Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:52:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269434.pdf: 2858553 bytes, checksum: a40fb9d6bf0b6863a34590d7ae283c8a (MD5) / A repartida de poços é um procedimento de alta complexidade. Em uma repartida mal executada, a vazão de líquido pode apresentar um comportamento oscilatório com variações bruscas, denominado #golfada severa#, o que é indesejável por diminuir a produtividade; atrapalhar o processo de separação, que ocorre à pressão constante; ou, até mesmo, levar ao desligamento do sistema. Atualmente, a repartida é realizada de forma manual, seguindo um caráter conservativo. A execução é baseada principalmente na experiência dos operadores, onde visa-se amenizar as golfadas até que o poço atinja o ponto de operação. A eficiência do procedimento é altamente dependente do operador. A troca de turno dos operadores pode levar a diferentes formas de execução da repartida, indicando a existência de uma grande variabilidade do procedimento. Neste trabalho, é apresentada uma análise do procedimento de repartida para o mapeamento e a compreensão dos principais fenômenos e como estes se manifestam durante sua execução. É proposta a automatização da repartida com o objetivo de propiciar uma repartida suave e diminuir o grau de influência do operador. São propostas duas estratégias de controle utilizando a medição da pressão de fundo e atuando na abertura do choke de produção. A primeira, é baseada na curva estática que relaciona a pressão de fundo à vazão de gás de injeção. Esta pressão define a quantidade de líquido que entra no tubo de produção. A estratégia é formulada de forma intuitiva, e procura variar a pressão de fundo de acordo com a vazão de gás injetado, regulando indiretamente a vazão de líquido. A malha de controle faz uso de um controlador PI e a referência é calculada através de um algoritmo estimador de pressão de fundo baseado na vazão de injeção. Na segunda estratégia, um controlador nebuloso é projetado para retratar a forma de atuação que um operador teria durante a execução do procedimento. As estratégias propostas são testadas no simulado OLGA2000, da empresa ScandpowerPT, utilizando um modelo validado experimentalmente. Resultados de simulação mostram que ambas técnicas atendem às especificações, e que portanto propiciam uma repartida suave, amenizando as golfadas severas. / The gas-lift wells restart process has high complexity. If the procedure is not carefully executed, the production liquid flowrate can show an oscillatory behaviour, called #severe slugs#. This situation is undesirable because it causes productivity loss, decreases oil-watergas separation process performance or can lead to the shutdown of the system. Nowadays at the production fields, the restart process is still performed manually, following a conservative way and based on the human operator knowledge. The main objective relies on supressing the liquid slug until the system reaches its production operation point. However, the process efficiency and variability have high level dependence of the human operator. In this work, an analysis of the process is presented in order to better understand the behaviour of the main process variables. Moreover, a process automation is proposed in order to execute a well-behaved restart. Two free model strategies are presented, using the downhole pressure measurement as controlled variable and the choke openning as manipulated variable. The first strategy is based on the steady-state curve which gives the downhole pressure as function of the injection gas flowrate. This pressure defines the liquid flowing from the well into the tubing bottom. The strategy tries to mantain the downhole pressure close to its steadystate value depending on the gas flowrate being injected into the well, and thus, indirectly regulating the liquid flowrate at the tubing bottom. The downhole pressure setpoint is calculated through an estimaton algorithm considering the gas flowrate as input. A control loop is designed using a switching PI controller. The second strategy relies on a fuzzy logic control system. The controller is designed trying to retract the action sequence of the manually execution. The two proposed strategies are tested using an experimentally validated model implemented in the OLGA2000 simulator of ScandpowerPT. Simulations results show that both techniques provide an adequate restart process avoiding the #severe slugs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:12:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327452.pdf: 31353074 bytes, checksum: 99dc046a16b92e2d5a1d51da9f292f83 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho propõe aplicar o método dos volumes finitos na solução de problemas acoplados escoamento/geomecânica envolvidos em processos de recuperação de petróleo. A solução de tal acoplamento equivale a resolver um problema que descreve o estado de tensões atuante na matriz sólida do reservatório e outro descrevendo o escoamento do fluido através do meio poroso. Normalmente este acoplamento é resolvido aplicando diferentes métodos numéricos em cada problema, volumes finitos ou diferenças finitas para o escoamento no meio poroso e elementos finitos para o estado de tensões na matriz sólida. Neste contexto está inserido o principal desafio do presente trabalho, resolver ambos os problemas com o mesmo método numérico empregando uma mesma malha computacional. As grandes vantagens desta abordagem unificada aplicando o método dos volumes finitos são a dispensa de interpolação na malha dos parâmetros de acoplamento durante a troca de informações de um problema para outro na solução iterativa e, ainda mais relevante, a garantia que as equações aproximadas de ambos os problemas são conservativas. Quanto à formulação matemática, o comportamento mecânico do meio poroso é modelado pela teoria da poroelasticidade de Biot e pelo princípio das tensões efetivas, enquanto o escoamento é regido pela lei de Darcy. É considerado um meio poroso formado por grãos sólidos deformáveis que está preenchido por um fluido pouco compressível. As soluções numéricas são obtidas para um domínio bidimensional, o qual o equilíbrio de tensões é definido para um estado plano de deformações. A validação numérica da metodologia proposta é largamente executada através da comparação de soluções numéricas com analíticas de três problemas testes, onde é constatada a eficiência e as vantagens desta metodologia. As soluções dos problemas propostos mostram que a ferramenta aqui desenvolvida é capaz de prever o comportamento das principais variáveis envolvidas em uma análise geomecânica de um reservatório. O desenvolvimento aqui apresentado oferece uma interessante alternativa para resolver problemas acoplados em uma abordagem unificada.<br> / Abstract : The purpose of this work is to apply the finite volume method to solve coupled flow/geomechanics problems involved in oil recovery processes. The solution of such coupling is equivalent to solve a problem which describes the stress field on the reservoir solid matrix and another describing the fluid flow through porous media. This coupled problem is normally solved using two different numerical methods on each problem, finite volume or finite difference for the flow in porous media and finite element for stress field in the solid matrix. In this context, the main challenge of this work is to solve both problems with the same numerical method employing the same computational mesh. The great advantages of this unified approach applying the finite volume method are the no requirement grid interpolation of the coupling parameters for the exchange of information from one problem to another in the iterative solution and, even more significantly, the guarantee that the approximate equations of both problems are conservative. As for the mathematical formulation, the mechanical behavior of the rock is modeled using the Biot?s poroelasticity theory and the principle of effective stress, while the flow is modeled by Darcy's law. It is considered a porous media formed by deformable solid grains filled by slightly compressible fluid. The numerical solutions are obtained for two-dimensional domains for a plane strain condition. The numerical validation of the proposed methodology is largely performed by comparing numerical solutions with analytical of three test problems, where the efficiency and advantages of this methodology are proven. The solutions of the proposed problems show that the developed tool is able to predict the behavior of the main variables involved in geomechanics analysis of reservoir. The unified numerical approach presented herein is an encouraging alternative for solving coupled problems of engineering interest.

SANTOS, J. S. Efeitos do fraturamento hidráulico em aqüiferos fissurais. 2008. 212 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-04-27T17:52:31Z No. of bitstreams: 1 2008_tese_jssantos.pdf: 13778107 bytes, checksum: d5be1f31fa7a1ac37d050b6350ab24e9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-05-11T19:12:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_tese_jssantos.pdf: 13778107 bytes, checksum: d5be1f31fa7a1ac37d050b6350ab24e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-11T19:12:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_tese_jssantos.pdf: 13778107 bytes, checksum: d5be1f31fa7a1ac37d050b6350ab24e9 (MD5) Previous issue date: 2008-03-18 / The demand of the people for more water has forced the development of techniques to improve the use of all forms of water resources. In some parts of the United States of America, hydraulic fracturing has been used to stimulate wells drilled in crystalline basement to increase its flow. In northeastern Brazil, the wells drilled in this type of geological formation often exhibit low flow, which leads to subsequent deactivation or simple neglect. The main objective of this research is to study, analyze and quantify the effects of hydraulic fracturing prints on transmissivity, connectivity and flow of a fissure aquifer. Therefore we developed a model of propagation of fractures in shallow formations and waterproof matrix. In addition, use was made of well hydraulics models for the determination of the hydrodynamic parameters of the aquifer. To test the methodology, data collected at two pumping wells drilled in the Horticultural Farm of University of New Hampshire, Durham, NH, were used. This data includes pre-fracturing pumping tests and post-fracturing, geophysical testing in addition to the fracturing operation records. A joint analysis of the results of pumping tests and fracture propagation model concluded that hydraulic fracturing increased transmissivity of fractures in 46 times in one well and 285 times in another. The connectivity of the fracture system experienced increases between 11 and 20 times. The practical data was a well spent to provide flow rates 10 times higher and the other this increase was 18 times. These improvements were possible because hydraulic fracturing extended the opening of fractures and made her beam spread for tens of meters. The distance that the fracture propagated from the well along with the increase in interconnection fractures connected the well to recharge the most favorable regions. / A demanda das populações por mais água tem forçado o desenvolvimento de técnicas para melhorar o aproveitamento de todas as formas de recursos hídricos. Em algumas partes dos Estados Unidos da América, o fraturamento hidráulico tem sido utilizado para estimular poços perfurados no embasamento cristalino a aumentarem suas vazões. Na região Nordeste do Brasil, os poços perfurados neste tipo de formação geológica frequentemente exibem baixas vazões, o que os leva à posterior desativação ou ao simples abandono. O objetivo principal desta pesquisa é estudar, analisar e quantificar os efeitos que o fraturamento hidráulico imprime sobre a transmissividade, a conectividade e as vazões de um aqüífero fissural. Para tanto se desenvolveu um modelo de propagação de fraturas em formações rasas e de matriz impermeável. Além disso, fez-se uso de modelos de hidráulica de poços para a determinação dos parâmetros hidrodinâmicos do aqüífero. Para testar a metodologia, dados coletados em dois poços de bombeamento perfurados na Fazenda de Horticultura da University of New Hampshire, Durham, NH, foram utilizados. Estes dados incluem testes de bombeamento pré-fraturamento e pós-fraturamento, ensaio geofísicos, além dos registros da operação de fraturamento. Uma análise conjunta dos resultados dos testes de bombeamento e do modelo de propagação de fratura permitiu concluir que, o fraturamento hidráulico aumentou a transmissividade das fraturas em 46 vezes em um poço e 285 vezes em outro. A conectividade do sistema de fraturas experimentou acréscimos entre 11 e 20 vezes. O dado prático foi que um poço passou a fornecer vazões 10 vezes maiores e no outro este aumento foi de 18 vezes. Estes melhoramentos foram possíveis porque o fraturamento hidráulico alargou a abertura das fraturas e fez seu raio propagar por dezenas de metros. A distância que a fratura propagou a partir do poço juntamente com o aumento na interconexão das fraturas conectou o poço a regiões mais favoráveis à recarga.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-04-11T15:06:56Z No. of bitstreams: 1 Tese de Doutorado Líllian Brandão.pdf: 3863683 bytes, checksum: 119eec5157a8693c6c8b1372317eaa13 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-04-11T15:07:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese de Doutorado Líllian Brandão.pdf: 3863683 bytes, checksum: 119eec5157a8693c6c8b1372317eaa13 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-11T15:07:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese de Doutorado Líllian Brandão.pdf: 3863683 bytes, checksum: 119eec5157a8693c6c8b1372317eaa13 (MD5) / A goma xantana é um exopolissacarídeo sintetizado por bactérias Xanthomonas e de extrema importância no aspecto comercial devido às suas propriedades, principalmente por formar soluções viscosas em baixas concentrações com ampla faixa de estabilidade de pH e temperatura, sendo aplicado na indústria de alimentos, farmacêutica e petroquímica. O objetivo deste trabalho foi estudar a produção de gomas xantana em diferentes escalas fermentativas (shaker e bioreator) a partir da fermentação de substrato alternativo (glicerina bruta residual do biodiesel) usando cepas nativas de Xanthomonas, visando à caracterização do polímero obtido e o potencial de aplicação em fluido de perfuração de poços de petróleo. As xantanas obtidas foram avaliadas quanto à produção, viscosidade aparente, peso molecular médio (PM), termogravimetria (TGA), composição de açúcares e ácidos, e nos fluidos de perfuração base água. As 12 cepas de Xanthomonas foram mantidas em YM-Agar, repicadas periodicamente e 20% do inóculo preparado em meio YM foi transferido para o meio fermentativo. Inicialmente os meios fermentativos, controle e alternativo (2,0%, m/v), suplementado com KH2PO4 (0,1% m/v) e uréia (0,01% m/v) foram testados em shaker. As cepas X. campestris mangiferaeindicae 2103 e X. axonopodis pv manihotis 356 foram selecionadas em função da produção de xantana (5,5g.L-1 e 1,24g.L-1) e viscosidade aparente (69,50mPa.s e 67,16mPa.s), respectivamente. Para aumentar a produção de goma da cepa 356, foram testadas: variação da concentração de glicerina bruta e de inóculo em shaker e em bioreator de 4,5L com variação de agitação. Os resultados máximos obtidos de produção foram de 1,38 g.L-1 (shaker) e 2,13 g.L-1 (bioreator). Com base nesses resultados, foi realizada a otimização da produção de goma xantana por fermentação da glicerina bruta com a cepa 2103, através de um planejamento estatístico em estrela DCCR (Delineamento Composto Central Rotacional) fracionado 22 com 4 pontos axiais e triplicata no ponto central, totalizando 11 ensaios. Duas variáveis independentes (agitação e aeração) foram avaliadas durante a fermentação em bioreator por 120 horas, sobre as respostas (produção de xantana, massa celular e viscosidade aparente). A agitação e aeração apresentaram efeitos estatisticamente significativos (p<0,05) na produção de massa celular e na viscosidade, e para a produção de xantana, apenas a agitação foi significativa. O ensaio 9 (1,0vvm de aeração e 500 rpm de agitação) resultou em maior produção de goma (6,34 g.L-1) aliada a maior viscosidade aparente de 252,38mPa.s (0,5%, 25ºC e 25s-1), e massa celular de 3,13 g.L-1. As condições melhores controladas em bioreator resultaram no aumento de 253,65% na viscosidade apesar de não ter aumentando a produção. A viscosidade aparente da goma produzida em bioreator foi maior que a produzida em shaker e as gomas obtidas apresentaram propriedades pseudoplásticas com pesos moleculares próximos ao da goma xantana comercial e altamente piruvatada (18,6%), um importante indicador na qualidade reológica nas xantanas. O comportamento de TGA também foi similar ao da goma comercial. A aplicação de baixa concentração da goma xantana e da glicerina bruta, como lubrificante, em nova formulação de fluido de perfuração base água apresentou resultados de leituras reológicas, força gel, volume de filtrado, viscosidade aparente, viscosidade plástica e coeficiente de lubricidade bastante promissores e evidenciaram propriedades próximas aos parâmetros estabelecidos na exploração de poços de petróleo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-26T08:51:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303356.pdf: 3566227 bytes, checksum: 8f1f75f1fcdcf746c471b25658f476a3 (MD5) / O método de elevação via gas-lift contínuo trata-se de um método muito utilizado pela indústria de petróleo, inclusive no Brasil onde é responsável por mais de 70% da produção. Essa grande utilização justifica a necessidade de ampliar os estudos e portanto do desenvolvimento de um modelo que consiga descrever os comportamentos dinâmicos e de regime permanente. Além disso, quando o poço opera com baixas vazão de injeção de gás podem ocorrer dois fenômenos oscilatórios característicos desse método de elevação, o Heading e o Density Wave, que também precisam ser descritos pelo modelo. O objetivo deste trabalho é então desenvolver um modelo fenomenológico simplificado que consiga descrever todos esses comportamentos. Para isso são aplicados os princípios de conservação de massa e de quantidade de movimento, como efeito de simplificação não foi considerado o princípio de conservação de energia, adotando-se uma temperatura constante para todo o comprimento do poço. Para validação dos resultados utilizou-se um simulador comercial, cujos dados foram confrontados aos do modelo. Como possíveis aplicações foi apresentada uma nova estratégia de controle e um exemplo de otimização do produção de óleo. / Gas-lift is an artificial lift method widely used by the petroleum industry, especially in Brazil where it is responsible for more than 70% of the total oil production. This widespread use justifies the need to expand the studies and therefore the development of a model that can describe its dynamic and steady-state behavior. Moreover, when the well operates with low gas injection flow rates two oscillatory phenomena, heading and density wave, characteristic of this elevation method, may happen and must be described by the model. The objective of this work is then to develop a simplified phenomenological model that can describe all these behaviors. For this purpose the mass and momentum conservation laws are applied. In order to obtain a simple but representative model the energy conservation law was not considered adopting a constant temperature throughout the length of the well. To validate the model results a commercial simulator was used. Examples of the model application in the area of control and optimization are presented. A new control strategy for heading and density wave phenomena is developed and simulated and the simulation results obtained with the optimization of the oil production of a group of wells is presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:42:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 313170.pdf: 22183716 bytes, checksum: d094a1b22e6b2c14059900e708bd7751 (MD5) / Uma estratégia especial para a discretização de reservatórios de petróleo encontrada na literatura tem por princípio manter o uso das tradicionais malhas corner-point nas regiões afastadas dos poços e empregar malhas cilíndricas ao redor destes. A necessária conexão entre estes dois tipos de malhas é sugerida ser feita através de malhas de transição, cuja característica principal é apresentar volumes de controle genéricos com um número arbitrário de faces. Dando ênfase a este tipo de malhas, também denominadas na literatura por malhas poligonais, o presente trabalho tem como foco o estudo, a implementação e a análise de métodos de reconstrução explícita do gradiente nelas empregados. Os métodos de reconstrução têm como tarefa fundamental determinar os vetores gradiente associados a todos os volumes de controle de uma malha poligonal através de valores discretos de pressão, associados aos centroides desses volumes. Tais métodos podem ser divididos em dois grandes grupos: um deles se utiliza da fórmula de Green-Gauss, derivada do teorema da divergência, e o outro emprega os princípios do método dos mínimos quadrados. Testes em diferentes tipos de malhas poligonais e considerando diferentes funções, cada uma representando um campo de pressão ao longo do domínio, são realizados com o intuito de determinar quais métodos de reconstrução apresentam os melhores resultados numéricos e tempos computacionais razoáveis para serem executados. Os resultados numéricos são analisados de acordo com o índice de convergência do gradiente de pressão e também de acordo com a magnitude da norma do erro deste gradiente. A determinação daqueles métodos que melhor desempenham a sua função e apresentam uma boa relação custo/benefício é importante para os esquemas numéricos que se utilizam do resultado do gradiente para aproximar os fluxos através das faces dos volumes de controle poligonais. Um esquema numérico que emprega o princípio anterior é também apresentado neste trabalho. Dois casos são testados com o intuito de avaliar a metodologia numérica proposta.<br> / Abstract : A special strategy for petroleum reservoir discretization found in the literature is based on the principle of maintain the use of the traditional cornerpoint grids in the regions away from the wells and employ cylindrical grids around them. The connection between these two types of grids is suggested to be made using transitional grids whose main characteristic is to be formed by control volumes with an arbitrary number of faces. This kind of grids is mostly known in the literature as polygonal grids. This work focuses on the study, the implementation, and the analysis of explicit gradient reconstruction methods employed with those grids. The purpose of these methods is to approximate the gradient vectors associated with all the control volumes of a polygonal grid using discrete values of pressure, localizated at control volume centroids. The methods belong to two main groups: one of them uses the Green-Gauss formula, derived from the divergence theorem, and the other one employs the least squares method. Tests on different types of polygonal grids and considering different functions, each one representing a pressure field in the domain, are performed in order to determine the gradient reconstruction methods that give more accurate numerical results in reasonable computational times. The numerical results are analyzed according to the convergence order of the pressure gradient and also according to the magnitude of the gradient error norm. The determination of the methods that show a good cost/benefit ratio is important for numerical schemes that need gradients for approximating the mass-flowthrough the control volumes interfaces. A numerical scheme applying gradient reconstruction methods to a singlephase flow model is also presented in this work. Two cases are tested in order to evaluate the numerical methodology proposed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-26T00:08:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 311767.pdf: 2519033 bytes, checksum: 0140bcb1f24e5adec57e2277cffbf636 (MD5) / A ocorrência de acidentes em processos de extração de petróleo offshore tem sido um sério problema em virtude de vazamentos e suas conseqüências. Além das perdas econômicas, há o grande impacto ambiental ocasionado por tais derramamentos, que causam danos à fauna, à flora e a ambientes naturais (praias, recifes, etc.). Nesse contexto, estudos experimentais envolvendo a captura de óleo antes de seu espalhamento e emersão e a habilidade de simular a fluidodinâmica desse sistema pode se constituir em um elemento-chave para o desenvolvimento de tecnologias de captura. Com o intuito de analisar o comportamento de jatos de óleo em direção ao meio subaquático e sua ocupação em um balão de captura, neste trabalho foi construída uma bancada experimental como cenário para montagem dos ensaios de vazamento. Foram realizados experimentos para análise do ponto de fragmentação do jato, onde foi possível determinar a altura em que ocorre a fragmentação em função da velocidade de injeção de óleo, o que pode servir como uma estimativa no posicionamento de um balão para a captura de óleo. Experimentos tratando da formação de emulsão dentro do balão de captura também foram realizados. De acordo com a taxa de vazão de óleo em direção ao aparato de captura e o volume ocupado pelo mesmo, seria possível o controle desse processo através de um sistema de drenagem do óleo de maneira a não ser necessária a substituição do balão em condições de campo. Nos experimentos de drenagem do óleo foi atestada a viabilidade desse processo que deve levar em conta a viscosidade do óleo em questão, pois essa propriedade tem grande influência no tempo necessário para a drenagem. Na avaliação da ascensão de óleo por uma mangueira aberta a pressão atmosférica constatou-se que a coluna de óleo pode atingir a certa altura acima da superfície. A partir das simulações foi possível a reprodução das alturas de fragmentação do jato de óleo de maneira compatível com o observado nos experimentos. Aspectos de difícil visualização nos experimentos foram simulados e constatado que, uma grande quantidade de água é arrastada pela coluna ascendente de óleo através do tubo, o que pode gerar um deslocamento de água desnecessário em processos de captura de óleo. Com a observação dos contra-fluxos no bocal de recepção foi possível visualizar a existência de um fluxo reverso de água que sai do balão prejudicando a entrada de óleo em processos de captura.<br> / Abstract : The occurrence of accidents in the process of offshore oil drilling has been a serious problem because of leaks and their consequences. Besides the economic losses, there is a great environmental impact caused by such spills, which cause damage to fauna, flora and natural environments (beaches, reefs, etc.). In this context, experimental studies involving the capture of oil before its spread and emergence and the ability to simulate the fluid dynamics of this system may constitute a key element for the development of capture technologies. In order to analyze the behavior of jets of oil into the underwater environment and its occupation in a catch balloon, an experimental system has been developed. Experiments were performed to analyze the point of fragmentation of the jet, in which it was possible to determine the fragmentation height due to the oil injection speed, which can serve as an estimate on the positioning of a balloon to capture oil. Experiments treating the formation of emulsion in the catch balloon were also performed. In accordance with the rate of oil flow into the capture apparatus, and the volume occupied by the same, it would be possible to control this process by a drain system of the oil so as not to be necessary to replace the balloon under field conditions. In the oil drain experiments was certified the feasibility of this process that must take into account the viscosity of the oil in question, because this property has great influence on the time required for drainage. In the evaluation of the rise of oil through a hose open to atmospheric pressure it was found that the oil can flow through the column at a certain height above the surface. From the simulations it was possible to reproduce the high fragmentation of the oil jet in a manner compatible with that observed in the experiments. Aspects difficult to see in the experiments were simulated and found that a large amount of water is drawn upward by the column of oil through the tube, which can cause a displacement of unnecessary water in oil capture processes. By observing the counter-receiving flows in the nozzle was possible to visualize the existence of a reverse flow of water coming out the balloon impairing the oil inlet in capture processes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:26:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 224943.pdf: 9471375 bytes, checksum: 62be90d6c9a228e043bccdbc0e293ac6 (MD5) / O modelo de desenvolvimento econômico global vigente tem trazido profundas transformações sociais e ambientais onde já não é mais possível ignorar ou desconsiderar o seu caráter predatório e devastador, sendo necessário conhecer cada vez mais profundamente as relações homem - natureza para que se possam impor limites ou condicionantes mais claros e efetivos. Este aspecto torna-se ainda mais relevante com relação à água, pois esta é fundamental à vida humana. Segundo estudos realizados pela UNESCO, oito milhões de pessoas morrem a cada ano no mundo por doenças e desastres ligados à qualidade e ao abastecimento de água, se considerando o abastecimento de água potável o maior desafio do século 21. O rápido processo de urbanização da costa brasileira, por exemplo, sem um acompanhamento adequado de medidas estruturais, faz com que sejam lançados efluentes domésticos e industriais no subsolo, o que aliado a um bombeamento excessivo dos poços de captação de água, pode inviabilizar o uso futuro dos mananciais subterrâneos. A atual Política Nacional de Recursos Hídricos a qual se baseia na bacia hidrográfica como unidade de gestão, torna-se de difícil aplicação no caso dos aqüíferos costeiros, pois as águas subterrâneas neste caso, pouco ou nada tem a ver com este tipo de morfologia do terreno. Assim, esta Tese apresenta a caracterização geral dos aqüíferos costeiros brasileiros e suas peculiares características hidrogeológicas e hidráulicas, em particular o raio de influência de bombeamento de poços, pois se entende que com o conhecimento do comportamento destes mananciais é possível estabelecer um método científico de proteção das águas subterrâneas e aproveitamento destes recursos hídricos sob a ótica do desenvolvimento sustentável. Para tanto foi realizada uma descrição destes mananciais em escala continental, levantamentos de campo em áreas específicas da costa e um estudo mais aprofundado na Ilha de Santa Catarina, sendo abordadas questões como a densificação urbana, incremento na demanda por água, uso intensivo de recursos hídricos subterrâneos e falta de políticas e ações visando à proteção destes. A partir dos dados levantados é proposta uma metodologia de estabelecimento de áreas de proteção de poços de abastecimento público que captam água em aqüíferos costeiros. Para validar o método, foi analisado um experimento prático, ou teste de aqüífero. Neste sentido, buscou-se subsidiar a legislação pertinente sobre os recursos hídricos, objetivando um ordenamento da ocupação dos espaços da costa sob a ótica do desenvolvimento sustentável. The global model of economic development has brought deep social and environmental transformations where already it is not more possible to ignore or to disrespect its predatory and devastador character, being necessary to know each time more deeply the relations man - nature so that is possible to impose clearer and effective limits. This aspect becomes still more important relating the water, therefore this it's basic to the human's life. According to studies carried by UNESCO, eight million people die each year in the world for illnesses or disasters related to the quality of the water supply, considering the potable water supply the greatest challenge of the 21 century. The fast process of urbanization of the Brazilian coast, for example, without an adequate accompaniment of structural actions, makes with domestic seepage and industrials effluent being launched underground, what together whith an large water well pumping, can make impracticable the future use of the ground water sources. The current National Politics for Hydrical Resources which is based on the river's basins as unit of management, becomes of the difficult application in the case of the aquifers of the coastal zones, therefore the groundwaters in that case, little or nothing has to see with this type of morphology of the land. Thus, this Thesis presents the general characterization of the coastal brazilian aquifers and its peculiar hydrogeological and hydraulical characteristics, in particular the ray of influence of pumping wells, therefore it understands that with the knowlege of the behavior of these sources it is possible to establish a scientific method for protection of groundwaters and exploitation of these hydrical resources under the optics of the sustainable development. For that, was carried through a description of these sources, in a continental scale, local studies in specific areas of the coast and a deepened study in the Santa Catarina Island, being pointed questions as the dense urban process, increment in the demand for water, intensive use of groundwater and lack of politics and action aiming at to the protection of these. From the gained data, is proposal an methodology of establishment of areas for protection for public supplying wells. To validate the method, a practical experiment, or aquifer test was analyzed. In this direction, searches to subsidize the pertinent legislation on the hydrical resources, objectifying a order of the occupation of the spaces of the coast under the optics of the sustainable development.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:48:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338915.pdf: 16725856 bytes, checksum: 055e5cfc8eb46f2bcff67dde1648ace8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Um dos grandes desafios presentes na simulação numérica de reservatórios de petróleo diz respeito à resolução dos sistemas lineares obtidos pela discretização de equações elípticas. Essa tarefa torna-se ainda mais complexa quando campos de permeabilidade altamente heterogêneos são considerados. Diversas estratégias de solução diretas e iterativas foram desenvolvidas ao longo dos últimos anos e empregadas nesse contexto, restringindo-se às últimas, nota-se que os métodos iterativos construídos a partir de pré-condicionadores do tipo multigrid são os mais utilizados devido a sua robustez e eficiência. Nesse trabalho avaliam-se as propriedades matemáticas e o desempenho computacional de uma subclasse de pré-condicionadores desse último tipo conhecida como ?multiescala?. As alternativas estudadas são implementadas computacionalmente e empregadas em conjunto com diversos métodos iterativos para a resolução precisa e também aproximada de problemas elípticos desafiadores. Dentre os problemas testados, verifica-se que a melhor estratégia de configuração para o pré-condicionador multiescala é constituída por um operador de restrição do tipo galerkin, suavizador baseado em fatoração incompleta e razões de engrossamento ao redor de 10 ao longo de cada direção do reservatório. Diversas outras estratégias de solução direta e iterativa disponíveis no pacote científico PETSc são testadas para a resolução dos problemas em questão, da onde conclui-se que o pré-condicionador BoomerAMG associado ao método do gradiente conjugado e também o método direto Cholesky-UMFPACK são as mais eficientes em ambos quesitos matemático e computacional, inclusive em relação ao método multiescala de referência quando se deseja encontrar soluções com elevadas precisões. <br> / Abstract : One of the major challenges faced by reservoir simulation is about the solution of the linear systems obtained by the discretization of elliptic equations. This task turns out to be even more complex when highly heterogeneous permeability fields are present. Different strategies of direct and iterative methods have been developed in the last years and employed in this context. Considering the last ones, it s possible to note that iterative methods built by multigrid preconditioners are the most employed because of their robustness and efficiency. In this work, the mathematical properties and the computational performance of multigrid-like preconditioners called multiscale preconditioners are evaluated. The studied alternatives are implemented computationally and employed in conjunction of iterative methods for the precise and approximate solution of challenging elliptic problems. Given the tested problems, it was possible to verify that the best configuration properties for a multiscale preconditioner are composed by a galerkin restriction operator, smoothers based on incomplete factorization and coarsening ratios around of ten for each direction of the grid. Several others solutions strategies available in the scientific package PETSc were evaluated using the same set of problems as before and it was possible to conclude that the BoomerAMG preconditioner associated with the conjugate gradient method as well as the direct method Cholesky-UMFPACK are the most efficient ones in both mathematical and computational evaluation points and are even better than the multiscale preconditioner when the intention is to get a precise solution.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-04T04:08:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344655.pdf: 1117941 bytes, checksum: a45c92ea3c17a0805934928a27206a2e (MD5) Previous issue date: 2016 / A otimização da produção de poços de petróleo operados por injeção contínua de gás (gas-lift) sob restrições de roteamento e pressão é um problema que tem sido bastante abordado na literatura técnica.Na busca por uma representação da relação em regime permanente entre variáveis do processo, recorre-se, frequentemente, a funções algébricas. Funções essas derivadas a partir de um conjunto de dados obtidos de medições reais ou de simuladores fenomenológicos do processo. Dois métodos são comumente usados para aproximar essas relações: modelos não lineares e lineares por partes. Modelos não lineares são resolvidos por abordagens "caixa-preta" ou fazem uso de substituições obtidas por meio de ajustes nas funções que envolvem o problema, o que permite resolver problemas difíceis.Já os modelos lineares por partes são bastante eficientes no sentido de permitirem que se alcance ótimos globais, entretanto, inserem no problema de otimização um número elevado de variáveis quando são utilizadas muitas curvas para a representação do modelo.Nessa dissertação é proposta uma abordagem genérica para a solução do problema a partir de aproximações lineares ou quadráticas côncavas para curvas de produção de poços e funções lineares ou quadráticas convexas para curvas de queda de pressão. O resultado é uma formulação em Programação Convexa Inteira Mista a qual é mais compacta e permite que se alcance o ótimo global. No entanto, utilizando somente aproximações lineares para curvas de produção de poços e queda de pressão, o modelo se torna de Programação Linear Inteira Mista, o qual é mais eficiente quando aplicado a modelos com um menor fatiamento do domínio.Duas formulações foram desenvolvidas e suas eficiências foram analisadas em termos de análise computacional para um campo de petróleo sintético representativo. Além disso, demonstra-se que essas formulações são equivalentes e podem ser utilizadas para a solução do problema de otimização da produção de petróleo.<br> / Abstract : The optimization of oil wells operated by gas-lift under facility, routing and pressure constraints is a problem that is being addressed in the technical literature. Due to the presence of unknown functions that are not given in explicit form, two methods are commonly used to approximate such relations: nonlinear and piecewise-linear models. The nonlinear methods fall into derivative-free or black-box approaches, or make use of surrogates obtained by curve fitting procedures, which can entail solving challenging problems. Piecewise linear models are efficient in order to reach globally optimal solutions, but their models tend to get very large because of the number of variables inserted in the problem.In this work, it is proposed a generic approach relying on linear or concave quadratic approximations for well production curves and linear or convex quadratic functions for pressure drops combining all possibilities of approximations. The result is a Mixed-Integer Convex Programming (MICP) formulation which is more compact and allows the global optimum to be reached. However, using only linear curves for well production and pressure-drop curves the model becomes a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulation which is more efficient when applied in smaller domain divisions.Two formulations were developed and their performance were assessed by means of computational analysis for a representative synthetic oil field.