Orientador: Celso Kazuyuki Morooka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-29T00:17:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yamamoto_Marcio_M.pdf: 8268362 bytes, checksum: d7360bb0a9c0c1aed1900c2637804300 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Para a perfuração de poços de petróleo sob águas ultra-profundas (acima de 1500 m de profundidade), é necessária a instalação na cabeça do poço do equipamento de segurança do poço chamado de Preventor de Erupção, ou BOP. Este equipamento é descido pendurado pelo riser de perfuração, e esta operação é conhecida como Reentrada no Poço. Durante a aproximação do BOP ao poço, o equipamento é mantido suspenso sobre a cabeça do poço através do riser de perfuração, e a extremidade superior do riser fica engastada na plataforma flutuante de perfuração. Nesta dissertação de mestrado, a análise dinâmica dos dois sistemas dinâmicos acoplados (riser e plataforma) é realizada através de simulação numérica no domínio do tempo. Um programa computacional foi desenvolvido, que emprega um modelo não-linear para a dinâmica da plataforma flutuante e outro modelo utilizando o Método dos Elementos Finitos para a dinâmica do riser. O sistema de Posicionamento Dinâmico (DP) da plataforma, que é responsável em manter a posição da plataforma dentro de um raio de tolerância sobre a cabeça do poço, também foi incluído no modelo numérico. Um sistema de controle realimentado para controlar a aproximação do BOP à cabeça do poço é proposto. Discussões a respeito da otimização do controle realimentado a fim de minimizar o tempo gasto para a reentrada do poço são realizadas / Abstract: During the drilling of petroleum wells in ultra-deep water (more than 1500 m of water depth), it is necessary to assembly a piece of safety equipment called Blowout Preventer, or BOP, on the wellhead. The BOP is lowered hung by the drilling riser; this installation operation is called the Reentry Operation. During the well approach, the BOP is kept suspended above the wellhead by the drilling riser, and the upper end of the riser is fixed at the rig floor of the floating platform rig. In this work, the analysis of the dynamics of the coupled system (platform and riser) is carried out using numerical simulation in the time domain; the software was developed using a nonlinear model for the floating platform dynamics and the Finite Element Method for the riser dynamics. The Dynamic Positioning (DP) system, that keeps the platform position into a tolerance radius on the wellhead position, is also included in the numerical simulation. A feedback control system that controls the BOP approach is proposed. Discussions are carried out on the feedback control system which is developed to reduce the operational time of the reentry operation / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

The oil industry, in all its segments has the potential to cause environmental impacts. One major impact on the physical environment, generated by the oil industry, is associated with the drilling of oil wells due to the waste generation, among which are the drilling fluid and cuttings resulting from oil well drilling. It is estimated that in Brazil's Northeast region currently exists a waste quantity in the order of 100,000 m³ coming from land drilled wells for oil production and also due to the increasing well numbers, it is presumed a generating of 50 m³ by year. Due to the drill cuttings amount and its organic and inorganic contaminants generated, as well as the treatment, transportation, disposal and associated costs, there is usually a backset in the solid waste management, such as the adequacy of the drill cuttings produced volume over a period of time versus the evaluation and release times of the destined area to the industrial landfill, by the State's control and inspection, aiming at the reception and maintenance safe of these wastes. The present study aims to analyze the technical feasibility of the drill cuttings wastes adding (DCW) in the cement slurry, used in oil wells. The cement slurry physicochemical properties with drill cuttings depicted in this study are the lab test results carried out to adapt them to the technical parameters established by the oil company. The cement slurry lab tests done were: density, rheology, filtrate, free water, thickening time, stability and compressive strength. Some relevant results are described below. Some relevant results are described below, with the focus on the raise of 8% in the yield of the examined cement slurries with drill cuttings, compared to the conventional cement slurries, for a given density. The compressive strength of these cement slurries, under the investigated well conditions, reaches, at least, 2600 psi in up to 29 hours. The technological innovation presented in this study, according to the technical framework required by oil company for cement slurry used in primary cementing for producer intervals, proves to be feasible economically, since the introduction of 10% of drilling cuttings into the cement slurry composition provides a cement slurry cost reduction by produced volume, as a result of the cement content and related chemicals decreases, as well as the reduction of over 80% in the drill cuttings processing cost to the oil drilling contractors, due to the lower waste volume destined for controlled landfills. In addition, such an initiative can be considered fair socially because it creates an investment opportunity for the drill cuttings processing by society, through partnerships or cooperatives, enabling the employment and income generation; And sustainable environmentally, by reducing the drill cuttings disposal to the environment, whether by industrial landfill disposal or underground injection. / A indústria de petróleo, em todos os seus segmentos, tem potencial para causar impactos ao meio ambiente. Um dos principais impactos sobre o meio físico, gerado pela indústria de petróleo, está associado à perfuração de poços de petróleo em virtude da geração de diversos resíduos, entre os quais estão os fluidos de perfuração e os cascalhos resultantes da perfuração de poços de petróleo. Estima-se que na região Nordeste do Brasil exista atualmente uma quantidade de resíduos da ordem de 100 mil m³ oriundos do processo de perfuração de poços terrestres para a produção de petróleo e, ainda, em função do crescente número de poços, presume-se uma geração anual de 50 mil m³. Devido à quantidade gerada de cascalhos e seus contaminantes orgânicos e inorgânicos, como também o tratamento, o transporte, o descarte, e os expressivos custos associados, geralmente há contratempo no gerenciamento destes resíduos sólidos, como por exemplo, a adequação do volume de cascalhos produzidos por um período de tempo versus o tempo necessário para a avaliação e liberação de área destinada ao aterro industrial, pelos órgãos de controle e fiscalização do estado, visando o acolhimento e manutenção, em segurança, destes resíduos. O presente estudo tem por objetivo analisar a viabilidade técnica da adição dos resíduos de cascalhos de perfuração (RCP) na pasta de cimento, utilizada em poços de petróleo. As propriedades físico-químicas das pastas de cimento com cascalhos retratadas neste estudo são derivadas de testes laboratoriais efetuados para a adequação das mesmas aos parâmetros técnicos estabelecidos por operadora. Os testes executados em laboratório foram: massa específica, reologia, filtrado, água livre, tempo de espessamento, estabilidade e resistência compressiva da pasta. Alguns resultados relevantes são descritos a seguir, destacando-se o aumento de 8% no rendimento das pastas de cimento com cascalhos examinadas, com relação às pastas de cimento convencionais, para uma dada massa específica. A resistência compressiva destas pastas, nas condições de poço investigadas, atinge, no mínimo, 2600 psi em até 29 horas. A inovação tecnológica apresentada neste estudo, conforme o enquadramento técnico requerido pela operadora para pasta de cimento utilizada em cimentações primárias de intervalos produtores, demonstra ser economicamente viável, uma vez que a introdução de 10% de cascalhos de perfuração na composição de pastas de cimento proporciona uma redução no custo específico da pasta de cimento, em decorrência da redução do teor de cimento e produtos químicos relacionados a este, na pasta produzida, assim como a redução de mais de 80% no custo do beneficiamento dos cascalhos, bem como a diminuição do custo de logística e outros custos correlatos para a operadora, devido a menor volume de resíduos destinados a aterros controlados. Ademais, tal iniciativa pode ser considerada socialmente justa, em virtude de conceber uma oportunidade de investimento para a realização do beneficiamento dos cascalhos pela sociedade, por meio de associações ou cooperativas, viabilizando a geração de emprego e renda; e ambientalmente sustentável, em razão da redução do descarte de cascalhos para o ambiente, quer seja pela disposição em aterros industriais ou injeção no subsolo. / São Cristóvão, SE

Projects to observe the marine biota are developed worldwide to mitigate the impacts of anthropogenic noise on marine mammals. The first chapter of this dissertation analyzes guides published by various institutions to orient the methodology to be applied in those projects, in order to ensure better efficacy in mitigating and quality of acquired data. Therefore bibliographic research was made on the internet and it was found 16 guides specific to monitoring cetaceans. The protocols were similar in methodology and mitigation measures suggested. The second chapter analyzed a set of forms utilized during daytime visual observations aboard of drilling rigs occurred in the Sergipe Basin between 2010 and 2012. The objective of the analysis was to evaluate the methodology applied in the project of sighting of marine mammals during oil and gas drilling since the guide applied has been customized from protocols to mitigate the impact of marine seismic surveys. It was proposed indicators of quality based in the content of fields of the forms. The results indicate that the data have good quality to be used in scientific studies of occurrence, distribution and abundance of cetaceans. However, the method used in the monitoring of cetaceans conducted in offshore drilling activities proved ineffective for the purposes of assessing the impacts of oil and gas drilling phase on this group of animals since that the method adopted does not emphasize the behavior exhibited by cetaceans and use forms generalized to four different vertebrate groups. / Projetos de observação de biota marinha são desenvolvidos em todo mundo como forma de mitigação de impactos de atividades produtoras de ruídos sobre os mamíferos marinhos. O primeiro capítulo dessa dissertação analisa os guias publicados por diversas instituições em nível mundial, com o propósito de garantir melhor eficácia na mitigação e na qualidade dos dados adquiridos. Para tanto foi realizada pesquisa bibliográfica na rede mundial de computadores onde foram encontrados 16 guias publicados e uma comparação entre esses protocolos. Uma das conclusões retiradas está no alto nível de padronização metodológica encontrada na aquisição dos dados de ocorrência e nas medidas mitigatórias a serem implementadas ao ser observado um animal nas proximidades da área de atividade. Como resultado geral, os guias e protocolos se assemelham substancialmente nos requisitos exigidos, orientando as mesmas medidas mitigadoras nos documentos analisados. No segundo capítulo foram analisados os formulários preenchidos durante a implementação de observações visuais diurnas, a bordo das plataformas de perfuração, realizadas durante perfurações ocorridas na Bacia de Sergipe entre 2010 e 2012. A metodologia aplicada nessas observações segue o Guia de Monitoramento da Biota Marinha publicado pelo IBAMA em 2005. As análises tiveram como objetivo a avaliação da qualidade das informações contidas nos formulários de observação de mamíferos marinhos executados em atividades de perfuração marítima, uma vez que o guia que o embasou foi publicado para atividades de aquisição de dados sísmicos. Para essa avaliação foram criados indicadores de qualidade os quais ponderaram as informações inseridas nos formulários de registro de biota preenchidos em cada ocorrência. Como resultado pode-se concluir que os dados podem ser considerados de boa qualidade para estudos de ocorrência, distribuição e abundância. Entretanto, o método utilizado no monitoramento de cetáceos conduzidos em atividades de perfuração marítima mostrou-se ineficaz para os propósitos de avaliação dos impactos dessa atividade petrolífera sobre qualquer um dos grupos de cetáceos registrados, uma vez que este não dá ênfase ao comportamento exibido, generalizando o formulário para os quatro grupos de vertebrados. Diante do exposto e afim de orientar a execução de projetos de monitoramento de mamíferos marinhos a serem executados a bordo de plataformas de perfuração foi apresentado no último capítulo, uma proposta de guia metodológico aplicável durante esse tipo de atividade de exploração e produção de petróleo.

A exploração offshore tem crescido muito nos últimos anos e grandes estruturas e equipamentos têm sido projetados e construídos para remover o óleo que se encontra abaixo da superfície do mar. Para plataformas offshore fixas tipo jaqueta é necessário analisar os problemas decorrentes da exposição dessas instalações ao ambiente hostil do oceano. Estas perturbações induzem vibrações excessivas nas estruturas, afetando o conforto e a estabilidade da instalação, e para combater essas vibrações uma ferramenta matemática foi utilizada para monitorar o estado da integridade da estrutura, a Transformada de Hilbert-Huang (HHT). O HHT foi utilizada com sucesso para a identificação de parâmetros modais, como frequência fundamental e fator de amortecimento da plataforma. Finalmente, uma técnica de controle de vibração ativa baseada no Controle Linear Quadrático (LQ) é implementada com o objetivo de reduzir os efeitos de perturbações oscilatórias indesejáveis causados por ondas e correntes marinhas. / The offshore exploration has grown tremendously in recent years, and large structures and equipment has been designed and built to remove the oil that lies beneath the sea surface. For fixed jacket type offshore platforms is necessary to consider the problems arising from exposure of these facilities to the hostile ocean environment. These perturbations induce excessive vibrations in the structures affecting the comfort and stability of the facility, and for to combat these vibrations a mathematical tool was used to monitor the integrity health of the structure, namely the Hilbert-Huang Transform (HHT). The HHT was used for the successfully identification of modal parameters, as fundamental frequency and damping factor of the platform. Finally, an active vibration control technique based on the Control Linear Quadratic (LQ) is implemented aiming to reduce the effects of undesirable oscillatory perturbations caused by waves and marine current.