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A exploração do petróleo no Brasil tem migrado para águas cada vez mais profundas; os campos de exploração estão cada vez mais distantes da costa e em regiões com condições meteoceanográficas cada vez mais severas. Isto, e o recente volume de novas descobertas e novos campos de exploração têm impulsionado as indústrias deste setor na busca por novas soluções para a exploração deste óleo. Uma destas soluções inovadoras são os FPWSO DP (Floating Production Storage Workover Offloading Dynamic Positioning Unit). Estas são unidades de produção, dotadas de sondas de perfuração e de sistema de posicionamento dinâmico. A utilização de unidades de posicionamento dinâmico para produção continua de campos de petróleo é algo novo no mundo. Por se tratar de plataformas que devem permanecer por vários meses produzindo de forma ininterrupta, o estudo de confiabilidade de seu sistema de posicionamento dinâmico é de vital importância. Este trabalho apresenta um estudo de confiabilidade para este tipo de embarcação. Serão avaliados todos os sistemas relacionados ao posicionamento dinâmico da unidade, entre eles, sistema de geração de energia, sistema de propulsão, controladores DP e sistemas de referência de posição. O trabalho apresenta também um estudo de confiabilidade do sistema de conexão e desconexão de emergência com o poço; sistema este que é a ultima salvaguarda caso haja uma perda de posição na unidade. / The exploitation of oil in Brazil has migrated to deeper and deeper waters; the exploration fields are increasingly distant from the coast and in regions with meteoceanográficas conditions increasingly severe. This, and the recent volume of new discoveries and new exploration fields have driven industries of this sector in the search for new solutions to the exploitation of this oil. One of these innovative solutions are FPWSO DP (Floating Production Storage Offloading Workover Dynamic Positioning Unit). These are production units, equipped with drilling rigs and dynamic positioning system. The use of dynamic positioning units for continuous production of oil fields is something new in the world. Because it is platforms that must remain for several months producing uninterrupted, the study of reliability of its dynamic positioning system is of vital importance. This paper presents a reliability study for this type of vessel. We will evaluate all systems related to the dynamic positioning of the unit, including, power generation system, propulsion system, DP controllers and position reference systems. The paper also presents a study of connection of system reliability and emergency disconnect with the well; which system is the last safeguard in case there is a loss of position in the unit.

A exploração do petróleo no Brasil tem migrado para águas cada vez mais profundas; os campos de exploração estão cada vez mais distantes da costa e em regiões com condições meteoceanográficas cada vez mais severas. Isto, e o recente volume de novas descobertas e novos campos de exploração têm impulsionado as indústrias deste setor na busca por novas soluções para a exploração deste óleo. Uma destas soluções inovadoras são os FPWSO DP (Floating Production Storage Workover Offloading Dynamic Positioning Unit). Estas são unidades de produção, dotadas de sondas de perfuração e de sistema de posicionamento dinâmico. A utilização de unidades de posicionamento dinâmico para produção continua de campos de petróleo é algo novo no mundo. Por se tratar de plataformas que devem permanecer por vários meses produzindo de forma ininterrupta, o estudo de confiabilidade de seu sistema de posicionamento dinâmico é de vital importância. Este trabalho apresenta um estudo de confiabilidade para este tipo de embarcação. Serão avaliados todos os sistemas relacionados ao posicionamento dinâmico da unidade, entre eles, sistema de geração de energia, sistema de propulsão, controladores DP e sistemas de referência de posição. O trabalho apresenta também um estudo de confiabilidade do sistema de conexão e desconexão de emergência com o poço; sistema este que é a ultima salvaguarda caso haja uma perda de posição na unidade. / The exploitation of oil in Brazil has migrated to deeper and deeper waters; the exploration fields are increasingly distant from the coast and in regions with meteoceanográficas conditions increasingly severe. This, and the recent volume of new discoveries and new exploration fields have driven industries of this sector in the search for new solutions to the exploitation of this oil. One of these innovative solutions are FPWSO DP (Floating Production Storage Offloading Workover Dynamic Positioning Unit). These are production units, equipped with drilling rigs and dynamic positioning system. The use of dynamic positioning units for continuous production of oil fields is something new in the world. Because it is platforms that must remain for several months producing uninterrupted, the study of reliability of its dynamic positioning system is of vital importance. This paper presents a reliability study for this type of vessel. We will evaluate all systems related to the dynamic positioning of the unit, including, power generation system, propulsion system, DP controllers and position reference systems. The paper also presents a study of connection of system reliability and emergency disconnect with the well; which system is the last safeguard in case there is a loss of position in the unit.

Orientadores: Celso Kazuyuki Morooka, Sergio Nascimento Bordalo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-12T07:18:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valdivia_PauloGuilger_M.pdf: 3149280 bytes, checksum: 67a3cd4d1474a0a93fd6072dff86c551 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Risers de produção são dutos com a função de transportar os fluidos do poço produtor de petróleo, no leito marinho, à unidade de produção na superfície do mar. O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar a resposta dinâmica de um riser em configuração de catenária sob influência do escoamento de hidrocarbonetos em seu interior. Observa-se da literatura que poucos trabalhos podem ser encontrados abordando a questão da influência do escoamento interno no comportamento estático e dinâmico desse sistema de riser. Com esta finalidade, foi projetado e elaborado um modelo reduzido de um riser rígido em catenária (SCR - Steel Catenary Riser) para ensaios em laboratório. Considerou-se como protótipo um SCR em operação em lâmina de água de 900 metros. Os valores de vazão de campo foram considerados no desenvolvimento, e testes foram conduzidos, produzindo escoamento bifásico água e ar, representando o escoamento bifásico de óleo e gás no interior de um riser. Além disso, um modelo numérico da literatura foi implementado, a fim de simular o carregamento gerado pelo escoamento interno no duto. Os resultados obtidos experimentalmente, em termos de amplitudes de deslocamentos, freqüências de resposta e forças, foram comparados com valores gerados para o modelo de riser através de simulação numérica. Os valores obtidos através de simulação numérica mostraram boa equivalência com o experimento, e os ensaios mais bem representados pela implementação foram aqueles nos quais ocorreu padrão bifásico golfadas. / Abstract: The pipe which transports fluids from the petroleum production well, on the seabed, up to the production unity, on the sea surface, is named riser. The main objective of this work is to characterize the dynamic response of a riser, hanging in catenary configuration, with the influence of the internal flow of hydrocarbons. It was observed from literature, that only a few works have the approach of considering the internal flow in the riser static and dynamic behavior. On this purpose, a laboratory-scale model was designed and assembled, based on the properties of a SCR (Steel Catenary Riser). The prototype which was considered operates in 900 meters water depth and its values of field flow rates were taken into account. Flow tests were conducted with two-phase water and air mixtures, representing oil and gas inside the riser. Moreover, a numerical model from literature was implemented in order to reproduce the loading generated by the internal flow. Results obtained experimentally, in terms of displacements amplitude, response frequencies and forces, were compared with values generated for the riser model through numerical simulation. The values obtained by numerical simulation showed good agreement with experimental results, and the cases that were best represented by implementation were those that the two-phase flow occurred in slug pattern. / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Nigeria and the United Kingdom are leading oil producers within their region. Both countries are linked by their exploration and production maturity within their regions and the fact that they produce similar oil grades. Their institutional similarities and their economic status as developed and developing economies provide the platform upon which this study basis its comparative investigation. On account of the oil price phenomenon and oil supply concerns by way of reserves, this study investigates the effect of the Hotelling theory, the Hubbert theory and Engineering decline curve theory on actual production rates within Nigeria and the United Kingdom. It develops individual models for both countries, applying each theory to each country to analyse the individual effect and the effect in comparison to one another. The level of adherence of each country to these production theories is measured, following which a combination of all three theories is applied to both country cases to quantify the level of significance and relationship to actual production behaviour. The results leave us with the understanding that the Hubbert theory does indeed capture the behaviour of production in both countries even where it was not expected in the case of Nigeria. The reserve constraint remains a key factor in future production plans for both countries. The results of the empirical analysis provide evidence of strong support in the United Kingdom for the Hotelling theory and weak support in the case of Nigeria. Oil price also remains a key factor in production modelling, though less so in the case of Nigeria. The engineering modelling approach on the other hand failed to explain Nigeria’s production profile, while it captured that of the UK; indicating that production in Nigeria is yet to decline. This result is corroborated by the projected peak production date seen in the Hubbert forecast model for Nigeria, and the weaker support Nigeria shows for the Hubbert theory. The study concludes by developing a combined model using all three theories to quantitatively analyse which of them best explains the country oil production profile. The results lead us to conclude that despite the fact that there is weak support for a production theory; an empirical analysis of the data does show that the relationship may not be insignificant. The augmentation along with the combination of the production models sheds more light on actual behaviour as it provides a more in-depth understanding on actual oil production behaviour.

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Um modelo matemático e simulações numéricas são apresentados para investigação da dinâmica do escoamento de gás, óleo e água em sistemas pipeline-riser. O pipeline é modelado como um sistema de parâmetros concentrados e considera dois estados comutáveis: um em que o gás é capaz de penetrar no riser e outro no qual há uma frente de acúmulo de líquido, prevenindo a penetração do gás. O modelo do riser considera um sistema de parâmetros distribuídos, no qual nós móveis são usados para avaliar as condições locais ao longo do subsistema. Efeitos de transferência de massa são modelados utilizando a aproximação de black-oil. O modelo prediz a localização da frente de acúmulo de líquido no pipeline e do nível de líquido no riser, de maneira que é possível determinar qual tipo de intermitência severa ocorre no sistema. O método das características é usado para simplificar a diferenciação no sistema de equações mistas hiperbólicas-parabólicas resultante. As equações são discretizadas e integradas usando um método implícito com um esquema preditor-corretor para o tratamento das não-linearidades. Simulações correspondentes às condições de intermitência severa são apresentadas e comparadas aos resultados obtidos com o código computacional OLGA, resultando em uma boa concordância. Apresenta-se uma descrição dos tipos de intermitência severa para o escoamento trifásico de gás, óleo e água em um sistema pipeline-riser com efeitos de transferência de massa, assim como um estudo da influência de parâmetros geométricos e de caracterização dos fluidos sobre os mapas de estabilidade. / A mathematical model and numerical simulations are presented to investigate the dynamics of gas, oil and water flow in a pipeline-riser system. The pipeline is modeled as a lumped parameter system and considers two switchable states: one in which the gas is able to penetrate into the riser and another in which there is a liquid accumulation front, preventing the gas from penetrating the riser. The riser model considers a distributed parameter system, in which movable nodes are used to evaluate local conditions along the subsystem. Mass transfer effects are modeled by using a black oil approximation. The model predicts the location of the liquid accumulation front in the pipeline and the liquid level in the riser, so it is possible to determine which type of severe slugging occurs in the system. The method of characteristics is used to simplify the differentiation of the resulting mixed hyperbolic-parabolic system of equations. The equations are discretized and integrated using an implicit method with a predictor-corrector scheme for the treatment of the nonlinearities. Simulations corresponding to severe slugging conditions are presented and compared to results obtained with OLGA computer code, showing a very good agreement. A description of the types of severe slugging for the three-phase flow of gas, oil and water in a pipeline-riser system with mass transfer effects is presented, as well as a study of the influence of geometric and fluid characterization parameters on the stability maps.

Orientador: Sergio Nascimento Bordalo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T17:08:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_ElinaldoSantos_M.pdf: 5134236 bytes, checksum: 2676ce4cb7784fed1bc7b1d622f6cc62 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O escoamento vertical bifásico é de suma importância na produção de petróleo, uma vez que os reservatórios petrolíferos produzem óleo e gás simultaneamente, e estes devem fluir até a superfície submarina através de poços, e destes até a plataforma de produção através de dutos verticais (risers) no mar. Ao longo de seu escoamento, a mistura pode desenvolver vários padrões de fluxo. Os padrões identificados no escoamento vertical são bolhas, golfadas, transição e anular, e essas configurações físicas apresentam características próprias que exigem modelagens distintas, apresentando relações particulares de perda de carga em função da vazão. A caracterização correta do padrão, sob dadas condições operacionais, é fundamental para modelar a dinâmica do escoamento e determinar a relação entre perda de carga e vazão. Na literatura, estudos sobre o estabelecimento dos padrões de fluxo foram realizados com água e ar, e estão restritos ao caso de dutos estáticos, enquanto que os risers de produção estão em constante movimento devido à ação das ondas, das correntezas e da plataforma de produção. Sendo assim, a aplicação destes mapas nas condições de produção em águas profundas são questionáveis. O presente trabalho é importante para a produção de óleo e gás em águas profundas, porque aborda as condições de movimento de dutos verticais longos e esbeltos sob oscilações. Nestes dutos, as forças decorrentes do movimento do mar e da plataforma de produção geram sobre o duto um movimento transversal alternado. Para se estudar esse efeito, um aparato experimental foi construído em escala de laboratório, com um duto flexível de 8,0 m de comprimento e 25,4 mm de diâmetro, provido de um sistema de oscilação e de injeção de água e ar para se estudar os padrões de fluxo vertical ascendente bifásico em dutos em movimento. / Abstract: The two-phase vertical flow is of utmost importance for petroleum production, since petroleum reservoirs produce oil and gas simultaneously, which must flow up to the undersea surface through wells, and from these to the production platform through vertical pipes (risers) in the sea. Throughout the flow, the mixture of oil and gas may develop several flow patterns. The flow patterns identified in the vertical flow are bubbles, slugs, churn and annular, and these physical configurations present specific characteristics that demand distinct modeling and, presenting particular relations of head loss as function of the flow rate. The correct characterization of the flow patterns, under given operational conditions, is fundamental to the modeling of the dynamics of the flow and to determine the relation between head loss and flow rate. In the literature, studies on the establishment of the flow patterns had been carried with water and air, and were restricted to the case of static pipes, while production risers are in constant movement due to the action of waves, sea currents and the displacement of the production platform. Therefore, the application of these static maps for the conditions of production in deep waters is questionable. The present work is important for the production of oil and gas in deep waters, because it takes into account the oscillatory movement of long and slender vertical pipelines. In these pipes, the forces resulting from of the movements of the sea and the production platform generate an alternated transversal movement on the pipeline. An experimental apparatus built in the laboratory scale to study this effect, with a flexible duct of 8,0 m of length and 25,4 mm of diameter, attached to a system of oscillation and connected to an injection nozzle of water and air to study the patterns of two-phase vertical upward flow in moving pipes. / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo