[pt] Na indústria de petróleo, é imprescindível a visualização clara e desambigua de campos vetoriais resultantes de simulações numéricas de reservatórios de petróleo. Nesta dissertação, estudamos o uso da convolução de integral de linha (Line Integral Convolution – LIC) para gerar imagens de campos vetoriais 3D estacionários e aplicar o resultado em um visualizador volumétrico na GPU. Devido a densidade de informação presente na visualização volumétrica, estudamos os uso de texturas esparsas como entrada para o algoritmo de LIC e aplicamos funções de transferência para designar cor e opacidade a volumes de campos escalares, a fim de codificar informações visuais a voxels e aliviar o problema de oclusão. Além disso, tratamos o problema de codificação da direção de fluxo, inerente do LIC, usando uma extensão do algoritmo – Oriented LIC (OLIC). Por último, demonstramos um método de animação do volume a fim de ressaltar a direção do fluxo ainda mais. Comparamos então resultados do algoritmo LIC com o de OLIC. / [en] In the oil industry, clear and unambiguous visualization of vector fields resulting from numerical simulations of black-oil reservoirs is essential. In this dissertation, we study the use of line integral convolution techniques (LIC) for imaging 3D steady vector fields and apply the results to a GPU-based volume rendering algorithm. Due to the density of information present in volume renderings of LIC images, we study the use of sparse textures as input to the LIC algorithm and apply transfer functions to assign color and opacity to scalar fields in order to encode visual information to voxels and alleviate the occlusion problem. Additionally, we address the problem of encoding flow orientation, inherent to LIC, using an extension of the algorithm – Oriented LIC (OLIC). Finally, we present a method for volume animation in order to enhance the flow orientation. We then compare results obtained with LIC and with OLIC.

[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] Em reservatórios de gás retrógrado com pressões inferiores à pressão de orvalho, a produtividade dos poços pode ser comprometida devido ao aparecimento e acúmulo da fase líquida nas suas imediações. Este fenômeno é conhecido como bloqueio por condensação retrógrada e está associado à uma série de desafios para compreendê-lo. Um deles é a determinação da permeabilidade relativa das fases líquida e gasosa, que comumente advém de curvas de permeabilidade obtidas a partir da extrapolação de poucos dados experimentais. Dessa forma, elas tendem a não representar fielmente efeitos importantes para o escoamento, comprometendo a precisão da modelagem do fluxo no meio poroso. A fim de investigar o efeito das curvas de permeabilidade relativa sobre a formação de bancos de condensado, foi desenvolvido um modelo composicional em escala de reservatório para o estudo do escoamento de gás e condensado. Com o modelo, o uso de curvas de permeabilidade relativa obtidas através de simulação do escoamento de gás retrógrado na escala de poros e de correlações propostas na literatura foi avaliado. Considera-se: sistema isotérmico, escoamento bifásico e incorporação dos efeitos de forças capilares por meio do modelo de permeabilidade relativa. Equações de balanço molar e consistência de volume formam um sistema não linear resolvido pelo método de Newton que fornece pressão e número de mols de cada componente, em todos os volumes de controle do modelo, a cada passo de tempo. Para o equilíbrio de fases, a equação de Peng & Robinson foi implementada com uma rotina de flash a pressão e temperaturas constantes. O modelo foi validado contra a solução analítica para sistema monofásico e por fim, o simulador obteve a evolução temporal das curvas de pressão e saturação em função da distância do poço, a fim de comparar o efeito dos diferentes modelos de curvas de permeabilidade relativa na predição do bloqueio por condensado. Os resultados foram obtidos variando-se a permeabilidade absoluta do meio e a vazão de gás imposta no poço, e o impacto desses parâmetros no acúmulo de condensado foi avaliado. / [en] In gas-condensate reservoirs with pressures below the dew pressure, the productivity of wells can be compromised due to the accumulation of liquid in their surroundings. This phenomenon is known as condensate blockage and there are many challenges to understanding the formation of condensate banks. One of them is the determination of the relative permeability of the liquid and gas phases, which commonly comes from permeability curves obtained from the extrapolation of few experimental data. Thus, they tend not to reliably represent important effects for the flow, compromising the precision of the flow modeling in the porous medium. In order to investigate the effect of relative permeability curves on the formation of condensate banks, a reservoir-scale compositional model was developed for the study of flow of gas and condensate. With the model, the use of relative permeability curves obtained by simulating the gas-condensate flow at the pore-scale and with correlations proposed in the literature was evaluated. It is considered: isothermal system, two-phase flow and incorporation of capillary force effects through the relative permeability model. Molar balance and volume consistency equations form a nonlinear system solved by Newton s method that provides pressure and number of moles of each component, in all control volumes of the model, at each time step. For the phase equilibrium, calculations of the Peng & Robinson equation was implemented in a constant pressure and temperature flash routine. The model was validated against the analytical solution for single-phase flow and, finally, the simulator obtained the temporal evolution of the pressure and saturation as a function of the distance from the well, in order to compare the effect of different models of relative permeability curves in the prediction of condensate blockage. The results were obtained by varying the absolute permeability of the medium and the gas flow imposed in the well, and the impact of these parameters on the accumulation of condensate was evaluated.

[pt] Uma forma de avaliar a qualidade da água e a qualidade ambiental de um reservatório para monitoramento futuro é listar e analisar as concentrações de tudo o que a mesma tem. Tal lista poderia ser tão longa quanto o número de elementos analisados, podendo ir de 20 e poucos componentes comuns a centenas. É assim que vários índices de qualidade têm sido propostos por serem capazes de sintetizar o maior número destes parâmetros de qualidade em um único valor de fácil interpretação. Não obstante, uma vez que a maior parte dos índices formulados serem para águas moventes, os mesmos têm pouca utilidade para lagos e reservatórios. Lagos e reservatórios são geralmente avaliados e classificados com base em índices de estado trófico e em análises de suas composições químicas. Porém, um índice de estado trófico não tem a mesma representatividade de um índice de qualidade, visto que o termo qualidade sugere uma avaliação subjetiva, importante ressaltar essa distinção de conceitos. Excelente ou pobre, a referência de qualidade da água depende do seu uso e das atitudes locais das pessoas. A definição de estado trófico e seu índice correspondente deveriam permanecer neutros a tais julgamentos subjetivos, mantendo-se numa estrutura dentro da qual podem ser feitas várias avaliações da qualidade da água. Dessa forma, no presente trabalho, criou-se um modelo de avaliação da qualidade da água e da qualidade ambiental para um reservatório tropical oligo-mesotrófico (reservatório das Lajes) capaz de representar em uma escala numérica as gradações nos níveis de qualidade, além de levar em consideração a subjetividade implícita no conceito de qualidade. A subjetividade da avaliação em discussão motivou o emprego da Lógica Fuzzy, metodologia capaz de representar, de forma mais eficiente e clara, os limites dos intervalos de variação dos parâmetros de qualidade para um conjunto de categorias subjetivas, quando esses limites não são bem definidos ou são imprecisos. Assim, foi desenvolvida uma ferramenta computacional baseada em Sistemas de Inferência Fuzzy que avalia automaticamente a qualidade em função de variáveis físicas, químicas e biológicas do reservatório. O referido modelo foi desenvolvido com base no conhecimento de especialistas em qualidade de água e qualidade ambiental do Centro de Ciências Biológicas e da Saúde da Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro (UNIRIO) e do Departamento de Biologia Animal da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ). O modelo foi avaliado utilizando dados de coleta do reservatório das Lajes coletados no ano 2005, 2008 e 2009. / [en] There are many approaches to monitor the water and environmental qualities of a reservoir. One approach is to list and analyze the concentration of chemicals and physical characteristics that the amount of water it contains. Such a list could be as long as the number of elements analyzed, from a few common components to hundreds. Thus, many indices have been proposed since they are able to synthesize as many of these quality parameters into a single value for an easy interpretation. However, majority of the indices are formulated to evaluate lentic ecosystems, they have little use for lakes and reservoirs. Lakes and reservoirs are generally evaluated and classified based on trophic state indices and chemical composition analysis. Nevertheless, a trophic state index does not have the same representativeness of a quality index. The term quality implies a subjective judgment that is best kept separate from the concept of trophic state. Excellent or poor, water quality depends on the use of that water and the local attitudes of the people. The definition of trophic state and its corresponding index should remain neutral to these subjective judgments, remaining a framework within which various evaluations of water quality may be made. Accordingly, in today s world of technology and advancement there exists a unique model to evaluate water quality and environmental quality for a tropical oligo-mesotrophic reservoir which is located and known as the reservoir of Lajes in the State of Rio de Janeiro, Brazil. This model is capable of representing quality levels on a numerical scale gradation, and also takes into consideration the subjectivity implicit in the concept of quality. The subjectivity, implicit in the concept of quality, motivated the use of fuzzy logic. This is a methodology to represent more efficiently the limits of ranges of quality parameters for a set of subjective categories, when these limits are not well defined or are inaccurate. As a result, we developed a computational tool based on a Fuzzy Inference System that automatically assesses the quality in terms of the physical, chemical and biological characteristics of the reservoir. The model was developed based on the knowledge of experts on water quality and environmental quality from the Biological Sciences and Health Center of Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro (UNIRIO) and from the Department of Animal Biology of the Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ). The model was evaluated with data from the Lajes reservoir during the years 2005, 2008 and 2009.

[pt] Meios que apresentam descontinuidades como fraturas e falhas em um maciço rochoso ou reservatórios de petróleo impõem algumas dificuldades na simulação numérica pelo Método dos Elementos Finitos. Uma dessas dificuldades é a necessidade de geração de malhas muito refinadas, principalmente na região próxima à descontinuidade, até a obtenção de uma resposta confiável do modelo, o que pode consumir um tempo significativo. Ao mesmo tempo, a discretização da descontinuidade com elementos muito pequenos, quando comparados ao restante do modelo, pode conduzir a um aumento no tempo de simulação. Neste trabalho é apresentada a formulação de um elemento finito cortado por uma descontinuidade para aplicação em problemas com acoplamento fluido-mecânico em meios saturados com um único fluido. A inserção da descontinuidade no elemento é obtida pela adição de novos termos à função de interpolação, dispensando a sua discretização. Esses termos adicionais conseguem reproduzir a mudança no campo de deslocamento e poro-pressão no elemento devido à presença da descontinuidade. A resposta do elemento é verificada através da comparação com uma solução analítica unidimensional e com exemplos simples simulados em um programa comercial. / [en] Media that present discontinuities as fractures and faults in a rock mass or oil reservoirs impose some difficulties in numerical simulation using standard Finite Element Method. One of these difficulties is the need for very refined mesh generation, especially in the region near the discontinuities, to obtain a reliable answer of the model, which can consume significant time. At the same time, the discretization of the discontinuity with very small elements compared to the rest of the model may lead to an increase in simulation time. This work presents the formulation of an element that is crossed by a discontinuity for use in coupling fluid-mechanical problems in single fluid saturated mediums. The insertion of the discontinuity in the element is obtained by adding new terms in the interpolation function, which eliminates its discretization. These additional terms can reproduce the change in the displacement and pore pressure field in the element due to the presence of discontinuity. The response of the element is validated by comparing it with one dimensional analytical solution and simple examples simulated in a commercial program.

[pt] Este trabalho apresenta a modelagem e o desenvolvimento de uma metodologia baseada em Controle com Modelo Preditivo (MPC) aplicada ao controle da produção de óleo em um reservatório de petróleo com poços produtores e injetores já existentes. A estratégia MPC utiliza um modelo de aprendizado de máquina, baseado em Aprendizado por Reforço (Reinforcement Learning), como método de busca da política ótima de controle. Os experimentos se realizaram em um reservatório petrolífero sintético com atuadores que são 3 válvulas de injeção de água. Assim, a atuação é realizada através das taxas de injeção de água para determinados intervalos de tempo. As variáveis de saída do campo são: Pressão média do reservatório, taxa diária de produção de óleo, gás, água e water cut na produção. A previsão dessas variáveis é realizada mediante a utilização de uma proxy, a qual é um modelo identificado da planta implementado utilizando redes neurais. Os resultados obtidos indicam que o modelo proposto é capaz de controlar a produção de óleo mesmo com perturbações no poço produtor, para diferentes valores de referência de produção de óleo. / [en] This work presents the modeling and development of a methodology based on Model Predictive Control with (MPC) applied to the control of oil production in an oil reservoir with existing production and injection wells. The MPC strategy is based on a machine learning model - Reinforcement Learning (Reinforcement Learning) - as the method of searching the optimal control policy. The experiments were carried out in an oil reservoir with synthetic valve actuators that are 3 water injections. Therefore, the action is performed by injecting water rates for certain time intervals. The output variables of the field are: average pressure of the reservoir, the daily production of oil, gas, water and water cut. The forecast of these variables is accomplished by a proxy, which is a model identification og the plant implemented by neural networks. The results indicate that the proposed model is capable of controlling oil production even with disturbances in the producing well, for different reference values for oil production.