Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-04T11:22:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TeseLeoCabral_vrsFinal.pdf: 37484380 bytes, checksum: b61e5bb415f505345e69623ffd098b9e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-04T11:22:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TeseLeoCabral_vrsFinal.pdf: 37484380 bytes, checksum: b61e5bb415f505345e69623ffd098b9e (MD5) Previous issue date: 2015-07-08 / A disciplina de geomecânica de reservatórios engloba aspectos relacionados não somente à mecânica de rochas, mas também à geologia estrutural e engenharia de petróleo e deve ser entendida no intuito de melhor explicar aspectos críticos presentes nas fases de exploração e produção de reservatórios de petróleo, tais como: predição de poro pressões, estimativa de potenciais selantes de falhas geológicas, determinação de trajetórias de poços, cálculo da pressão de fratura, reativação de falhas, compactação de reservatórios, injeção de CO2, entre outros. Uma representação adequada da quantificação de incertezas é parte essencial de qualquer projeto. Especificamente, uma análise que se destina a fornecer informações sobre o comportamento de um sistema deve prover uma avaliação da incerteza associada aos resultados. Sem tal estimativa, perspectivas traçadas a partir da análise e decisões tomadas com base nos resultados são questionáveis. O processo de quantificação de incertezas para modelos multifísicos de grande escala, como os modelos relacionados à geomecânica de reservatórios, requer uma atenção especial, principalmente, devido ao fato de comumente se deparar com cenários em que a disponibilidade de dados é nula ou escassa. Esta tese se propôs a avaliar e integrar estes dois temas: quantificação de incertezas e geomecânica de reservatórios. Para isso, foi realizada uma extensa revisão bibliográfica sobre os principais problemas relacionados à geomecânica de reservatórios, tais como: injeção acima da pressão de fratura, reativação de falhas geológicas, compactação de reservatórios e injeção de CO2. Esta revisão contou com a dedução e implementação de soluções analíticas disponíveis na literatura relatas aos fenômenos descritos acima. Desta forma, a primeira contribuição desta tese foi agrupar diferentes soluções analíticas relacionadas à geomecânica de reservatórios em um único documento. O processo de quantificação de incertezas foi amplamente discutido. Desde a definição de tipos de incertezas - aleatórias ou epistêmicas, até a apresentação de diferentes metodologias para quantificação de incertezas. A teoria da evidência, também conhecida como Dempster-Shafer theory, foi detalhada e apresentada como uma generalização da teoria da probabilidade. Apesar de vastamente utilizada em diversas áreas da engenharia, pela primeira vez a teoria da evidência foi utilizada na engenharia de reservatórios, o que torna tal fato uma contribuição fundamental desta tese. O conceito de decisões sob incerteza foi introduzido e catapultou a integração desses dois temas extremamente relevantes na engenharia de reservatórios. Diferentes cenários inerentes à tomada de decisão foram descritos e discutidos, entre eles: a ausência de dados de entrada disponíveis, a situação em que os parâmetros de entrada são conhecidos, a inferência de novos dados ao longo do projeto e, por fim, uma modelagem híbrida. Como resultado desta integração foram submetidos 3 artigos a revistas indexadas. Por fim, foi deduzida a equação de fluxo em meios porosos deformáveis e proposta uma metodologia explícita para incorporação dos efeitos geomecânicos na simulação de reservatórios tradicional. Esta metodologia apresentou resultados bastante efetivos quando comparada a métodos totalmente acoplados ou iterativos presentes na literatura. / Reservoir geomechanics encompasses aspects related to rock mechanics, structural geology and petroleum engineering. The geomechanics of reservoirs must be understood in order to better explain critical aspects present in petroleum reservoirs exploration and production phases, such as: pore pressure prediction, geological fault seal potential, well design, fracture propagation, fault reactivation, reservoir compaction, CO2 injection, among others. An adequate representation of the uncertainties is an essential part of any project. Specifically, an analysis that is intended to provide information about the behavior of a system should provide an assessment of the uncertainty associated with the results. Without such estimate, perspectives drawn from the analysis and decisions made based on the results are questionable. The process of uncertainty quantification for large scale multiphysics models, such as reservoir geomechanics models, requires special attention, due to the fact that scenarios where data availability is nil or scarce commonly come across. This thesis aimed to evaluate and integrate these two themes: uncertainty quantification and reservoir geomechanics. For this, an extensive literature review on key issues related to reservoir geomechanics was carried out, such as: injection above the fracture pressure, fault reactivation, reservoir compaction and CO2 injection. This review included the deduction and implementation of analytical solutions available in the literature. Thus, the first contribution of this thesis was to group different analytical solutions related to reservoir geomechanics into a single document. The process of uncertainty quantification has been widely discussed. The definition of types of uncertainty - aleatory or epistemic and different methods for uncertainty quantification were presented. Evidence theory, also known as Dempster- Shafer theory, was detailed and presented as a probability theory generalization. Although widely used in different fields of engineering, for the first time the evidence theory was used in reservoir engineering, which makes this fact a fundamental contribution of this thesis. The concept of decisions under uncertainty was introduced and catapulted the integration of these two extremely important issues in reservoir engineering. Different scenarios inherent in the decision-making have been described and discussed, among them: the lack of available input data, the situation in which the input parameters are known, the inference of new data along the design time, and finally a hybrid modeling. As a result of this integration three articles were submitted to peer review journals. Finally, the flow equation in deformable porous media was presented and an explicit methodology was proposed to incorporate geomechanical effects in the reservoir simulation. This methodology presented quite effective results when compared to fully coupled or iterative methods in the literature.

Ce travail porte sur la modélisation de la formation et la dispersion d'un nuage de gouttes, par déconfinement d'un liquide: agression extérieure ou situation accidentelle. Le but est la construction d'un modèle apte à reproduire simultanément les conditions génératrices de la formation du nuage et l'évolution de ce nuage dans le temps (dispersion). La principale difficulté réside en la différence des modèles adaptés à la description d'écoulements caractérisant chaque étape du phénomène global : modèle d'écoulement multiphasique à phases compressibles (milieux continus) initialement, puis fragmentation et formation du nuage de gouttes dispersées dans une phase porteuse (modèle d'écoulements dilués). En l'absence de modèle analytique unique apte à décrire l'ensemble de ces processus, on propose une approche originale pour réaliser un couplage effectif entre ces deux modèles. La problématique de formation et de dispersion de liquide implique la prise en compte de plusieurs phénomènes physiques: fragmentation, transferts de chaleur et de masse ainsi que la traînée entre les phases. Ces différents phénomènes sont introduits dans le modèle global via des termes d'interactions présents dans les systèmes d'équations. La construction de ce modèle complet à permis la réalisation de calculs décrivant la formation et la dispersion d'un nuage de gouttes pouvant intervenir lors de situations accidentelles sur des sites industriels par exemple. / This work focuses on modeling the formation and the dispersion of a cloud of droplets, induced by ejection of a liquid, resulting from an external aggression or an accidental situation. The goal is to build a model able to reproduce simultaneously the conditions which generate the cloud formation and the cloud evolution in time (dispersion). The main difficulty lies in the differences between the already existing models adapted to the description of flows which are able to characterize each stage of the global phenomenon: initially a multiphase flow model with compressible phases (Continuum), then the atomization and the formation of a cloud of droplets dispersed in a carrier phase (dilute flow model). We propose a new approach to achieve an effective coupling between these two models. The problem of the formation and the dispersion of the liquid requires to take into account several physical phenomena: atomization, heat and mass transfers and drag between phases. These phenomena are included in the global model through interaction terms involved in the systems of equations. The construction of this model has permited the realization of calculations describing the formation and dispersion of a cloud of droplets which may occur during, for axample, in accidental situations at industrial sites.