[pt] A perfuração de camadas espessas de sal para exploração do pré-sal brasileiro desafia a geomecânica no aprimoramento da modelagem computacional dessas rochas. Previsões acuradas podem evitar problemas operacionais na perfuração, desde a necessidade excessiva de repasses até a prisão da coluna de perfuração, ou mesmo a perda do poço. O comportamento mecânico das rochas salinas é diferente daquele geralmente descrito pela mecânica das rochas tradicional. A compreensão do fenômeno da fluência constitui um embasamento conceitual indispensável para simulações numéricas nessas rochas. Foram apresentadas metodologias para simulação do comportamento à fluência de rochas salinas adotando o programa comercial de elementos finitos ABAQUS. Três modelos constitutivos para fluência baseados em leis de potência foram testados em simulações de ensaios triaxiais de fluência, galeria de mineração e poços revestidos e não revestidos. Destaca-se o primeiro esforço no intuito de calibrar e validar o Modelo de Multi Mecanismo de Deformação para aplicação em halita brasileira. Além disso, é apresentada uma metodologia para análises probabilísticas de fechamento de poço e de plastificação de revestimento. O programa NESSUS foi adotado e métodos de confiabilidade de Valor Médio foram empregados. Um modelo transversal de poço revestido típico do cenário do pré-sal brasileiro é considerado. Para ambos os eventos e modelos constitutivos, resultados determinísticos estão associados à probabilidade de falha de 40 por cento. As variáveis de maior importância nas análises de fluência em rochas salinas são aquelas relacionadas ao estado de tensão, temperatura e a fluência secundária. Por fim, ressalta-se o excelente desempenho do Modelo de Multi Mecanismo de Deformação nas simulações numéricas realizadas nesta pesquisa. / [en] Drilling thick salt rock layers for Brazilian pre-salt exploitation challenges geomechanics in improving computational modeling of those rocks. Accurate predictions can avoid operational complications in the drilling job, ranging from the excessive necessity of new drillings to a stuck pipe or even the loss of the wellbore. Salt rock shows unique properties. The mechanical behavior of salt rock is different from that usually described in traditional rock mechanics. The understanding of the creep phenomenon constitutes an indispensable conceptual background for numerical simulation of salt rocks. Some methodologies are presented for the simulation of salt rock creep behavior using the commercial finite element code ABAQUS. Three power-law-based constitutive models for creep are tested on simulations of triaxial creep tests, a mining gallery and both cased and uncased wellbores. A first effort to calibrate and validate the Multi-mechanism Deformation Creep Model for application in the Brazilian halite should be highlighted. Moreover, a methodology for probabilistic analyses of wellbore closure and casing yielding is presented. The software NESSUS is adopted and the Mean Value reliability methods are employed. A transversal model of cased wellbore typical for a Brazilian pre-salt scenario is considered. For both events and constitutive models, deterministic results are associated to a probability of failure of 40 per cent. Variables with the highest importance in salt rock creep analyses are related to the stress state, temperature and steady-state creep. Finally, the excellent performance of the Multi-mechanism Deformation Creep Model in the numerical simulations carried out in this research is noteworthy.

[pt] Quando diversos sistemas de comunicação compartilham uma determinada faixa de frequências, cada um dos sistemas envolvidos opera sujeito às interferências geradas pelos demais. Dentro de este panorama, cresce a importância de uma avaliação precisa dos efeitos de interferência. Dada a complexidade do problema, o cálculo de interferências é usualmente feito considerando diversas situações de pior caso. Estas situações de pior caso incluem, por exemplo, a hipótese de que a degradação devida a chuvas está presente apenas no enlace vítima, não afetando os enlaces interferentes, a hipótese de que as estações terrenas envolvidas estão localizadas nos pontos mais desfavoráveis (em termos de interferência) de suas área de serviço e a consideração de um diagrama de referência para os diagramas de radiação das antenas. Obviamente, estas hipóteses implicam num cálculo de interferências conservador, nos quais os níveis de interferência obtidos são maiores do que os níveis reais de interferência. No presente trabalho, como alternativa ao uso de uma envoltória, os ganhos nos lóbulos laterais das antenas envolvidas são modelados por variáveis aleatórias. Neste caso, a razão portadora interferência resultante é também uma variável aleatória. Seu comportamento estatístico é avaliado para dois tipos de modelagem dos ganhos os lóbulos laterais das antenas: como variáveis aleatórias com distribuição exponencial e como variáveis aleatórias com distribuição gama. Os resultados obtidos são comparados àqueles obtidos quando uma envoltória é utilizada na caracterização dos ganhos das antenas. / [en] When several communication systems share a particular frequency band, each of the systems operates subject to the interference generated by the others. Within this scenario, the importance of an accurate assessment of the effects of interference is increased. Given the complexity of the problem, the evaluation of interference is usually done by considering several worst-case situations. These worst-case situations include, for example, the hypothesis that degradation due to rain affects only the victim link and do not affect the interfering links, the hypothesis that the earth stations involved are located at the most unfavorable (in terms of interference) spots in their service area and the use of reference patterns for the radiation patterns of the antennas. obviously, these assumptions imply a conservative calculation of interference in which the obtained interference levels are higher than their actual levels. In this work, as an alternative to the use of envelopes, the earth station sidelobe antenna gains are modeled as random variables. In this case, the resulting carrier to interference ratio is also a random variable. The statistical behavior of the carrier to interference ratio is then evaluated for two different modelings of the antenna sidelobe gains: as exponential distributed random variables and as gamma distributed random variables. The results are compared to those obtained when an envelope is used to characterize the antenna radiation patterns.

[pt] Essa dissertação tem como objetivo apresentar e aplicar métodos para estimar probabilisticamente as reservas recuperáveis de petróleo de campos maduros (campos em fase de declínio), a partir dos dados históricos da produção (taxa de produção e tempo). Inicialmente é feita uma revisão bibliográfica de tópicos relevantes ao assunto e são apresentados os métodos de ajuste da curva de declínio e de estimação probabilística das reservas encontrados na literatura. Em seguida, são adaptadas a esses métodos algumas modificações consideradas relevantes para uma melhor precisão dos resultados e são desenvolvidos programas em linguagem VBA capazes de fazer a estimação probabilística das reservas recuperáveis e do tempo total de produção do campo desde o início do declínio. Por fim, são gerados resultados de um campo- produtor exemplo e feitas as devidas comparações entre as previsões determinísticas e as probabilísticas. / [en] This dissertation is intended to present and apply the probabilistic methods to estimate the recoverable reserves of mature oil fields (fields in the decline phase), from the historical production data (production rate and time). Initially, a bibliographical review is made and the methods of adjustment of the decline curve and probabilistic estimation of the reserves found in literature are presented. For greater precision, some modifications are made in these methods and programs are developed in Visual Basic. These programs are intended to obtain the probabilistic estimation of the recoverable reserves and the total production life of the field starting at the beginning of the decline phase. Finally, the results of a producing field are presented and the comparisons between the deterministic and the probabilistic forecasts are made.

Seguindo as ideias de s. smale, estudamos a eficiencia probabilistica de algoritmos numericos para equacoes diferenciais ordinarias. especial atencao e dada a dois exemplos classicos: os algoritmos de runge-kutta de dois e de quatro estagios, sendo a sua eficiencia estimada em termos de medidas gaussianas. em ambos os casos, sao obtidas estimativas detalhadas que levam a uma expressao para a media do erro global. / Following the ideas of S. Smale, we study the probabilistic efficiency of numerical algorithms in ordinary differential equations. Special attention is directed to two classical examples: the algorithms of Runge-Kutta of two and four stages with their efficiency estimated in terms of gaussian measures. In both these cases detailed estimates are given. leading to an expression for the mean global error.

Seguindo as ideias de s. smale, estudamos a eficiencia probabilistica de algoritmos numericos para equacoes diferenciais ordinarias. especial atencao e dada a dois exemplos classicos: os algoritmos de runge-kutta de dois e de quatro estagios, sendo a sua eficiencia estimada em termos de medidas gaussianas. em ambos os casos, sao obtidas estimativas detalhadas que levam a uma expressao para a media do erro global. / Following the ideas of S. Smale, we study the probabilistic efficiency of numerical algorithms in ordinary differential equations. Special attention is directed to two classical examples: the algorithms of Runge-Kutta of two and four stages with their efficiency estimated in terms of gaussian measures. In both these cases detailed estimates are given. leading to an expression for the mean global error.

Seguindo as ideias de s. smale, estudamos a eficiencia probabilistica de algoritmos numericos para equacoes diferenciais ordinarias. especial atencao e dada a dois exemplos classicos: os algoritmos de runge-kutta de dois e de quatro estagios, sendo a sua eficiencia estimada em termos de medidas gaussianas. em ambos os casos, sao obtidas estimativas detalhadas que levam a uma expressao para a media do erro global. / Following the ideas of S. Smale, we study the probabilistic efficiency of numerical algorithms in ordinary differential equations. Special attention is directed to two classical examples: the algorithms of Runge-Kutta of two and four stages with their efficiency estimated in terms of gaussian measures. In both these cases detailed estimates are given. leading to an expression for the mean global error.

Orientador: Fernando Jose Von Zuben / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T03:50:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_PabloAlbertoDalbemde_D.pdf: 3372739 bytes, checksum: 137d410adffc7c418667750c4e3326de (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Sistemas imunológicos artificiais (SIAs) e modelos gráficos probabilísticos são duas importantes técnicas para a construção de sistemas inteligentes e tem sido amplamente exploradas por pesquisadores das mais diversas áreas, tanto no aspecto teórico quanto pratico. Entretanto, geralmente o potencial de cada técnica é explorado isoladamente, sem levar em consideração a possível cooperação entre elas. Como uma primeira contribuição deste trabalho, é proposta uma metodologia que explora as principais vantagens dos SIAs como ferramentas de otimização voltadas para aprendizado de redes bayesianas a partir de conjuntos de dados. Por outro lado, os SIAs já propostos para otimização em espaços discretos e contínuos correspondem a meta-heurísticas populacionais sem mecanismos para lidarem eficientemente com blocos construtivos, e também com poucos recursos para se beneficiarem do conhecimento já adquirido acerca do espaço de busca. A segunda contribuição desta tese é a proposição de quatro algoritmos que procuram superar estas limitações, em contextos mono-objetivo e multiobjetivo. São substituídos os operadores de clonagem e mutação por um modelo probabilístico representando a distribuição de probabilidades das melhores soluções. Em seguida, este modelo é empregado para gerar novas soluções. Os modelos probabilísticos utilizados são a rede bayesiana, para espaços discretos, e a rede gaussiana, para espaços contínuos. A escolha de ambas se deve às suas capacidades de capturar adequadamente as interações mais relevantes das variáveis do problema. Resultados promissores foram obtidos nos experimentos de otimização realizados, os quais trataram, em espaços discretos, de seleção de atributos e de ensembles para classificação de padrões, e em espaços contínuos, de funções multimodais de elevada dimensão. Palavras-chave: sistemas imunológicos artificiais, redes bayesianas, redes gaussianas, otimização em espaços discretos e contínuos, otimização mono-objetivo e multiobjetivo / Abstract: Artificial immune systems (AISs) and probabilistic graphical models are two important techniques for the design of intelligent systems, and they have been widely explored by researchers from diverse areas, in both theoretical and practical aspects. However, the potential of each technique is usually explored in isolation, without considering the possible cooperation between them. As a first contribution of this work, it is proposed an approach that explores the main advantages of AISs as optimization tools applied to the learning of Bayesian networks from data sets. On the other hand, the AISs already proposed to perform optimization in discrete and continuous spaces correspond to population-based meta-heuristics without mechanisms to deal effectively with building blocks, and also having few resources to benefit from the knowledge already acquired from the search space. The second contribution of this thesis is the proposition of four algorithms devoted to overcoming these limitations, both in single-objective and multi-objective contexts. The cloning and mutation operators are replaced by a probabilistic model representing the probability distribution of the best solutions. After that, this model is employed to generate new solutions. The probabilistic models adopted are the Bayesian network, for discrete spaces, and the Gaussian network, for continuous spaces. These choices are supported by their ability to properly capture the most relevant interactions among the variables of the problem. Promising results were obtained in the optimization experiments carried out, which have treated, in discrete spaces, feature selection and ensembles for pattern classification, and, in continuous spaces, multimodal functions of high dimension. Keywords: artificial immune systems, Bayesian networks, Gaussian networks, optimization in discrete and continuous domains, single-objective and multi-objective optimization / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

[pt] Em um sistema de Energia elétrica o operador necessita monitorar continuamente a segurança do sistema e, se preciso, tomar decisões no sentido de evitar que o mesmo permaneça ou entre em um estado inseguro. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver um procedimento - função segurança probabilística - que auxilie o operador nesta tarefa. Para o cálculo desta função segurança são feitas simulações utilizando técnicas recentes, como o algoritmo de fluxo de potência desacoplado rápido, equivalente de Ward Estendido, além de Modelos de Markov para representar falhas de operação dos principais componentes do sistema. De posse desta função segurança calculada o operador pode determinar ações de controle preventivo que ajudem a evitar a ocorrência de falhas na segurança do sistema. / [en] The operator of an Electric Energy System has to continously monitor the system security and, if needed, he has to take measures so as to avoid that the system comes to or stays in na unsecure state. The main objective of this work has been to develop a procedure - a probabilistic security function - so that it helps the operator in his task. For that purpose a set of simulations has been made using recent available techniques such as the fast decoupled load flow algorithm, Extended Ward equivalent and Markov Models so as to represent failures of operation of the main system components. With this security function the operator is able to determine preventive control measures so as to avoid the occurrence of breaches in the system security.

[pt] Na abordagem determinística compara-se o método do equilíbrio limite com o método dos elementos finitos na análise 2D da estabilidade de taludes em solo, determinando-se o valor do fator de segurança para vários exemplos de aplicação. No método dos elementos finitos quantifica-se a região da potencial superfície de ruptura que se comporta sob extensão, analisando-se a ocorrência de anisotropia de resistência ao longo da potencial superfície de deslizamento para situações envolvendo diferentes tipos de solo, ângulos de inclinação do talude e sequências de escavação. Conclui-se que o efeito da anisotropia é pouco significativo quando o ângulo de atrito do solo exceder a 10 graus. Por outro lado, devido à crescente aplicação da abordagem probabilística na prática da engenharia geotécnica, foram realizadas análises de confiabilidade de taludes empregando os métodos de Monte Carlo, do hipercubo latino e o método das estimativas pontuais alternativas, comparando-se os diferentes resultados obtidos e discutindo as principais vantagens da aplicação destes métodos. / [en] In the deterministic approach the limit equilibrium method and the finite element method are compared for 2D analysis of soil slope stability, calculating the value of the safety factor in several numerical examples. In the finite element method the region of soil under strain extension is determined and the occurrence of strength anisotropy is investigated along the potential sliding surface for situations involving different types of soil, angles of slope inclination and excavation sequences. It is concluded that the effect of the anisotropy is negligible when the angle of friction is higher than 10 degress. Moreover, due to the increasing application of the probabilistic approach in the practice of geotechnical engineering, some reliability analyses were carried out using the Monte Carlo method, the Latin hypercube method and the method of alternative point estimates, comparing their different outputs and discussing the main advantages of their application in the analysis of soil slope stability problems.

[pt] Estudos econômicos de áreas com indícios de hidrocarbonetos estão imersos em incertezas de diferentes naturezas (geológicas, de engenharia e econômicas). No início do estudo, aspectos da geologia, dos fluidos, das rochas e do reservatório só são conhecidos por métodos indiretos que fornecem informações imprecisas. A redução dessas incertezas é limitada pelos elevados custos de perfuração de poços que permitam testes diretos. Conseqüentemente, decisões de investimentos de exploração têm que ser tomadas sob risco motivando, assim, o desenvolvimento de métodos para a avaliação econômica probabilística de propriedades. O foco desta dissertação é a avaliação econômica probabilística de recursos petrolíferos, antes da perfuração do poço pioneiro. O cálculo do valor econômico de uma propriedade depende das estimativas dos perfis temporais de receitas e custos associados ao seu desenvolvimento e produção (D e P). A obtenção de tais elementos requer um projeto de D e P para a propriedade que, em função dos dados disponíveis, é menos detalhado do que um projeto de simulação multicelular. Nesta dissertação, uma metodologia de avaliação baseada em simulação de Monte Carlo é apresentada juntamente com uma implementação- protótipo. A realização das numerosas replicações, necessárias para se obter uma avaliação probabilística, se torna viável graças a um programa capaz de gerar o projeto de D e P automaticamente. Esse programa foi desenvolvido pela Petrobras com base em regras fornecidas por um especialista. Além da justificativa para a abordagem adotada, da descrição e implementação do método, são feitas considerações sobre distribuições de probabilidade para codificar incertezas e sobre os resultados dos testes iniciais do sistema protótipo. / [en] Economics studies of areas with indications of hydrocarbons are submerged in uncertainties of assorted natures (geological, of engineering and economical). At the start of the study, aspects concerning the geology, the fluids, the rocks and the reservoir are only known through indirect methods that yield imprecise information. The reduction of these uncertainties is limited by high costs of drilling wells that allow direct tests. Consequently, decisions on exploration investments have to be made under risk. This motivates the development of methods for probabilistic economic evaluation of properties. This dissertation addresses the probabilistic economic evaluation of petroleum resources, prior wildcat well drilling. Assessing the economic value of a property depends on estimates of incomes and costs time profiles associated to its development and production (D and P). Obtaining such elements requires a D and P project for the property that, due to the limited data available, is less detailed than a multi- cellular simulation project. In this thesis, a probabilistic evaluation methodology based on Monte Carlo simulation is presented along with a prototype implementation. Performing the numerous replications necessary to obtain a probabilistic evaluation becomes feasible thanks to a procedure capable of automatically generating the D and P project. That procedure was developed by Petrobras based on heuristic rules supplied by an expert. In addition to a justification for the proposed approach, the description of the method and its implementation, comments are made on probability density functions used for encoding uncertainties, and on the results of the initial tests with the prototype system.