[pt] Diante das intervenções humanas relacionadas aos barramentos de rios para inúmeros fins (controle hídrico, produção de energia, entre outras) verifica-se os riscos associados às populações que vivem a jusante destas áreas. O entendimento das possíveis consequências ambientais deste tipo de ocorrência promove a emergência de se avaliar as áreas impactadas, permitindo-se desta maneira a promoção de ações (estruturais ou estruturantes) que visem minimizar o efeito no caso de acidentes. Este estudo visa avaliar e correlacionar os impactos associados às inundações provenientes das rupturas dos barramentos de rios através de um estudo de caso (Reservatório de Santa Branca/SP) a partir de dados obtidos por modelagem hidrológica e de técnicas de geoprocessamento. Como resultado, torna-se possível avaliar não apenas as áreas impactadas pelo rompimento do barramento estudado, mas também avaliar as áreas que apresentariam maiores velocidades (acarretando riscos materiais à população) e também verificar as porções territoriais mais passíveis de sofrerem algum tipo de intervenção pública. As variáveis estudadas, com o intuito de minimizar os impactos, foram: arborização, pavimentação e boca de lobo. Estas, foram comparadas par a par através do método de tomada de decisões AHP, e concluiu-se que a variável que mais ajuda a minimizar o impacto é a arborização. Devido a modelagem hidrológica foi possível encontrar uma vazão de pico de 77.8855,045 metros cúbicos/s para um tempo de ruptura de 2,5h e verificar que a mancha de inundação abrange as seguintes cidades a jusante da barragem: Santa Branca, Guararema e Jacareí, atingindo o total aproximado de 32.590 habitantes. / [en] Floods have always been a major hydrological issue. Its susceptibility is caused by many factors, such as soil sealing, deforestation, disordered densification, climatic variations, among others. Currently Floods have been occurring on a large scale around the world, Brazil included, bringing high social and economic damage to the affected cities. Even with a low probability of ocurring, its devastating effects has ignited the interest of public agenciesresponsible for security and civil protection to study and plan solutions to mitigate its effects. Knowing how to cope with floods by mitigating their adverse impacts is a measure that should be adopted by civil society and public agencies through interlinked urban and environmental planning.

[pt] Todos os reservatórios de petróleo apresentam algum grau de fraturamento. Muitas vezes, a presença de fraturas afeta de forma significativa o fluxo dos fluidos nele contidos, seja por incrementarem a permeabilidade do meio, criando caminhos preferenciais de escoamento, seja por imporem algum tipo de barreira ao fluxo. Quando submetidos à injeção de água, reservatórios naturalmente fraturados podem apresentar graves problemas de produção prematura de água e baixíssimas eficiências de varrido. Os estudos realizados neste trabalho procuraram contribuir para o melhor entendimento dos processos de recuperação envolvidos na produção de reservatórios fraturados, bem como o impacto de cada um dos principais parâmetros que condicionam o fluxo no meio poroso fraturado. Foi realizada, ainda, uma análise de possíveis estratégias de drenagem para esse tipo de reservatório. Por fim, foram realizadas simulações para estudar possíveis ganhos da injeção de emulsão de óleo em água, como método de recuperação, em comparação com a injeção de água. / [en] All oil reservoirs have some degree of fracturing. Often, the presence of fractures affects significantly the flow of the fluids contained in the reservoir, increasing the permeability and creating preferential flow paths or by imposing some barrier to the flow. When subjected to waterflooding, naturally fractured reservoirs may have serious problems like early production of water or very low swept efficiencies. The analyses conducted in this study contemplated the understanding of recovery processes involved in the production of fractured reservoirs and the impact of each of the main parameters that influence the flow in fractured porous media. Also, an analysis of possible draining strategies for this type of reservoir was performed. Finally, simulations were performed to study the possible gains of emulsion injection, as a recovery method, compared with water injection.

[pt] O problema tratado nesta dissertação consiste em modelar reservatórios fluviais utilizando modelos geoestatísticos baseados em objetos. Este trabalho propõe um modelo baseado em objetos para sistemas fluviais que simula, conforme dados observados, duas das principais faces associadas aos reservatórios fluviais: o canal e o espraiamento de crevasse. O modelo proposto realiza uma simulação com condicionantes baseado na técnica Simulated Annealing. / [en] The problem addressed in this work is to model fluvial reservoirs using geostatistical model based on objects. This work aims to create an object-based model for fluvial systems which simulates, given some observed data, two of the principal facies associated to the fluvial reservoirs: the channel sand and crevasse splay sand. Also, it applies a simulation with constraints based on the Simulated Annealing approach.

[pt] Tradicionalmente, os testes de formação em poços de petróleo buscam caracterizar o campo de permeabilidades a partir da interpretação dos transientes de pressão (PTA) nos períodos de fluxo e estática baseados em modelos isotérmicos de escoamento em meios porosos. Com o avanço da instrumentação dos testes, registros mais precisos de temperatura passaram a estar disponíveis e fomentaram a pesquisa baseada em modelos não isotérmicos que possibilitaram a análise a partir dos transientes de temperatura (TTA). Além da caracterização de parâmetros do reservatório como permeabilidade e porosidade com a interpretação dos transientes de temperatura, os dados de pressão obtidos a partir de um modelo não isotérmico representa de forma mais fidedigna o fenômeno físico sobretudo quando os testes são submetidos a maiores diferenciais de pressão. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um simulador para teste de formação que considera a modelagem não isotérmica de reservatório unidimensional radial acoplado a um poço produtor e na utilização deste simulador, associado a métodos de otimização multivariável, para resolução do problema inverso da caracterização de parâmetros do reservatório. Alguns métodos de otimização foram testados e o algoritmo do Simplex de Nelder-Mead apresentou melhor eficácia. Foram estabelecidos três tipos de problemas e utilizados em três casos hipotéticos considerando inclusive a imposição artificial de ruídos nos sinais de pressão e temperatura utilizados para resolução do problema inverso. / [en] Traditionally, oil well formation tests aim to characterize the reservoir permeability field from pressure transient analysis (PTA) of drawdown and build up based on isothermal flow models in porous media. With the advancement of well test instrumentation, more accurate temperature records became available and have encouraged researches based on non-isothermal models that made possible the temperature transient analysis (TTA). In addition to the characterization of reservoir parameters such as permeability and porosity by TTA, the pressure data obtained from a non-isothermal model represent better the physical phenomenon, especially when the tests are subjected to greater drawdowns. This work consists in the development of a simulator for formation test that considers non-isothermal modeling of a unidimensional radial reservoir coupled to a production well and in the use of this simulator, associated with multivariable optimization methods, to solve the inverse problem of reservoir parameters characterization. Some optimization methods were tested and the Nelder-Mead Simplex algorithm presented better efficiency. Three types of problems were established and used in three hypothetical cases, including artificially imposed noise in pressure and temperature signals used to solve the inverse problem.

[pt] O teste de injetividade é um procedimento que tem por objetivo extrair informações sobre um reservatório de petróleo a partir da injeção de um fluido (usualmente, água) no reservatório. Com base na resposta de pressão medida durante o tempo de teste, pode-se inferir uma série de características acerca do reservatório, tais como permeabilidade equivalente, condição de fronteira do reservatório e volume de óleo recuperável. O teste de injetividade é dividido em dois períodos: um de fluxo, durante o qual ocorre a injeção de água no reservatório; e o segundo de falloff, no qual o poço é fechado e o fluxo ao longo do reservatório cessa. Os modelos analíticos hoje existentes são capazes de descrever bem tanto o período de injeção quanto o de falloff apenas para reservatórios com uma camada. Nos reservatórios com múltiplas camadas, somente o período de injeção tem uma formulação conhecida. Portanto, esse trabalho tem como objetivo propor uma solução analítica para o período de falloff em reservatórios com múltiplas camadas. A precisão da solução proposta foi avaliada a partir da comparação com um simulador numérico de fluxo para uma série de casos. Os resultados mostraram boa concordância entre os dados numéricos e o modelo proposto. Além disso, os dados do falloff obtidos com a solução analítica foram usados para estimar a permeabilidade equivalente do reservatório. Os valores encontrados apresentaram precisão satisfatória para todos os casos. / [en] The injectivity test is a procedure used to collect information over a petroleum reservoir by injecting a fluid (commonly, water) into the reservoir. According to the pressure response measured during the test, several reservoir features might be inferred, such as equivalent permeability, outer boundary condition and recoverable oil volume. Injectivity test consists of two different stages: the flow period and the falloff period. During the former, occurs the water injection into the rock formation. The latter stage is marked by the well shut-in and, hence, a zero-flow pulse propagates along the reservoir. Over the past years, accomplishments have been made regarding the pressure behavior in multilayer reservoirs under single-phase flow and injectivity tests in single-layer reservoirs. However, an analytical solution for pressure behavior in multilayer reservoirs is well known just during the flow period. Therefore, this work attempts to develop an analytical model for the falloff period in multilayer reservoirs. The accuracy of the proposed solution was assessed by comparison with a finite difference flow simulator. Results showed a close agreement between the analytical model and numerical data. Moreover, falloff data obtained by the analytical solution was used to estimate the reservoir equivalent permeability. Calculated values presented a satisfactory accuracy for all cases.

[pt] A presença de fraturas naturais em reservatórios de petróleo pode gerar grandes impactos no deslocamento de fluidos em seu interior. Os maiores problemas estão na irregularidade da área varrida pelo fluido injetado, por exemplo, a água, e a antecipação dos breakthroughs, ou seja, a chegada precoce da água aos poços produtores. De modo a analisar o efeito promovido pela presença de fraturas no meio, foram simulados os dois modelos de simulação de fluxo em reservatórios fraturados: o modelo de dupla-porosidade (DP) e o modelo de dupla-porosidade e dupla-permeabilidade (DPDK), bem como outros dois modelos derivados do modelo DP, o modelo de Subdomínios (SD) e o modelo MINC (Multiple Interacting Continua). Também foram realizadas análises paramétricas para compreender o impacto de propriedades, como as permeabilidades tanto da matriz quanto da fratura e o espaçamento das fraturas, no comportamento do fluxo em reservatórios fraturados. A presença de corredores de fraturas (fracture swarms) foi, igualmente, avaliada, assim como seu efeito associado à presença de camadas de altíssima permeabilidade (super-K). Por fim, foi simulado um modelo mais complexo, denominado GTEP, o qual foi construído a partir de uma seção aplicada à simulação de um reservatório carbonático gigante do Oriente Médio, com o intuito de exemplificar a irregularidade da área varrida em reservatórios naturalmente fraturados. / [en] The presence of natural fractures in oil reservoirs can generate major impacts on the fluid displacement inside them. The greatest problems are irregularity in the area swept by the injected fluid, e.g. water, and breakthroughs anticipation, or early arrival of water to the producing wells. In order to analyze the effect of the presence of fractures in the medium, two flow models of fractured reservoirs were constructed: the dual-porosity model (DP) and the dual-porosity and dual permeability model (DPDK), as well as two other models derived from the DP model, Subdomains model (SD) and MINC model (Multiple Interacting Continua). Parametric analyzes were also conducted to comprehend the impact of properties, such as the matrix permeability, the fracture permeability and the fracture spacing, on the flow behavior in fractured reservoirs. The presence of fracture corridors (fracture swarms) was also evaluated in three models, as well as its effect associated with the presence of layers of high permeability, denoted super-K. Finally, a more complex model, called GTEP Field, was simulated, which was constructed from a section applied to the simulation of a giant carbonate reservoir in the Middle East, in order to illustrate the irregularity of the swept area in natural fractured reservoirs.

[pt] Os reservatórios não convencionais de folhelho possuem permeabilidades muito baixas sendo necessário fraturar hidraulicamente a formação para aumentar a permeabilidade e conseguir um melhor desempenho do poço. O fraturamento hidráulico em vários estágios criado a partir de um poço horizontal gera uma complexa rede de fraturas, com variadas condutividades dentro do volume de reservatório estimulado. Neste trabalho realizamos análises paramétricas para avaliar os efeitos no desempenho do poço produtor causadas pela variação dos diferentes parâmetros dentro da complexa rede de fraturas criada. Estes parâmetros foram principalmente: os espaçamentos na rede de fraturas (sem propante), a condutividade na rede de fraturas (sem propante), a condutividade das fraturas primárias (preenchidas com propante), os espaçamentos das fraturas primárias (preenchidas com propante), a variação da permeabilidade ao longo das fraturas primárias e finalmente a variação das pressões do fundo do poço. Entender as relações entre o tamanho da rede de fraturas, os espaçamentos, a distribuição do propante e a condutividade das fraturas são parâmetros chaves para definir estratégias de estimulação e completação. Finalmente se fez uma simulação com injeção de água avaliando o impacto que causa na recuperação total de óleo e gás, e analisamos a possibilidade de aplicar este método de recuperação num reservatório fraturado hidraulicamente. / [en] The shale reservoirs have ultralow permeability requiring hydraulically fracturing the formation to improve permeability and get a better well performance. The multistage hydraulic fractures system created from a horizontal well generates a complex fracture network with different conductivities within the stimulated reservoir volume. In this work we made parametric analyzes to assess the effects on producer well performance caused by the variation of different parameters within the complex network fractures created. These parameters were mainly: spacing in the un-propped fracture network, the conductivity in the unpropped fracture network, primary fracture conductivity, primary fracture spacing, the variation of permeability along the primary fractures and finally the variation of downhole pressures. Understanding the relationship between fracture network size, fracture spacing, proppant distribution, and fracture conductivity is critical to stimulation and completion design. Finally a simulation with water injection evaluating its impact on recovering oil and gas was carried out, and the possibility of applying this method of recovery in a fractured reservoir was evaluated.The shale reservoirs have ultralow permeability requiring hydraulically fracturing the formation to improve permeability and get a better well performance. The multistage hydraulic fractures system created from a horizontal well generates a complex fracture network with different conductivities within the stimulated reservoir volume. In this work we made parametric analyzes to assess the effects on producer well performance caused by the variation of different parameters within the complex network fractures created. These parameters were mainly: spacing in the un-propped fracture network, the conductivity in the unpropped fracture network, primary fracture conductivity, primary fracture spacing, the variation of permeability along the primary fractures and finally the variation of downhole pressures. Understanding the relationship between fracture network size, fracture spacing, proppant distribution, and fracture conductivity is critical to stimulation and completion design. Finally a simulation with water injection evaluating its impact on recovering oil and gas was carried out, and the possibility of applying this method of recovery in a fractured reservoir was evaluated.

[pt] Uma das tarefas mais importantes da Engenharia de Reservatórios é definir a estratégia de produção. Isso significa estabelecer, dentre outras coisas, quantidade, características, localização, planejamento operacional e cronograma de abertura dos poços, a fim de maximizar a recuperação de óleo e o valor presente líquido (VPL) do projeto. Assim, a definição da melhor estratégia de produção representa um problema de otimização complexo, devido à quantidade de variáveis envolvidas. Geralmente, muitas dessas etapas são executadas manualmente, demandando assim muito tempo e esforço por parte do especialista. A disponibilidade de uma ferramenta computacional, que possa auxiliar o especialista em parte desse processo, pode ser de grande utilidade tanto para a obtenção de respostas mais rápidas, quanto para a tomada de decisões mais acertadas. Diante disso, este trabalho propõe um modelo computacional, baseado em Algoritmos Genéticos, para otimizar o cronograma de abertura de poços, considerando restrições técnicas e operacionais impostas pelo problema. O modelo proposto foi avaliado por meio do estudo de três casos. O primeiro consiste em um reservatório simples que foi utilizado, principalmente, para identificar a configuração mais adequada dos parâmetros evolutivos do algoritmo genético. O segundo, que consiste em um reservatório com características similares às de um reservatório real, foi submetido a uma análise econômica para avaliar o desempenho do modelo de solução diante de cenários econômicos: real, favorável e desfavorável. Em todos os testes realizados, o modelo de solução obteve resultados promissores, com VPL s superiores em até 18,8 porcento comparados ao VPL obtido com o cronograma proposto pelo especialista. / [en] One of the most important tasks of Reservoir Engineering is setting the production strategy. That means establishing, among other things, amount, character, location, operational planning and well opening scheduling in order to maximize oil recovery and net present value (NPV) of the project. Thus, the definition of the best strategy for production represents a complex optimization problem due to the many variables involved. Generally, many of these steps are performed manually, requiring so much time and effort on the part of the expert. The availability of a computational tool that can assist the expert part of this process, may be useful both to obtain faster responses, as for making better decisions. Thus, this work proposes a computational model based on genetic algorithms to optimize the schedule of digging wells, considering technical and operational constraints imposed by the problem. The proposed model was evaluated by the study of three cases. The first consists of a single reservoir that was used primarily to identify the most suitable configuration of parameters evolutionary genetic algorithm. The second, consisting of a reservoir with characteristics similar to those of a real reservoir, was subjected to an economic analysis to evaluate the performance of the model solution in the face of economic scenarios: real, favorable and unfavorable. And the third is in a real reservoir. In all tests, the model solution obtained promising results, with higher NPV s up 18.8 percent compared to the NPV obtained with the schedule proposed by the expert.

[pt] Este trabalho apresenta a Reservoir Risks Ontology (ResRiskOnto), uma ontologia aplicada aos riscos na indústria de óleo e gás associados ao domínio de reservatórios. Os componentes da ResRiskOnto são termos do domínio de trabalho de profissinais de reservatório, de forma a facilitar sua adoção na documentação futura de riscos. A ResRiskOnto tem como ideia central o conceito de Evento de Risco. Cada evento tem um conjunto de possíveis Participantes, que por sua vez possuem Características manifestadas pelo evento. A ontologia dispõe de um total de 97 termos, 29 dos quais derivados da classe Evento de Risco. Para desenvolver a ResRiskOnto, foi feita uma análise semântica em aproximadamente 2500 riscos de reservatórios documentados em linguagem natural. Este repositório é fruto de centenas de workshops de avaliação de riscos em projetos de óleo e gás, conduzidos na Petrobras durante uma década. A ontologia proposta fundamenta-se nos princípios da Basic Formal Ontology (BFO), uma ontologia de topo projetada para descrever domínios científicos. A BFO baseia-se no Realismo, uma visão filosófica segundo a qual os entes que constituem a realidade existem independentemente da nossa representação. No nível de domínio definimos os entes de reservatório usando os conceitos da GeoCore Ontology, uma ontologia para a Geologia. Para validar a ResRiskOnto os documentos do repositório foram anotados utilizando os entes e relações definidos na ontologia, e desenvolvido um modelo capaz de reconhecer entidades nomeadas e extrair as relações entre elas. Nossa contribuição é uma ontologia aplicada que permite o raciocínio semântico no repositório de documentos de risco. Esperamos que ela forneça (i) as bases para modelagem de dados de riscos relacionados a reservatórios; e (ii) um padrão para futura documentação de riscos no domínio de reservatório. / [en] This work proposes the Reservoir Risks Ontology (ResRiskOnto), an application ontology for risks in the oil and gas industry associated with the petroleum reservoir domain. ResRiskOnto s building blocks are terms dominated by reservoir professionals, so that it can be easily adopted in future risk documentation. ResRiskOnto is developed having at its center the concept of Risk Events. Each event has a set of possible Participants, that have its Characteristics manifested by the event. The ontology provides a total a set of 97 terms, 29 of which are derived from the Risk Event class. To develop the ResRiskOnto, we conducted a semantic analysis of documents that contain over 2500 reservoir-related risks described in natural language. This repository is the result of hundreds of risk assessment workshops in oil and gas projects, conducted in over ten years in Petrobras. This ontology is founded on the principles of the Basic Formal Ontology (BFO), a top-level ontology designed to describe scientific domains. One of BFO s most distinct characteristic is its commitment to Realism, a philosophical view of reality in which its constituents exist independently of our representations. On the domain-level, reservoir entities are described under the principles of the GeoCore Ontology, a core ontology for Geology. To validate the ResRiskOnto we annotate our risk documents repository with the ontology s entities and relations, developing a model that recognizes named entities and extracts the relations among them. Our contribution is an application ontology that allows semantic reasoning over the risk documents. We also expect to provide (i) a basis for data modelling in the case of reservoir-related risks; and (ii) a standard for future risk documentation in the reservoir domain.

[pt] A estimativa de produção de petróleo é um dos parâmetros essenciais para mensurar a economicidade de um campo e, para tanto, existem várias técnicas convencionais na área da engenharia de petróleo para predizer esse cálculo. Essas técnicas abrangem desde modelos analíticos simplificados até simulações numéricas mais complexas. Este trabalho propõem o uso de Redes Neurais Artificias (RNA) para prever uma curva de produção de óleo que mais se aproxime da obtida por um simulador numérico. A metodologia consiste na utilização da rede neural do tipo feedforward para a previsão da vazão inicial e da curva de produção ao longo de dez anos para um poço produtor de óleo. Essa metodologia tem aplicação prática na área da exploração, visto que, nessa fase, ainda há muita incerteza sobre a acumulação de petróleo e, portanto, os modelos de reservatório tendem a não ser complexos. Os resultados foram obtidos a partir do treinamento de RNAs com dados coletados do simulador numérico IMEX, cujas saídas foram posteriormente comparadas com os dados originais da simulação numérica. Foi possível obter uma precisão de 97 por cento na estimativa da vazão inicial do poço produtor de óleo. A previsão da curva de produção apresentou um erro percentual médio absoluto inferior a 10 por cento nos dois primeiros anos. Apesar dos valores de erro terem crescido ao longo dos últimos anos, eles são menores quando comparados com a metodologia de declínio exponencial e com a regressão linear múltipla. / [en] Production forecasting is one of the essential parameters to measure the economics of an oil field. There are several conventional techniques in petroleum engineering to estimate the production curve. They range from simplified analytical models to complex numerical simulations. This study proposes the use of Artificial Neural Networks (ANN) to predict an oil production curve that approximates to a numerical simulator curve. The methodology consists of using a feedforward neural network to predict the initial flow and the production forecast over ten years of an oil well. This methodology has practical application in the exploration area, since, at this stage, there is still much uncertainty about the oil accumulation, so the reservoir models tend not to be complex. The results were obtained from the ANN training with data collected from the numerical simulator IMEX, whose outputs were later compared with the original data of the numerical simulation. It was possible to get an estimate for the oil initial flow forecast with an accuracy of 97 percent. The production forecast had a mean absolute percentage error of less than 10 percent in the first two years. Despite the increasing error values over the years, they are smaller when compared to those obtained from the exponential decline and multiple linear regression.