[pt] Para uma melhor previsibilidade e gerenciamento de reservatórios de hidrocarbonetos é necessário estabelecer modelos constitutivos adequados para representar o comportamento mecânico e hidráulico desses materiais. Durante a produção de hidrocarbonetos, ocorre um aumento das tensões efetivas devido à redução de pressão de poros. Isto pode levar à redução do espaço poroso do reservatório, podendo chegar ao colapso de poros. A compactação dos reservatórios é consequência da alteração do estado de tensões, que produzem deformações elásticas e plásticas, levando eventualmente à ruptura da rocha. Sabe-se que a resistência dos carbonatos está relacionada à porosidade, mineralogia e arranjo dos grãos. Sendo que este tipo de rocha, geralmente, tem um comportamento elastoplástico com características anisotrópicas. O uso de modelos constitutivos avançados é necessário para reproduzir o complexo comportamento de tensão-deformação-permeabilidade das rochas carbonáticas. Os modelos elastoplásticos isotrópicos Lade-Kim e Cam Clay Modificado com Coesão (CCMC), são usados neste trabalho para tentar representar o comportamento geomecânico do travertino; rocha análoga a uma das fácies do Pré-Sal brasileiro. Parâmetros destes modelos para este tipo de rochas dificilmente são encontrados na literatura, sendo sua determinação dependente de ensaios de laboratório cuidadosamente realizados. O presente trabalho tem como objetivo contribuir com o estabelecimento de modelos adequados para representar o comportamento geomecânico da rocha carbonática travertino em função da porosidade. Como parte do presente trabalho foi desenvolvido um modelo anisótropico denominado CALK, baseado no modelo isotrópico de Lade-Kim. Além disso ensaios triaxiais a compressão, hidrostáticos e compressão uniaxial foram realizados em amostras da rocha carbonática travertino com diferentes orientações das camadas em relação ao eixo axial das amostras (paralelo, Beta = 90 graus; ortogonal, Beta = 0 grau; e inclinado, Beta = 45 graus). Os resultados dos ensaios foram usados para estabelecer parâmetros dos modelos constitutivos Lade-Kim e CCMC. O processo de retroanálise foi utilizado, incorporando o algoritmo Lade-Kim, desenvolvido em MATLAB 2017 e FORTRAN 90 nos algoritmos DREAM e MINPACK, respectivamente. Os resultados obtidos indicam que a metodologia proposta e o modelo CALK é capaz de representar adequadamente, o comportamento mecânico do travertino observado em laboratório. / [en] For better predictability and management of hydrocarbon reservoirs it is necessary to establish adequate constitutive models to represent the mechanical and hydraulic behavior of these materials. During the production of hydrocarbons, an increase in effective stresses occur due to the reduction of pore pressure. This can lead to a reduction in the pore space of the reservoir and may lead to pore collapse. The compaction of the reservoirs is a consequence of the alteration of the state of stress, which produce elastic and plastic deformations, eventually leading to failure of the rock. It is known that the resistance of the carbonates is related to the porosity, mineralogy and arrangement of the grains. Since this type of rock usually has an elastoplastic behavior with anisotropic characteristics. The use of advanced constitutive models is necessary to reproduce the complex stress-strainpermeability behavior of sedimentary rocks. The Lade-Kim and Modified Cam Clay with Cohesion (CCMC) isotropic models are used in this work to try to represent the geomechanical behavior of travertine; a rock analogous to one of the Brazilian Pre-Salt facies. Parameters of these models for these type of rocks are seldom found in the literature, and their determination depends on carefully performed laboratory tests. The present work aims to contribute with the establishment of adequate models to represent the geomechanical behavior of travertine carbonate as a function of porosity. As a part of the present work an anisotropic model called CALK was developed, based on the isotropic model of Lade-Kim. In addition, triaxial compression, hydrostatic and uniaxial compression tests were performed on travertine carbonate samples with different orientations of the layers in relation to the axial axis of the samples ( parallel, Beta = 90 degrees , orthogonal, Beta = 0 degrees and inclined, Beta = 45 degrees) The results of the tests were used to establish parameters of the constitutive models Lade-Kim and CCMC. The retro-analysis process was used, incorporating the Lade-Kim algorithm, developed in MATLAB 2017 and FORTRAN 90, to the DREAM and MINPACK algorithms, respectively. The results indicate that the proposed methodology and the CALK model are able to adequately represent the mechanical behavior of the travertine observed in the laboratory.

[pt] As atividades de perfuração e completação de poços de petróleo são as que mais demandam tempo e dinheiro entre os mais variados processos que compõem os sistemas de exploração e produção de óleo e gás. Por isso, qualquer avanço nessa área poderia representar valores bastante expressivos em uma indústria de bilhões e com investimentos cada vez maiores. Partindo desse princípio, há uma linha de pesquisa, iniciada em 1997 pelo Gas Technology Institute, que estuda a aplicação de lasers de alta potência nos processos de construção de poços. Desde então, vários experimentos que destacaram as potenciais vantagens do laser em relação aos sistemas convencionais foram realizados. Tomando como base essa premissa, o objetivo desta dissertação é aprofundar os estudos acerca da interação entre laser e rocha. Existe um interesse especial deste trabalho relacionado ao pré-sal brasileiro, por isso a maioria dos experimentos foi feita com a utilização de rochas carbonáticas. Assim, foram realizadas análises de eficiência por meio dos conceitos de energia específica. Além disso, abordou-se a perfuração também de forma dinâmica, baseado em estudos de energia específica de corte. Essa consideração foi feita com o intuito de se alcançar maiores diâmetros comparados às pequenas dimensões geradas pelo feixe do laser em processos estáticos. A ideia é fornecer maiores informações resultantes desses processos e contribuir para que seja estudada a viabilidade no desenvolvimento de futuras ferramentas a laser. / [en] Within the petroleum exploration and production process, well drilling and completion are the activities that require a greater investment of both time and money. Because of this, any evolution in this area could represent significant values within this billion dollar industry which has continuously growing investments. Thus, the Gas Technology Institute started a line of research in 1997, which studies the high power laser application in the well construction process. Since this study, many experiments have been realized, which have highlighted the laser potential advantages compared to the conventional systems. Accordingly, the intention of this work is to further these studies of the interaction between laser and rock. There is a special interest in Brazilian pre-salt and because of this, most experiments were conducted using carbonate rocks. Therefore, efficiency analysis was made based on the specific energy concept. In addition to this, drilling was also approached as a dynamic process using the specific kerfing energy study. This consideration was made with the objective of achieving higher diameters compared to the small dimensions that are created by the laser beam in static process. These experiments have been conducted with the intention of generating and contributing even more information, thus, we can better study the development feasibility of future laser tools.