suporte para leitura do sinal. Finalizada a etapa de produção, fizemos um estudo quanto às características da amostra tanto qualitativamente quanto quantitativamente. Este estudo objetivou a obtenção de duas informações: comparação direta entre as geometrias de acoplamento luminoso; e medição da eficiência dos detectores produzidos. Ao fim do trabalho obtivemos um fotodetector produzido desde seu crescimento até sua montagem final. Assim como os resultados da eficiência dos mesmos que já indicaram melhorias possíveis para trabalhos futuros. Visando a formação de um mercado de produção em larga escala de fotodetectores, este trabalho identificou áreas com carência de técnicas disponíveis e que necessitam de investimento. / [en] Infrared detectors have a wide range of applications in various industries, from military (night vision, missile) to civil (electronics). In this dissertation we were interested in the intraband absorption of multiepitaxial heterostructures with aim at absorption of 4.1 microns infrared where there s located the first atmospheric transmission window. We based our quantum well heterostructures in semiconductor from the III-V family. We discourse about the production of the device in detail, along with all the calibration procedures for each step. The growth is done by MOVPE technique that has high accuracy in terms of thickness and composition of the deposited layer. We then discuss about the processing of the grown sample to expose the electrical contacts. And finally we describe the process of integration of the device over a base for reading the signal. Completed the production stage, we studied the characteristics of the sample both qualitatively and quantitatively. This study aimed to obtain two pieces of information: a direct comparison between the methods for light coupling, and measuring the efficiency of the detectors produced. At the end of the work we obtained a photodetector produced from its growth till its final assembly. Also we obtained the results of the efficiency of the sample that already indicated possible improvements for future works. If the aim is at the formation of a large-scale production of photodetectors, this study identified areas with a shortage of available techniques and in need of investment.

[pt] A análise das tensões em poços de petróleo é de extrema importância para a prevenção de acidentes durante as fases de construção e produção. As simulações devem aproximar-se ao máximo da realidade, representando da melhor forma as operações ao longo da vida útil do poço e, consequentemente, aumentando sua confiabilidade. Com esse objetivo, uma solução analítica é desenvolvida utilizando uma metodologia que simula a vida útil do poço. Nessa metodologia, consideram-se os efeitos das variações de temperatura em todo modelo e de poropressão na formação. Além disso, adotam-se os materiais em regime elástico, utilizando a hipótese de poço perfeitamente circular, vertical e com cargas uniformes. A solução analítica é calculada a partir das equações de Bradley para a perfuração, e de Lamé para as fases de descida do revestimento, cimento endurecido e produção. Nessa solução é feita uma compatibilidade de deslocamentos radiais entre as superfícies em contato, possibilitando o cálculo dos incrementos de tensão ao final de cada fase. Essa mesma metodologia é utilizada na modelagem por elementos finitos. A partir de dois estudos de caso, os resultados obtidos através das abordagens numérica e analítica são comparados. O primeiro estudo de caso representa um poço no Mar do Norte, e o segundo, um poço em um campo na Bacia de Santos, Brasil. Nos dois estudos de caso, são apresentadas as tensões radiais e tangenciais ao longo do revestimento, do cimento e da rocha, e também os índices de plastificação para o revestimento e para o cimento. No segundo estudo de caso, duas profundidades são avaliadas: no reservatório, considerando um revestimento, e em uma camada mais rasa, com dois revestimentos. Em ambos os estudos de caso, os resultados encontrados pela solução analítica são iguais aos obtidos pela solução numérica, validando, portanto, a solução analítica apresentada como uma alternativa para avaliação de tensões em condições ideais. / [en] The assessment of the wellbore stress state is extremely important in order to prevent accidents during construction and production phases. The methodology used in the models must be closer to reality, representing the wellbore lifespan operations, and consequently, enhancing the reliability of the wellbore. Thus, an analytical solution is developed using a methodology capable of simulating some of the main steps of the wellbore operations. In this methodology, the temperature and the pore pressure variations are considered. Besides that, it is used the assumption of circular and vertical wellbore under uniform loads, considering the elastic behavior of the materials. The analytical solution is developed using Bradley equation during the drilling step and Lamé equation during the construction and production steps. Therefore, the stresses after each step are calculated using the radial displacement compatibility between the surfaces in contact. This same methodology is used in the finite element model. Based on two case studies, the results obtained by the analytical and numerical solutions are compared. The first case study represents a wellbore in the North Sea while the second, a wellbore in a field in Santos Basin, Brazil. In both case studies, the radial and tangential stresses are presented for the casings, the cements and the formation, as well as the yield index in the casings and the cements. In the second case study, two depths are assessed: in the reservoir, considering one casing, and in a shallow depth, with two casings. In these two case studies, the results from the analytical and the numerical solutions are equal. Therefore, the analytical solution is validated as an alternative to assess the stresses in ideal wellbores.

[pt] A ocorrência de eventos de perfuração em poços de óleo e gás é frequente, porém indesejada, uma vez que acarreta aumento no tempo e custo das operações. Sua ocorrência pode levar à perda de circulação do fluido, desmoronamento da parede do poço, restrição da sua funcionalidade, danos à plataforma, problemas ambientais e mesmo a perda de vidas humanas. Desta forma, o conhecimento das tensões é essencial para a estimativa da estabilidade do poço e aumento da segurança da perfuração. Existem diversos métodos para prever a tensão horizontal mínima, entretanto, para a máxima, ainda há dificuldades na sua determinação. No caso de poços inclinados, este cálculo se torna ainda mais complexo, uma vez que as tensões regionais não são alinhadas com o eixo do poço. Identificada essa necessidade, e partindo do princípio de que ao menos um poço já tenha sido perfurado em um campo e que este apresentou instabilidades do tipo colapso ou fraturamento induzido, esta dissertação trabalha na implementação de um algoritmo capaz de obter a magnitude da tensão horizontal máxima que levou ao surgimento dos mesmos. As fraturas Induzidas são falhas de tração, enquanto os Breakouts são gerados pelo colapso da parede do poço por falhas de compressão. Ambos devem ser devidamente identificados a partir de perfis de imagem. Os algoritmos implementados envolvem solução analítica, calculada através de métodos implícito e explícito. O procedimento para a rotação das tensões para poços inclinados é baseado em formulação presente na literatura, e os cálculos das tensões ao redor da parede do poço, nas equações de Kirsch. O fraturamento do material é avaliado de acordo com a tensão de cut-off, e o de ruptura, a partir do critério de Mohr-Coulomb ou Lade-Ewy. Os métodos desenvolvidos são comparados entre si, relatando suas vantagens e desvantagens. Aplicando uma vasta variação de inclinação e azimute do poço, os resultados alcançados apresentam uma diferença pequena com relação aos obtidos por meio de pacotes comerciais, sendo considerados satisfatórios. / [en] The occurrence of oil and gas well drilling events is common, but undesirable, once it increases time and cost of operations. Its occurence can lead to loss of fluid circulation, wellbore wall collapse, restriction of its functionality, platform damage, environmental issues and even the lost of human lives. stresses knowledge is essential to wellbore stability estimation and to the improvement of drilling safety. In fact, there are some methods and tests to compute the minimum horizontal stress, but there still exist difficulties on maximum horizontal stress determination. In the case of deviated wells, the calculations are even more complexes due to the lack of alignment between the regional stresses and well axis. Identified that problem, and considering that at least one wellbore has been drilled in a field and presented compressive or tensile instabilities, this dissertation works on the implementation of algorithms capable of obtaining the maximum horizontal stress magnitude that lead the appearance of breakout or induced fracture. The instability problems are identified and previously interpreted through image logs. The implemented algorithms involve an analytical solution, which is calculated by an explicit method and an implicit one, to the stated problem. The procedure to the stresses rotation on deviated wells used at this work is based on the formulation presented on technical literature, and the calculation of the stresses around the wellbore wall, on Kirsch s equation. The failure of the material is evaluated using a tensile cutoff for induced fractures and Mohr-Coulomb or Lade-Ewy criteria for breakouts. The developed methods are compared between each other, presenting the advantages and disadvantages of then. The results, applying a large variation on the wellbore inclination and azimuth, show that the values accomplished a low difference in relation to the obtained by using a commercial software, being considered as satisfactory.

[pt] Os desafios na construção de poços de petróleo vêm aumentando ao longo do tempo, seja pelo aumento das dificuldades técnicas devido à maior complexidade das áreas a serem desenvolvidas, sejam pelas melhorias nas regras dos órgãos reguladores visando aumentar a segurança. Existem dois pilares que devem nortear um projeto de um poço de petróleo: segurança e produtividade. O equipamento denominado dispositivo de segurança de sub-superfície e seu sistema de controle podem ser considerados importantes para os dois, pois caso o sistema falhe, obtendo-se um fechamento prematuro do poço, afetará diretamente a produção. Por outro lado, caso a falha ocorra em uma tentativa de fechamento, poderá influenciar nas consequências de um desastre, o que afetaria tanto pessoas como o meio ambiente. O objetivo deste estudo e comparar a confiabilidade de alguns modelos de sistemas de controle do dispositivo de segurança de sub-superfície, levando em consideração as disposições dos equipamentos ao longo do sistema e suas respectivas taxas de falha. Além disso, a maioria dos estudos de confiabilidade realizados nesta área tem como foco principal a segurança, porém este estudo visa obter um foco de eficiência de produção, e as análises serão baseadas em comparações entre algumas configurações disponíveis do sistema, entre componentes em série e em paralelo, utilizando o modelo de análise de confiabilidade markoviano. / [en] The challenges in well construction have been increasing over time, sometimes by increasing the technical difficulties due to the greater complexity of the areas to be developed, sometimes by the improvements in the rules of regulatory agencies to increase security. There are two pillars that should guide the project of a petroleum well: safety and productivity. The equipment called Subsurface Safety Valve and its control system can be considered important for both pillars, because if the system fails resulting in a premature well closure, it will directly affect the production. On the other hand, if the failure occurs in an attempt to closing it, may influence the consequence of a disaster, which would affect both people and the environment. The objective of this study is to compare the reliability of some control systems models taking into account the equipment positions throughout the system and their failure rates. Furthermore, most reliable studies conducted in this area has mainly focused on safety, but this study has a focus on production efficiency, and the analysis will be based on comparisons between some configurations available for subsurface safety valves control system, including serial and parallel components, using the model of Markov reliability analysis.

[pt] Simulação de reservatório, que por meio de equações complexas emula fluxo em modelos de reservatório, é primordial à indústria de Óleo e Gás. Estimando o comportamento do reservatório dadas diferentes condições de entrada, permite que especialistas otimizem diversos parâmetros na etapa de projeto de campos de petróleo. Entretanto, o tempo computacional necessário para simulações está diretamente correlacionado à complexidade do modelo, que cresce exponencialmente a cada dia que se passa, já que modelos mais detalhados são necessários dada a busca por maior refinamento e redução de incertezas. Deste modo, técnicas de otimização que poderiam significativamente melhorar os resultados de desenvolvimentos de campo podem se tornar inviáveis. Este trabalho propõe o uso de modelos generativos profundos para a geração de dados de reservatório, que podem então ser utilizados para múltiplos propósitos. Modelos generativos profundos são sistemas capazes de modelar estruturas de dados complexas, e que após treinamento robusto são capazes de amostrar dados que seguem a distribuição do conjunto de dados original. A presente aplicação foca em poços inteligentes, uma tecnologia de completação que traz diversas vantagens, dentre as quais uma melhor habilidade de monitoramento e gerenciamento de reservatórios, apesar de carregar um aumento significativo no investimento do projeto. Assim, essas otimizações previamente mencionadas se tornam indispensáveis, de forma a garantir a adoção da tecnologia, junto ao seu máximo retorno. De modo a tornar otimizações de controle de poços inteligentes viáveis dentro de um prazo razoável, redes generativas adversariais são aqui usadas para amostrar conjuntos de dados após um número relativamente pequeno de cenários simulados. Esses dados são então utilizados para o treinamento de aproximadores, algoritmos capazes de substituir o simulador de reservatório e acelerar consideravelmente metodologias de otimização. Estudos de caso foram realizados em modelos referência da indústria, tanto relativamente simples quanto complexos, comparando arquiteturas de redes e validando cada passo da metodologia. No modelo complexo, mais próximo de um cenário real, a metodologia foi capaz de reduzir o erro do aproximador de uma média de 18.93 por cento, para 9.71 por cento. / [en] Reservoir simulation, which via complex equations emulates flow in reservoir models, is paramount to the Oil e Gas industry. By estimating the behavior of the reservoir given different input conditions, it allows specialists to optimize various parameters in the oilfield project stage. Alas, the computational time needed for simulations is directly correlated to the complexity of the model, which grows exponentially with each passing day as more intricate and detailed reservoir models are needed, seeking better refinement and uncertainty reduction. As such, optimization techniques which could greatly improve the results of field developments may be made unfeasible. This work proposes the use of deep generative models for the generation of reservoir data, which may then be used for multiple purposes. Deep generative models are systems capable of modeling complex data structures, which after robust training are capable of sampling data following the same distribution of the original dataset. The present application focuses on smart wells, a technology for completions which brings about a plethora of advantages, among which the better ability for reservoir monitoring and management, although also carrying a significant increase in project investment. As such, these previously mentioned optimizations turn indispensable as to guarantee the adoption of the technology, along with its maximum possible return. As to make smart well control optimizations viable within a reasonable time frame, generative adversarial networks are here used to sample datasets after a relatively small number of simulated scenarios. These datasets are then used for the training of proxies, algorithms able to substitute the reservoir simulator and considerably speed up optimization methodologies. Case studies were done in both relatively simple and complex industry benchmark models, comparing network architectures and validating each step of the methodology. In the complex model, closest to a real-world scenario, the methodology was able to reduce the proxy error from an average of 18.93 percent, to 9.71 percent.

[pt] Nesta tese, apresento uma investigação teórica e experimental das propriedades eletro-ópticas de um fotodetector baseado em uma superrede assimétrica InGaAs/InAlAs com um defeito estrutural. Essa heteroestrutura apresenta duas importantes características: estados parcialmente localizados no contínuo, chamados de estados eletrônicos vazantes, e um aumento virtual do band offset na banda de condução. Devido à assimetria da superrede, a função de onda do estado eletrônico vazante é localizada numa direção e estendida na outra. Em consequência dessas características, o fotodetector apresenta modo dual de operação, fotocondutivo e fotovoltaico, e temperatura de operação ambiente. O modo fotovoltaico foi alcançado devido à direção preferencial de escape do fluxo de elétrons excitados para os estados eletrônicos vazantes no contínuo. A temperatura de operação elevada ocorre devido à diminuição da corrente de escuro térmica causada pelo aumento virtual do band offset. No modo fotovoltaico, o espectro de fotocorrente apresenta dois picos estreitos de energias em 300 meV e em torno 440 meV, sendo eles relacionados às transições ópticas do estado fundamental para o primeiro e o segundo estado vazante no contínuo, respectivamente. Para o modo fotocondutivo, a largura de linha do espectro de fotocorrente é fortemente dependente da direção do bias de voltagem aplicado. Para o bias positivo, o espectro de fotocorrente apresenta um pico em 300 meV e um ombro de energia em torno de 260 meV. Para o bias negativo, o espectro de fotocorrente mostra uma banda larga com dois picos em 300 meV e 260 meV. Esse comportamento está relacionado com a população dos estados na minibanda em função da direção do bias aplicado. As figuras de mérito do fotodetector, em ambos os modos de operação, apresentam resultados similares aos melhores fotodetectores encontrados na literatura. / [en] In this thesis, I present a theoretical and experimental investigation of the electro-optical properties of a photodetector based on an InGaAs/InAlAs asymmetric superlattice with a structural defect. This heterostructure has two important characteristics: partially localized states in the continuum, called by leaky electronic states, and a virtual increase in conduction band offset. Due to the asymmetry of the superlattice, the wavefunction of the leaky electronic state is located in one direction and extended in another one. As a result of these features, the photodetector presents a dual-mode operation, photoconductive and photovoltaic modes, and room temperature operating. The photovoltaic mode has reached due to the preferential direction for the flow of excited electrons in the leaky electronic state in the continuum. The high operating temperature occurs because of the decrease in thermal dark current due to the virtual increase of band offset. In photovoltaic mode, the photocurrent spectrum has two narrow energy peaks at 300 meV and around 440 meV, which are related to optical transitions from the ground state to the first and the second leaky electronic states, respectively. For photoconductive mode, the line width of the photocurrent spectrum is strongly dependent on the direction of the applied voltage bias. For the positive bias, the photocurrent spectrum has a peak at 300 meV and a power shoulder around 260 meV. For the negative bias, the photocurrent spectrum shows broadband with two peaks at 300 meV and 260 meV. This behavior is related to the population of the mini band states as a function of the applied bias direction. The figure of merits of the photodetector, in both operation modes, present results similar to the best photodetectors found in the literature.

[pt] A exploração e produção (EeP) offshore de óleo e gás envolve várias operações complexas e importantes, como perfuração, avaliação, completação e manutenção de poços. A maioria dessas tarefas requer o uso de sondas, um recurso custoso e escasso que as companhias de petróleo precisam planejar e programar corretamente. Na literatura, este problema é chamado de Programação de Sondas. Todavia, existem poucos estudos relacionados aos poços marítimos e às atividades de perfuração e nenhum destes com funções objetivo e restrições realistas, como orçamento. Por isso, muitas empresas de petróleo têm fortes dificuldades no planejamento das sondas, resultando em grandes custos para elas. Com o objetivo de preencher essa lacuna, esta dissertação estuda um problema de programação de sondas em uma empresa petroleira e propõe um método híbrido para determinar a frota de sondas e seu cronograma, que minimize o orçamento da empresa. Dois modelos de programação matemática – um para minimização das sondas e outro para minimizar seu orçamento com variações da unidade de tempo utilizada (dia ou semana) – e várias heurísticas – usando algoritmos de busca local e variable neighborhood descent (VND) com três estruturas de vizinhança e duas estratégias de busca (first e best improvemment) e métodos construtivos- foram desenvolvidos e testados em duas instâncias (uma pequena e uma grande), baseadas em dados reais da empresa do caso de estudo. As três estruturas de vizinhanças são baseadas em movimentos de insert, uma delas não permite alterar as datas de alocação das tarefas na solução inicial, outra permite adiar tarefas e a última as posterga.Os resultados indicaram a dificuldade no desempenho dos modelos matemáticos nas grandes instâncias e uma forte capacidade das heurísticas para encontrar soluções similares com muito menos esforço computacional. Na instância pequena, o modelo exato para minimizar o orçamento encontrou soluções um pouco melhores que a heurística (diferença de entre 0,4 por cento e 5,6 por cento), embora necessitando de mais esforço computacional, principalmente os modelos com unidades de tempo em dias. Porém, na instância maior, as soluções da programação matemática possuíram altos gap (mais de 11 por cento) e altos tempos computacionais (pelo menos 12 horas), tendo o modelo matemático mais completo sido incapaz de encontrar soluções inteiras viáveis ou limites inferiores depois de mais de um dia rodando. Enquanto isso, as heurísticas foram capazes de encontrar soluções similares ou até melhores (desvios de -6 por cento e 14 por cento em relação a melhor solução exata) em um tempo muito menor, tendo 70 das 156 heurísticas desenvolvidas superado os modelos matemáticos. Além disso, os melhores resultados heurísticos foram utilizando algoritmos de variable neighborhood descent (VND) com estruturas de vizinhanças que realizavam movimentos de insert de tarefas em sondas existentes ou novas e permitiam postergar ou adiantar as tarefas das sondas. A abordagem hibrida foi comparada também com uma abordagem puramente heurística, tendo a primeira obtido melhores resultados. Por fim, os resultados demonstram que o método híbrido proposto combinando o modelo matemático que minimiza o número de sondas com as heurísticas de busca local é uma ferramenta de suporte a decisão rápida e prática, com potencial para reduzir milhões de dólares para as empresas petroleiras do mercado offshore, com capacidade para encontrar cronogramas próximos da solução ótima com pouco esforço computacional, mesmo em instâncias grandes onde a maioria dos métodos exatos é muito complexa e lenta. / [en] The offshore exploration and production (EandP) of Oil and Gas involves several complex and important operations and relies, mostly, in the use of rigs, a scarce and costly resource that oil companies need to properly plan and schedule. In the literature, this decision is called the Rig Scheduling Problem (RSP). However, there is not any study related to offshore wells and drilling activities with realistic objective functions. Aiming to fulfill this gap, this dissertation studies a rig scheduling problem of a real offshore company and proposes a matheuristic approach to determine a rigs fleet and schedule that minimizes the budget. Two mathematical models – one for rigs fleet minimization and another one that minimizes the rigs budget – and several heuristics – using local search (LS) and variable neighborhood descent (VND) algorithms with three neighborhood structures and also constructive methods – were developed and tested in two instances based on real data of the studied company. In the small instance, the programming model found slightly better solutions than the heuristic, despite requiring more computational effort. Nevertheless, in the large instance, the mathematical programming solutions present large gaps (over 11 percent) and an elevated computational time (at least 12 hours), while the heuristics can find similar (or even better) solutions in a shorter time (minutes), having 70 of 156 heuristics outperformed the mathematical models. Last, the matheuristic combination of the simplest mathematical model with the heuristics has found the best known solutions (BKS) of the large instance with a moderate computational effort.

[pt] O estudo de controle de poço é fundamental para determinar as principais variáveis envolvidas nas operações de perfuração e construção de um poço. A análise dessas operações visa estabelecer parâmetros importantes que devem ser acompanhados, a fim de evitar um influxo de fluidos da formação para o poço (kick). Para que as operações de perfuração sejam sempre seguras, é necessário que a pressão hidrostática no fundo do poço seja superior a pressão de poros da formação. Este trabalho apresenta uma modelagem matemática, desenvolvida para simular um kick de água e óleo da formação que adentra um poço terrestre vertical e, assim, prever o comportamento da pressão dentro da coluna de produção e no espaço anular durante uma situação de controle de poço. A operação de controle é composta pelo influxo do kick, fechamento do poço e expulsão do fluido invasor. O caso de kick de gás não foi abordado devido à sua complexidade. O modelo estudado foi simulado no Visual Basic do Excel com emprego de uma formulação do método das características com diferenças finitas. Foram implementadas considerações sobre o efeito da geometria do poço, perdas de carga por fricção, expansão do influxo e modelo de escoamento bifásico. / [en] The study of well control is critical to determine the main variables involved in well drilling and construction operations. The analysis of these operations aims to establish important parameters that must be followed in order to avoid an influx of fluids from the formation into the well (kick). In order to guarantee safety during drilling operations, the hydrostatic pressure at the bottom of the well must be greater than the formation pore pressure. This work presents a mathematical modeling, developed to simulate a water and oil kick from the formation that enters a vertical onshore well and, thus, predict the pressure behavior inside the production string and the annular space during a well control situation. The control operation is composed of the kick inflow, well closure and expulsion of the invading fluid. The gas kick case was not assessed because of its complexity. The studied model has been simulated in Visual Basics, in Excel, using the characteristics method with finite difference formulation. Considerations were taken about the effect of well geometry, friction loss, influx expansion and two phase flow model.

[pt] No projeto de um poço de petróleo três princípios devem ser seguidos: segurança, produtividade e proteção ambiental. Durante toda a vida de um poço deverá haver equipamentos que permitam a realização das operações com segurança. A integridade de um poço de petróleo é fundamental para garantir tal segurança. Os elementos de barreira de segurança são a base da gestão da integridade e por isso precisam estar adequadas e funcionando perfeitamente. Integridade é a contenção dos fluidos do poço, prevenindo derramamentos de hidrocarbonetos para o ambiente externo e entre zonas produtoras. A indústria do petróleo já enfrentou diversos acidentes ao longo de sua história (ex.: Campos de Montara, Macondo, Campo de Frade) e tais fatos trágicos demonstram o potencial de periculosidade que a indústria de Óleo e Gás pode ter. Milhões de dólares são perdidos a cada ano devido à manutenção ineficaz e shutins não programados de poços. O gasto é elevado, mas possíveis ameaças ao meio ambiente e perigos à vida humana devem ser a principal prioridade. Por isso é cada vez maior a preocupação e foco na integridade do poço. Neste trabalho é apresentada uma metodologia de verificação da confiabilidade de um sistema de barreiras em poços de petróleo, proporcionando um método capaz de comparar diferentes configurações de poços submarinos, através de simulações, utilizando o Método de Monte Carlo. A fim de verificar a importância de alguns desses elementos de barreira do sistema, foram feitos alguns estudos individuais variando as taxas de falha do elemento estudado em questão, mantendo as demais taxas inalteradas. No final foi feita uma comparação desses resultados observando quais delas precisavam ser ainda mais confiáveis. / [en] There are three principles that must be followed in the design of oil wells: safety, productivity and environmental protection. Throughout the well s life there must be equipments that allow the operations to be carried out safely. The integrity of an oil well is critical to ensure such safety. Safety barrier elements are the basis of integrity management and therefore need to be suitable and work properly. Integrity is the containment of the well fluids, preventing hydrocarbons spills to the environment and between producing zones. The oil industry has faced several accidents throughout its history (eg Montara s field, Macondo s field, Frade s field) and such tragic events demonstrate the hazardous potential that the Oil and Gas industry may have. Millions of dollars are lost each year due to inefficient maintenance and unscheduled well shut-ins. Costs are very high, but possible threats to the environment and hazards to human life should be the top priority. This is why there is a growing concern and focus on the well s integrity. This work presents a methodology to verify the reliability of a barrier system in oil wells, providing a method able to compare different configurations of subsea wells, through simulations, using Monte Carlo Method. In order to verify the importance of some of these barrier elements in the system, some studies were conducted varying the failure rates of the studied element in question, leaving the other rates unchanged. In the end, a comparison of these results was made, observing which ones need to be even more reliable.