Made available in DSpace on 2018-05-09T12:03:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000488731-Texto+Completo-0.pdf: 9521284 bytes, checksum: c69cc2ad925316be0c15638aac8f5999 (MD5) Previous issue date: 2017 / Carbon geological storage in depleted wells has been identified as an important solution to mitigate the environmental impacts caused by the release of CO2 into the atmosphere. However, the degradation of the materials used in the construction of the wells over the years has been one of the major concerns of the application of this technology, due the possibility of CO2 escape to the surface. The most susceptible region of CO2 leakage is through the wellbore at the interface between the cement paste and rock formation. The degradation of the cement paste occurs due to the presence of CO2 and water or brine, occurring acid carbonation that causes loss on mechanical resistance and increase in porosity. This work aims to study the chemical alteration of the class G cement paste in the presence of arenite rock of the Rio Bonito Formation (Paraná Basin-Brazil) by humid CO2, CO2 saturated water and brine saturated with CO2, simulating the geological storage conditions with a depth of 1,500 m, corresponding to a temperature of 70°C and the pressure of 15MPa. For the degradation test, samples were made by pouring a cement into the hole of an arenite cylinder. The tests were performed in two exposure times, 28 and 180 days, and the chemical degradation of the cement phases was evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM / FEG) and X-Ray Diffraction. The density of cement and rock before and after exposure to CO2 was obtained by pycnometry and the surface area of the rock pores and the diameter of them were evaluated by the BJH method. In addition, the percentage of inorganic carbon present in the rock was determined before and after the degradation tests.The carbonation of the cement was less accelerated in the samples exposed to the saline solution than in the supercritical environment of CO2 and CO2 saturated water, probably due to the decreasing of CO2 solubility in the aqueous medium in the presence of salts and also due to the higher precipitation of carbonate in the pores of the rock that make difficult the CO2 percolation. The density measurements showed that there was an increase in the density of rock and cement (near the interface with the rock) after exposure to CO2 and the density increased with the time of exposure. The surface area of the rock pores, for both times and all mediums, increased after expusure to CO2 due the precipitation of CaCO3, while the radius of the pore have a tendence to decrease. In addition, an increase in the amount of carbon present in the rock after CO2 exposure was observed for the three studied environment and the two exposure times, and a higher amount of carbon was observed for the rock samples exposed to the saline solution, and in this case the carbon content significantly increased from exposure time from 28 days to 180 days. / O armazenamento geológico de carbono em poços depletados tem sido apontado como uma solução importante para a mitigação de impactos ambientais causados pela liberação do CO2 na atmosfera. No entanto, a degradação dos materiais utilizados na construção dos poços ao longo dos anos tem sido uma das maiores preocupações da aplicação desta tecnologia, uma vez que pode favorecer o vazamento do CO2 para a superfície. A região do poço mais suscetível à fuga de CO2 é a interface da pasta de cimento com a formação rochosa. A degradação da pasta de cimento se dá devido a presença de CO2 e água ou salmoura, ocorrendo a carbonatação ácida que gera perda de resistência mecânica e aumento da porosidade. Este trabalho tem como objetivo estudar a alteração química da pasta de cimento classe G em presença da rocha sedimentar arenosa da Formação de Rio Bonito (Bacia do Paraná-Brasil) nos meios de CO2 úmido, água saturada com CO2 e solução salina saturada com CO2, simulando as condições de armazenamento geológico com profundidade de 1.500m, correspondendo a uma temperatura de aproximadamente 70°C e a pressão de 15MPa. Para os ensaios de degradação foram confeccionados corpos de prova constituídos de rocha e cimento. Os ensaios tiveram duração de 28 ou 180 dias e a degradação química das fases do cimento foi avaliada por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV/FEG) e difração de raios X. A densidade do cimento e da rocha antes e após exposição ao CO2 foi obtida por picnometria e a área superficial dos poros da rocha o diâmetro médio dos mesmos foram avaliados pelo método BJH. Além disso, foi determinado o percentual de carbono inorgânico presente na rocha antes e após os testes de degradação.A carbonatação do cimento foi menos acelerada para os corpos de provas expostos à solução salina que nos meios de CO2 supercrítico úmido e água saturada com CO2, provavelmente devido a presença de sais diminuir a solubilidade do CO2 no meio aquoso e também devido a maior precipitação de carbonato nos poros da rocha que dificultaram a percolação do CO2. As medidas de densidade mostraram que houve um aumento na densidade da rocha e do cimento (próximo à interface com a rocha) após exposição ao CO2 e a densidade aumentou com o tempo de exposição ao CO2. A área superficial dos poros da rocha medidas, para ambos os tempos e todos os meios, aumentou com a precipitação de CaCO3 enquanto que o raio médio do poro tendeu a diminuir para a maioria dos casos. Adicionalmente, observou-se um aumento na quantidade de carbono presente na rocha após exposição ao CO2 para os três meios estudados e os dois tempos de exposição, sendo que uma maior quantidade de carbono foi observada para as amostras de rocha expostas à solução salina, sendo que neste caso o teor de carbono aumentou significativamente do tempo de exposição de 28 dias para 180 dias.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000440818-Texto+Completo-0.pdf: 9330116 bytes, checksum: 593e3db55c6eb96b1b60a9c7711e854b (MD5) Previous issue date: 2012 / This work addresses the topic geological storage of CO2 in oil wells from the point of view of studying the integrity of materials, specifically cement paste used to cement and seal oil and gas wells. The degradation of class G cement paste was evaluated after exposure to wet supercritical CO2 and in the presence of different concentrations of saline solutions (NaCl 0. 5 M, 1M, 2M and 4M) in terms of microstructural changes and compressive strength. The degradation tests of cement paste were carried out at a temperature of 70 ° C and 15 MPa, which corresponds to a well of approximately 1. 500 m, for a period up to 50 days. The mechanism of degradation of cement observed involves the dissolution of portlandite, the precipitation of calcium carbonate (cement carbonation) and subsequent dissolution of carbonates, creating a highly porous layer near the surface of samples (bicarbonate layer). The results obtained indicate that the chemically modified layer due to reactions involving CO2 has a tendence to decrease as the salinity of the solution increase up to 2 M, which in this case is probably associated with the fact that the solubility of CO2 in solution decreases as salinity increases. However, for concentration of 4 M, close to NaCl saturation in solution, an increase in thickness of the layer chemically altered was observed, which can be related to high chemical activity of CO2 in this concentration, once its activity increases greatly with salinity. The chemical degradation suffered by the cement paste due to exposition to CO2 for periods up to 50 days did not affect its compressive strength; on the contrary for most of the cases a small increase on compressive strength was observed, which may be associated with the pore clogging by carbonates. / Este trabalho aborda o tema armazenamento geológico de CO2 sob o ponto de vista do estudo da integridade de materiais, mais especificamente da pasta de cimento utilizada no revestimento e selo de poços de petróleo e gás e poços para armazenamento de CO2. A degradação da pasta de cimento classe G foi avaliada após exposição ao CO2 supercrítico úmido e em presença de solução salina de diferentes concentrações (NaCl 0,5M, 1M, 2M e 4M) em termos de mudanças microestruturais e resistência à compressão. Os testes de degradação da pasta de cimento foram realizados a 70°C e 15 MPa, o que corresponde a um poço de aproximadamente 1. 500 m, por períodos de até 50 dias. O mecanismo de degradação da pasta de cimento observado envolve a dissolução da portlandita, a precipitação de carbonato de cálcio (carbonatação do cimento) e posterior dissolução desses carbonatos, criando uma camada de elevada porosidade e baixa resistência próximo à superfície das amostras (camada bicarbonatada). Os resultados obtidos indicam que as camadas alteradas quimicamente devido às reações envolvendo o CO2 apresentam uma tendência de diminuição à medida que a salinidade aumenta até a concentração de 2 M, o que pode ser explicado pelo fato que a solubilidade do CO2 diminui a medida que a salinidade da solução aumenta. Entretanto, para a concentração de 4 M, próxima a saturação do NaCl em solução, houve um aumento da camada alterada quimicamente, o que pode ser atribuído à alta atividade química do CO2 nesta concentração, uma vez que esta aumenta muito com a salinidade para meios contendo CaCO3. A degradação química sofrida pela pasta de cimento pela exposição ao CO2 por um tempo de até 50 dias não comprometeu sua resistência à compressão. Para a maioria dos casos observou-se o contrário, um pequeno aumento na mesma, o que pode estar associado com o fechamento dos poros com cristais de carbonato.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000438650-Texto+Completo-0.pdf: 10714196 bytes, checksum: afe6821031ca980065a1b68ea1f81fd7 (MD5) Previous issue date: 2012 / The issue of greenhouse gases particularly the emission of carbon dioxide into the atmosphere, has concerned the world opinion about climate changing. Therefore new technologies to diminish these gases have been developed in order to restrain global warming. Geologic carbon sequestration is been appointed as one effective way to achieve this goal for a short period of time. However, researches show that when injecting carbon dioxide into sedimentary geological formations, deep saline aquifers, coal seams and depleted or abandoned fields of oil exploration the environment becomes more aggressive and the material used in oil well construction is subjected to successive chemical attacks, which may compromise its integrity, allowing gas leakage and occasional contamination. It has been observed that class G cement paste may suffer some degradation in a shorter period of time than expected oil well service life due to a chemical attack in presence of CO2. The cement paste plays an important role in isolating other well components from the production areas. Thence, admixtures, which modify cement compound properties, may be used in order to increase the slurry performance. The purpose of this paper is to determine the changes caused by adding these substances into properties of cement paste, both fresh and hardened. Also, it is necessary to study the influence of water reducing anti-foam and silica fume admixtures on the resistance to carbonation in cement pastes whether they are used individually whether together. Different amount of admixtures pastes have been subjected to carbonation tests in acid environment in two degradation environments – wet superficial CO2 and water saturated with CO2 – at temperature and pressure conditions of 70º C and 15MPa respectively during a 7 day time period. Differential thermal analysis (TGA) and the use of optical microscopy scanning electron (SEM) were used to determine the matrix changes of cement paste induced by the incorporation of admixtures. Changes in the strength were also evaluated. Results showed that all mechanical properties were improved with the use of admixtures tested, while the resistance to carbonation showed positive results in low w/c pastes, anti-foam and all the admixtures together. However, silica fume incorporation, individually and water reducing admixture provided a decrease of resistance to degradation in CO2 presence. / As mudanças climáticas têm gerado preocupação mundial a respeito da emissão de gases de efeito estufa, em especial a liberação de gás carbônico na atmosfera. Assim, vem-se desenvolvendo tecnologias que visam à mitigação desses gases, para conter o aquecimento global. O sequestro geológico de carbono tem sido apontado como uma das formas mais importantes para se alcançar este objetivo. Entretanto, pesquisas demonstram que ao se injetar o gás carbônico em formações rochosas sedimentares, aquíferos salinos, jazidas de carvão e campos de exploração de petróleo maduros ou abandonados, o meio se torna mais agressivo e os materiais empregados na construção dos poços estão sujeitos a ataques ácidos que podem comprometer sua integridade, possibilitando o vazamento deste gás e ocasionais contaminações. Observa-se que a bainha de cimento classe G, importante para isolar os demais componentes do poço e as zonas de produção, pode degradar-se em um período de tempo muito menor do que a vida útil projetada para o poço devido ao ataque ácido em presença de CO2. Para aumentar o desempenho da pasta, podem ser empregadas substâncias, normalmente chamadas de aditivos, que modificam as propriedades do compósito cimentício. O objetivo deste trabalho é estudar a influência dos aditivos redutor de água, desincorporador de ar e sílica ativa na resistência ao ataque ácido nas pastas de cimento, empregados individualmente e em conjunto. Pastas com diferentes teores de aditivos foram submetidas a ensaios de carbonatação em meio ácido, em dois meios de degradação, CO2 supercrítico úmido e água saturada com CO2, nas condições de temperatura e pressão de 70°C e 15 MPa, respectivamente, durante o período de 7 dias. Para determinar o efeito da utilização dos aditivos, sobre a composição da matriz cimentícea, foram empregados análise termogravimétrica (TGA), além do emprego de microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV), para análises microestruturais. Também foram avaliadas as alterações na resistência à compressão. Resultados mostram que todas as propriedades mecânicas são melhoradas com o emprego dos aditivos testados, enquanto a resistência ao ataque químico em presença de CO2 apresenta resultados positivos em pastas aditivadas com redutor de água e desincorporador de ar e com o emprego de todos em conjunto. Entretanto, a incorporação de sílica, individualmente, proporciona redução na resistência à degradação em presença de CO2.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:55:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000438724-Texto+Completo-0.pdf: 14689669 bytes, checksum: a1ef097caab3eeeb45c677d83ab88027 (MD5) Previous issue date: 2012 / In the scenario of CO2 geological storage aiming mitigation of environmental impacts, the degradation of the materials used in the construction of wells, which may occur over time, becomes a concern, since it can facilitate the gas leakage to the surface. The major risk is the degradation of the cement that can occur in the presence of CO2 and water or brine promoting acid carbonation that causes an increase in permeability and porosity, and loss in mechanical properties. The most susceptible regions to the escape of CO2 caused by degradation of the cement are the interfaces with the steel pipe casing and with the rock formation. This study aims investigate the degradation of class G cement paste by CO2, simulating conditions similar to a 1. 500 meter-depth well, which corresponds to a 70 °C temperature and a 15 MPa pressure, at its interfaces with the steel and sandstone of Rio Bonito Formation (Paraná Basin). The degradation of the cement paste, either in the supercritical CO2 or water saturated with CO2 media in the presence of sandstone rock and carbon steel has led to the formation of calcium and iron carbonates and subsequent dissolution of these carbonates at the interfaces with the rock and steel, creating regions of porosity. The sandstone did not constitute an obstacle for the passage of CO2, indicating that the precipitation of carbonates in the pores of the sandstone in an amount great enough to difficult or prevent the passage of CO2 probably only occurs with a long term exposure to CO2.The supercritical CO2 medium provided a greater chemically altered area if compared with the use of water saturated with CO2. However, the use of water saturated with CO2 was more aggressive to the interfaces since promoted its displacement, which indicates that the CO2 has migrated more easily through the upper and lower faces of the specimens. For the shorter times of exposure to humidified CO2 or water saturated with CO2, 7 and 14 days, the degradation depth of the cement paste was small (<1mm); however, the CO2 percolation reached 4 mm after 28 days. / No cenário de armazenamento geológico de CO2, visando mitigação de impactos ambientais, a degradação dos materiais utilizados da construção dos poços, que pode ocorrer ao longo do tempo, passa a ser uma preocupação uma vez que pode propiciar o vazamento deste gás para a superfície. Um risco importante é a degradação da pasta de cimento em presença de CO2 e água ou salmoura, ocorrendo a carbonatação em meio ácido que gera aumento da permeabilidade, porosidade e perda nas propriedades mecânicas. As regiões mais sucetívies à fuga da CO2, ocasionada pela degradação da pasta de cimento, são as interfaces da pasta de cimento com o tubo de aço do revestimento e com a formação rochosa. Este trabalho tem como finalidade estudar a degradação por CO2 da pasta de cimento classe G, simulando condições próximas de poços de profundidade de 1. 500 m, que corresponde a uma temperatura de 70 °C e uma pressão de 15 MPa, nas suas interfaces com o aço e rocha sedimentar arenosa da Formação de Rio Bonito (Bacia do Paraná) em tempos de 7, 14 e 28 dias. A degradação da pasta de cimento, tanto no meio CO2 supercrítico ou em água saturada com CO2, em presença de rocha arenito e do aço ao carbono, levou à formação de carbonatos de cálcio e de ferro e posterior dissolução desses carbonatos nas interfaces com a rocha e com o aço, criando regiões porosas. Considerando os tempos de reação utilizados neste trabalho, a rocha arenito não constituiu obstáculo significativo para a passagem do CO2, indicando que a precipitação de carbonatos nos poros da rocha em quantidade suficiente para dificultar ou impedir a passagem de CO2 provavelmente só ocorrerá com longos tempos de exposição ao CO2.O meio de CO2 supercrítico úmido propiciou uma maior área alterada quimicamente se comparada com o meio de água saturada com CO2. No entanto, o meio de água saturada com CO2 mostrou-se mais agressivo para as interfaces, uma vez que promoveu a perda de aderência das mesmas devido o CO2 ter migrado mais facilmente pelas faces superior e inferior dos corpos de prova. Para os tempos mais curtos de exposição ao CO2 úmido ou água saturada com CO2, 7 e 14 dias, houve um pequeno avanço da frente de degradação na pasta de cimento (< 1 mm), entretanto, aos 28 dias a difusão do CO2 atingiu 4mm.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:58Z (GMT). No. of bitstreams: 4 000436652-Texto+Completo+Anexo+A-0.pdf: 15434664 bytes, checksum: aa9164656be954ec28e6ef2618c4b450 (MD5) 000436652-Texto+Completo+Anexo+B-1.pdf: 7282853 bytes, checksum: 528179ce162072b031ecd2e536cb1eed (MD5) 000436652-Texto+Completo+Anexo+C-2.pdf: 16833678 bytes, checksum: 2ee2a3d1161bf90007e849f84b94cdeb (MD5) 000436652-Texto+Completo+Anexo+D-3.pdf: 11536656 bytes, checksum: 87f20951cb7f16e2b12916fb62203b9c (MD5) Previous issue date: 2012 / The carbon capture and storage in geological formations is a promising technology for mitigating emissions of principal greenhouse gas, CO2. However, its application involves maintaining the integrity of the materials used in injection wells to prevent leakage of CO2. In this context, this work proposes to investigate the integrity of the cement paste in the presence of CO2 when subjected to conditions of geological storage of carbon in order to understand the mechanisms involved in the degradation of well cement paste as a function of temperature. For that, the hardened cement paste class G were submitted to two different degradation media, wet supercritical CO2 and water saturated with CO2 at 50 °C, 70 °C, 90 °C and 150 °C and 15 MPa. Scanning electron microscopy (SEM), x-ray diffraction (XRD), thermo gravimetric analysis (TGA), Vickers microhardness and compressive strength were used to evaluate the effect of degradation on the structure and mechanical properties of cement paste. The results obtained indicate that the depth of the degraded surface layer can be represented by a logarithmic function of temperature for both reaction media. For a given temperature, there were no significant differences between the depths of degraded surface layer between two reaction media. However, the aqueous solution saturated with CO2 was more aggressive for the cement paste. The depth of the degraded surface layer of cement paste varied linearly with the square root of time, indicating that the process was dominated by diffusion in both reaction media. It was observed that the increasing on temperature and on time of cement paste exposure in environments containing CO2 promote a more significant decrease in compressive strength. / A captura e armazenamento de carbono em formações geológicas é uma tecnologia promissora para mitigação das emissões do principal gás de efeito estufa, o CO2. Contudo, sua aplicação envolve manter a integridade dos materiais empregados nos poços de injeção para evitar vazamento de CO2. Neste contexto, este trabalho propõe-se a investigar a integridade da pasta de cimento em presença do CO2 quando submetida às condições de armazenamento geológico de carbono, visando compreender os mecanismos envolvidos no processo de degradação do cimento em função da temperatura. Para tal, pastas endurecidas de cimento classe G foram submetidas a testes de degradação em dois meios reacionais, CO2 supercrítico úmido e água saturada com CO2, a 50 °C, 70 °C, 90 °C e 150 °C e 15 MPa. As técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-x (DRX), análise termogravimétrica (TGA), microdureza Vickers e de resistência à compressão foram utilizadas para avaliar o efeito da degradação na estrutura e propriedades mecânicas da pasta de cimento. Os resultados obtidos indicam que a profundidade da camada degradada pode ser representada por uma função logarítmica em função da temperatura para ambos os meios reacionais. Para uma mesma temperatura, não foram observadas diferenças significativas entre as profundidades de camada degradada entre os dois meios reacionais. Contudo, o meio aquoso saturado com CO2 mostrou-se mais agressivo para a pasta de cimento.A profundidade de camada degradada da pasta de cimento variou linearmente com a raiz quadrada do tempo, indicando que o processo foi dominado por difusão em ambos os meios reacionais. Observou-se que o aumento da temperatura e do tempo de exposição da pasta de cimento a meios contendo CO2 promove um decréscimo mais significativo na resistência à compressão.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000412505-Texto+Completo-0.pdf: 14177118 bytes, checksum: 296ba75b676a7b60026516499ec6d9da (MD5) Previous issue date: 2009 / In last years the concern about the emission of greenhouse gases to atmosphere is increasing in the entire world, particularly the emission of CO2 gas. The development of technologies for mitigation of greenhouse gases has frequently emerged as a possible solution to minimize the global warming. The geological carbon sequestration is one of the most important technologies to reduce the disposal of carbonic gas in the atmosphere considering a short term period. In this context, the CO2 injection in mature or abandoned oil fields has a great potential in economic terms, once it permits enhanced oil recovery (EOR). The maintenance of integrity over time of materials employed in the geological storage of CO2 is the fundamental importance to guarantee the success of using this technology. In such activities, cement class G with a specific chemical composition is utilized, which has to exhibits a life use longer than the traditional ones, especially if it is considered the hazardous environmental that it is exposal. In this work an experimental apparatus, constituted by reactors that simulate the conditions of CO2 geological storage was developed in order to investigate the behavior of cement class G on this circumstance. The cement paste samples were submitted to two different ambient, wet supercritical CO2 and water saturated with CO2 at 15 MPa and 150 °C. The cement pastes were characterized by means of pH measurements, scanning electron microscopy (SEM), Vickers microhardness and compression tests. The results indicated that both wet supercritical CO2 and water saturated with CO2 promoted microstructure and mechanical alterations on the cement pastes. The cement degradation was more severe in the case of water saturated with CO2. / Nos últimos anos, a preocupação mundial com a questão da emissão de gases de efeito estufa para a atmosfera tem se intensificado, particularmente relacionada às emissões do gás CO2. O desenvolvimento de tecnologias para mitigação de gases de efeito estufa é apontado como uma resposta adequada para conter o aquecimento global e o seqüestro geológico de carbono destaca-se como uma das tecnologias mais importantes, em curto prazo, para este fim. Nesse cenário, os campos de exploração de petróleo maduros ou abandonados apresentam grande viabilidade para armazenamento de CO2. A integridade do cimento classe G, que foi desenvolvido para ser utilizado na construção de poços de petróleo, deve ser mantida para evitar que o CO2 escape pelo poço para a atmosfera. Contudo, esse material pode sofrer degradação pelo meio ácido produzido pelo CO2 na presença de água das formações geológicas. Para avaliar a resistência da pasta de cimento frente ao CO2 supercrítico foi desenvolvido um sistema experimental constituído de reatores que simulam as condições encontradas em prováveis sítios de armazenamento geológico de CO2.Dessa forma, corpos-deprova de pasta de cimento classe G foram submetidos a dois meios de degradação ao longo do tempo, CO2 supercrítico úmido e água saturada com CO2, nas condições de temperatura e pressão de 150°C e 15 MPa, respectivamente. As pastas de cimento foram caracterizadas por meio de medidas de pH, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia óptica; microdureza Vickers e ensaios de resistência à compressão. Os resultados obtidos indicaram que o CO2 supercrítico úmido e CO2 dissolvido em água promovem alterações na microestrutura e propriedades mecânicas da pasta de cimento, sendo que a degradação é mais severa no caso da água saturada com CO2.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-07-16T19:54:29Z No. of bitstreams: 1 ARELI MESQUITA DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2007..pdf: 701919 bytes, checksum: 78ea7b65513f1fe6d83acdb4f3030b43 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-16T19:54:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ARELI MESQUITA DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGMAT 2007..pdf: 701919 bytes, checksum: 78ea7b65513f1fe6d83acdb4f3030b43 (MD5) Previous issue date: 2007-07 / Séries temporais envolvendo dados angulares aparecem nas mais diversas áreas do conhecimento. Por exemplo, na perfuração de um poço petrolífero direcional, o deslocamento da broca de perfuração, ao longo da trajetória do poço, pode ser considerado uma realização de uma série temporal de dados angulares. Um dos interesses, neste contexto, consiste em realizar previsões de posicionamentos futuros da broca de perfuração, as quais darão mais apoio ao engenheiro de petróleo na tomada de decisão de quando e como interferir na trajetória de um poço, de modo que este siga o curso planejado. Neste trabalho, estudamos algumas classes de modelos que podem ser utilizados para a modelagem desse tipo de série. / Time series involving angular data appear in many diverse areas of scientific knowledge. For example, in the drilling of a directional oil well, the displacement of the drill, along the path of the well, can be considered as an angular data time series. One of the objectives, in this context, consists in carrying out forecasts of the future positions of the drill, which will give more support to the petroleum engineer in the decision-making of when and how interfere in the path of a well, so that this follows the planned course. In this work, we study some classes of models that can be utilized for the modeling of that kind of series.

Submitted by CARLOS ALEXIS ALVARADO SILVA (carlosalvaradosilva@gmail.com) on 2016-09-14T17:46:58Z No. of bitstreams: 1 dissertação final CARLOS ALVARADO.pdf: 3455623 bytes, checksum: 4fe5a62f068f2bf001ce3b1fdc1681ef (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-09-14T21:51:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_caa_me_guara.pdf: 3455623 bytes, checksum: 4fe5a62f068f2bf001ce3b1fdc1681ef (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-14T21:51:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_caa_me_guara.pdf: 3455623 bytes, checksum: 4fe5a62f068f2bf001ce3b1fdc1681ef (MD5) Previous issue date: 2016-07-04 / Agencia Nacional de Petróleo (ANP) / Controlar a pressão de poços petrolíferos durante a perfuração pode ser um dos processos mais complexos e perigosos da etapa de exploração. O sistema de perfuração varia constantemente e aleatoriamente, isto principalmente, devido à mudança da profundidade de perfuração, a qual faz variar outros parâmetros do processo. Assim, a aplicação de um controle variante no tempo torna-se necessário. Este estudo propõe o projeto de um controlador Gain Scheduling (GS) no controle da pressão no fundo de poços durante a perfuração. Este controlador GS consiste na sintonia dos ganhos relacionados aos diferentes pontos operacionais, para este caso, a profundidade do poço. Primeiro, apresentam-se as teorias a serem utilizadas durante o desenvolvimento do trabalho. Segundo, obtém-se o modelo matemático do processo o qual se fundamenta na mecânica dos fluidos. Da linearização do modelo, a função de transferência resultante apresenta um elemento integrador o que faz que a dinâmica do processo seja difícil de manipular. Também se adiciona um tempo de atraso, o que torna mais complexo o controle do processo. Na terceira parte, utilizaram-se três tipos de metodologias IMC (Internal Model Control) para sintonizar os ganhos do controlador PID (Proporcional, Integral e Derivativo) para diferentes profundidades de perfuração procurando o melhor desempenho, estabilidade e robustez do sistema. Finalmente, escolhe-se a estratégia de melhor desempenho (IMC de dois graus de liberdade) para especificar e montar a tabela do controlador GS, o qual é avaliado mediante simulações de problemas que geralmente ocorrem durante a perfuração, considerados como distúrbios, que verificam a sua viabilidade. Também, os resultados do sistema controlado por GS são comparados com os resultados de um outro controlador do tipo adaptativo de modelo de referência (CAMR). Verificando também melhor desempenho o controlador GS diante do CAMR. / Controlling the pressure of oil wells during drilling can be one of the most complex and dangerous processes of exploration stage. The drilling system is constantly end randomly changing due, among other things, the drilling depth, which varies other process parameters, accordingly to apply a time variant control becomes necessary. This study proposes the design of a Gain Scheduling controller to control the pressure at the bottom of wells during drilling. The GS controller is based on the corresponding tuning gains at different operating points in this case, the depth. First, presents the theories that will be used during development work. In the second part, was obtained a mathematical model of the process which is based on fluid mechanics. In the linearization of the, the final transfer function presents an integrating element which makes the process dynamics more difficult to handle. It becomes even more complex in the presence of time delay. In the third part, three IMC controllers’ types were used to tuning the PID (Proportional, Integral and Derivative) controller gains for different depths of drilling looking for the best performance, stability and robustness. Finally, was chose the best performing strategy (IMC of two degrees of freedom) to specify and assemble the GS controller table, which is evaluated by simulations of problems that usually occur during drilling, considered as disturbances, which check its viability. Also, the results of the controlled GS system are compared with the results of another adaptive controller model of model reference (MRAC). Also verifying that the GS controller presents better performance than MRAC. / PRH48/ANP: 48610.009725/2013