Orientadores: Célio Maschio, Denis José Schiozer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:57:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_LuisAugustoNagasaki_M.pdf: 3337483 bytes, checksum: b05ca6a68358b078358ec34ba7f7b07a (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O processo de ajuste de histórico consiste em uma das etapas mais importantes envolvendo estudos de reservatórios, pois com o modelo de simulação ajustado pode-se realizar previsões de produção com maior confiabilidade e avaliar diferentes estratégias de produção de forma a obter maior recuperação final com menor custo. Porém, esse processo traz consigo diversas dificuldades, sendo uma delas a não unicidade das soluções, ou seja, vários modelos podem igualmente proporcionar resultados satisfatórios dependendo do objetivo de estudo. Além disso, o reservatório pode possuir diversas heterogeneidades e não linearidades entre atributos do reservatório e valores de produção e pressão, o que também contribui para aumentar a complexidade do problema. Através dos diversos trabalhos já publicados comprovou-se que cada caso possui diferentes características, de forma que uma metodologia aplicada com sucesso a um determinado caso pode não ser aplicável a outro e vice e versa. Dessa maneira, estudos nessa área devem ser realizados e atualizados constantemente. O grande desafio em problemas envolvendo ajuste de histórico está relacionado à redução do número de simulações necessárias para alcançar ajustes satisfatórios de acordo com o objetivo proposto. Entre as diversas técnicas que podem ser encontradas na literatura para tal propósito, uma que chama atenção é a aplicação de metamodelos gerados através de Redes Neurais Artificiais. Os metamodelos, uma vez gerados, são capazes de fornecer os resultados muito mais rápido que o simulador, pois se tratam de modelos simplificados. As RNA, por sua vez, são estruturas capazes de captar com eficiência as não linearidades entre entradas e saídas de um dado problema. Assim, os metamodelos gerados por RNA possuem características que os tornam promissores para serem utilizados como substitutos do simulador em etapas do ajuste que demandam maior esforço computacional. Deste modo, nesse trabalho foi avaliada a aplicação de metamodelos gerados por RNA no processo de ajuste de histórico, principalmente no que se refere à influência que a qualidade do conjunto de entrada exerce sobre o desempenho do metamodelo gerado e com relação à confiabilidade da utilização do metamodelo como substituto do simulador para casos práticos, com características mais próximas da realidade. Os resultados mostraram que a ferramenta, apesar dos erros envolvidos, por se tratar de um modelo simplificado, pode ser utilizada como ferramenta auxiliar ao simulador de escoamento no processo de ajuste de histórico. Não é recomendada a sua utilização como substituta do simulador no processo inteiro, porém, pode contribuir em etapas do processo que não requerem grande precisão dos resultados. Para a confiabilidade dos resultados, é necessário validar a resposta (encontrada por meio do metamodelo) usando o simulador de reservatórios / Abstract: The history matching process is one of the most important stages involving studies of reservoirs, because with the adjusted reservoir model, the production forecasts can be done with higher reliability and different production strategies can be evaluated to obtain greater final recovery associated with less costs. However, this process have several problems associated, one being the multiple solution, meaning that different models provide satisfactory results, depending on the objective of the study. Furthermore, the reservoir in study can have different heterogeneities and nonlinearities between reservoir attributes and values of production and pressure, which also contributes to increase the complexity. Various published work showed that each case has different characteristics, so that a methodology that was applied successfully in one case, may not be efficient in another and vice-versa. Thus, studies in this area should be developed and updated constantly. The great challenge in problems involving history matching is related to reducing the number of simulations required to achieve satisfactory adjustments in accordance with the proposed objective. Among several procedures for this purpose, the application of proxy models generated through artificial neural networks (ANN) can be cited. The proxy models, once generated, are able to calculate the results much faster than the simulator due to the fact that they are simplified models. The ANN are structures capable of efficiently capture nonlinearities between inputs and outputs of a given problem. Thus, these proxy models have characteristics that make them promising for use as substitute of simulator in stages that require greater computational effort. Thereby, in this work the application of proxy models generated through ANN in the history matching process was evaluated, primarily regarding to the influence of the input quality in the proxy performance and the reliability of the use of proxy models as substitutes of the simulator in a realistic reservoir model. The results showed that the tool, despite the errors involved, because it is simplified model, can be used as auxiliary tool to the flow simulator in the process of history matching. It is not recommended to use as a substitute in the whole process, however, can contribute in the process stages that do not require great precision. For reliable results, it is necessary to validate the response (found through the proxy) using the reservoir simulator / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Denis Jose Schiozer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-04T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Magalhaes_TassoCordeiroBenevidesde_M.pdf: 3378169 bytes, checksum: 1fce57c554e09b19fe2b8796625d7f8b (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Estratégias de produção para campos petrolíferos são escolhidas com o objetivo de obter o melhor desempenho possível dos reservatórios, considerando restrições físicas, operacionais e econômicas. Em vários trabalhos publicados sobre otimização das estratégias de produção considera-se apenas o reservatório, simplificando o processo de definição por não considerar as restrições operacionais das facilidades de produção. Entretanto, as restrições da unidade de processamento e dos equipamentos necessários para o escoamento do petróleo, não só influenciam a produtividade do reservatório e o retorno financeiro do empreendimento, como também podem causar impacto significativo na definição da estratégia de drenagem, influenciando a quantidade e localização de poços produtores e injetores e no gerenciamento das condições de operação. No presente trabalho, duas restrições operacionais são analisadas: a limitação da capacidade de tratamento de líquidos da unidade de produção e a quantidade gás no sistema de elevação, gas-lift. Foram otimizadas estratégias de produção com e sem tais restrições para alguns casos e várias diferenças puderam ser observadas nos valores de indicadores técnicos e financeiros, como valor presente líquido, produção e injeção de fluidos e a quantidade e posicionamento de poços produtores e injetores. Foi possível demonstrar a influência das restrições operacionais e que se as mesmas não forem incluídas no processo de otimização antes da definição da quantidade e posição dos poços, o desempenho do campo pode ser prejudicado / Abstract: Production strategies for petroleum fields are chosen with the objective of achieving the best possible performance of the reservoir, considering physical, operational and economical constraints. In many published papers regarding production strategy optimization, only the reservoir is considered, simplifying the analysis process by not considering the operational constraints of production facilities. However, the restrictions of a production unit and the necessary equipments to guarantee the flow of petroleum not only have influence on the reservoir production and on the enterprise profits, but can also cause significant impact on the definition of the drainage strategy, influencing the number and location of producer and injector wells and the operational conditions management. In this work, two operational constraints are analyzed: the limitation of the capacity for liquid treatment and the amount of available gas for gas-lift operation. Production strategies were optimized with and without these restrictions for some case-studies and many differences were noted in the value of technical and financial indicators, such as the net present value, the production and injection of fluids and the number and location of producer and injector wells. It was possible to demonstrate the influence of operational constraints and how their exclusion from the optimization process, before definition of the number and location of wells, can lead to a wrong assessment of the field performance / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Cette thèse s'intéresse au problème de préparation et de stabilisation de systèmes quantiques. Nous considérons des modèles correspondant à des expériences actuelles en électrodynamique quantique en cavité, circuits Josephson, et de contrôle quantique cohérent par laser femtoseconde. Nous posons les problèmes dans le contexte de la théorie du contrôle et nous proposons des lois de commande qui préparent ou stabilisent des états cibles. En particulier, nous nous intéressons à des états cibles qui n'ont pas d'analogue classique: des états superpositions et intriqués. De plus, nous proposons une commande pour la stabilisation d'un sous-espace de l'espace des états, contribuant ainsi au domaine de la correction d'erreur quantique. Ces résultats ont été obtenu en étroite collaboration avec des expérimentateurs. Des mesures expérimentales préliminaires sont en bon accord avec certaines prédictions théoriques de cette thèse. / This thesis tackles the problem of preparing and stabilizing highly non classical states of quantum systems. We consider specific models based on current experiments in cavity quantum electrodynamics, Josephson circuits and ultra-fast coherent quantum control. The problem is posed in the framework of control theory where we search for a control law which prepares or stabilizes a desired target state.Of particular interest to us are target states with no classical analog: superposition and entangled states. More generally, we propose a scheme for the stabilization of a manifold of quantum states, thus introducing some new ideas for autonomous quantum error correction in a cavity. Close collaborations with experimentalists helped us in the design of control protocols which are readily employable in the laboratory. Experimental demonstrations are currently being implemented and preliminary measurements are in good agreement with the theory introduced in this thesis.

Orientadores: Denis José Schiozer, Eliana Luci Ligero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:17:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santana_GustavoMenezes_M.pdf: 19965408 bytes, checksum: 111a8315e511e6681fab2b5663345c52 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os reservatórios do pré-sal brasileiro apresentam grandes volumes de óleo leve com quantidade significativa de CO2 dissolvido. O CO2 produzido no pré-sal pode ser utilizado como gás de injeção no método especial de recuperação de injeção alternada de água e gás (WAG). Neste trabalho, a injeção WAG-CO2 miscível é empregada na recuperação de um óleo leve com teor de cerca de 8% molar de CO2 em condições análogas às do pré-sal de alta pressão e baixa temperatura, onde fenômenos físicos inerentes à injeção WAG-CO2 são incorporados aos modelos de simulação de reservatórios através dos modelos de histerese da permeabilidade relativa, tal como o modelo trifásico de Larsen e Skauge (1998). Este trabalho tem como foco o estudo dos efeitos da modelagem da histerese de permeabilidade relativa em simulações de injeção WAG-CO2 miscível. Dois modelos sintéticos de reservatório com óleo leve e com diferentes graus de heterogeneidade são estudados. Os modelos de simulações empregam a formulação composicional por ser mais apropriada em casos de injeção de gás miscível em óleo leve. A histerese causa redução da permeabilidade relativa aos fluidos, o que pode gerar dois efeitos: o aumento da eficiência local de varrido de óleo e a perda de injetividade. O primeiro efeito contribui para o aumento da recuperação de óleo, enquanto a perda de injetividade, dependendo das condições operacionais dos poços, resulta na redução da quantidade de fluidos injetada, prejudicando a recuperação. O predomínio de um desses dois efeitos faz com que a implementação dos efeitos da histerese de permeabilidade relativa nos modelos de simulação com injeção WAG resulte em recuperações finais de óleo diferentes das obtidas nos casos em que a histerese não é considerada, atingindo-se valores até 8% maior ou menor conforme efeito predominante e condições operacionais utilizadas / Abstract: The Brazilian pre-salt reservoirs present large volumes of light oil with a significant amount of dissolved CO2. It is intended to use CO2 produced in the pre-salt as an injection gas on the enhanced oil recovery method of water-alternating-gas (WAG) injection. In this work, the miscible WAG-CO2 injection is used in light oil recovery with an amount of 8% molar CO2 in similar conditions to pre-salt with high pressure e low temperature where physical phenomena involving WAG-CO2 injection applied to a reservoir of light oil with dissolved CO2 are built into the reservoir simulation models through the hysteresis of relative permeability models, as the Larsen and Skauge (1998) model. This work focuses on the study of the effects of modeling the hysteresis of relative permeability in simulation of miscible WAG-CO2 injection. Two synthetic reservoir models with light oil and different heterogeneities are studied. The simulation models employ the compositional formulation because it is more appropriate in cases of miscible gas injection in light oil. The hysteresis causes a reduction of the relative permeability of the fluid, which can cause two effects: increased local oil swept efficiency and the loss of injectivity. The first effect contributes to increase the oil recovery, while the loss of injectivity, depending on the operating conditions of the wells, results in a reduction of the amount of injected fluids, reducing the recovery. The predominance of one of these two effects makes the implementation of the effects of hysteresis of the relative permeability in simulation models with WAG injection exhibit different results compared to those models without hysteresis, reaching values up to 8% higher or lower according to the predominant effect and operational conditions used / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Osvair Vidal Trevisa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-28T00:16:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MercadoSierra_DianaPatricia_D.pdf: 5821830 bytes, checksum: 86d0611dd821cb67544d7463dfed3a39 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A combustão in-situ é um processo multiescala, multifísico que envolve simultaneamente o escoamento de fluidos no meio poroso, o equilíbrio de fases e a cinética das reações químicas. A simulação desse processo tem alcançado um elevado grau de desenvolvimento, no entanto, mecanismos básicos ainda são representados de maneira incompleta, impondo inúmeros desafios na modelagem. A dificuldade de modelar fenômenos relacionados com a combustão tem a ver com a representação do efeito da frente de combustão e a modelagem do consumo de combustível. Na combustão in-situ as reações químicas acontecem em uma zona delgada de menos de um metro de espessura, que é pequena quando comparada com a escala do reservatório de centenas ou milhares de metros. Na simulação na escala de campo, o uso de células de tamanho maior do que a zona de reação leva a erros na distribuição da temperatura. Consequentemente, a velocidade das reações não pode ser bem representada. De outro lado, os simuladores não permitem controlar a ocorrência das reações a partir da energia de ativação. Como resultado, o início das reações se torna independente da temperatura. O objetivo desta tese é desenvolver um modelo pseudocinético para a simulação numérica da combustão in-situ na escala de campo. Com o modelo pseudocinético pretende-se representar os fenômenos na zona de combustão, reduzindo o efeito do tamanho de célula. O trabalho foi desenvolvido em etapas. Primeiro foram estabelecidas as condições que o simulador deveria atender e definida a estratégia de abordagem, que foi a de desenvolver um modelo pseudocinético. Depois foi definida a metodologia de obtenção do modelo pseudocinético. Após o modelo pseudocinético concluído, este foi utilizado para a simulação de um campo de óleo pesado brasileiro submetido à combustão in-situ. O modelo pseudocinético proposto consiste em expressar a energia de ativação das reações em função da temperatura. Através do modelo, é possível restringir a ocorrência da reação de craqueamento, de modo que o início da formação do coque aconteça somente para temperaturas acima dos valores observados na zona de craqueamento. Note-se que neste cenário a quantidade de coque depositado pode ser modelada usando a reação de craqueamento, o que se constitui numa das principais contribuições do trabalho. O modelo permite manter a dependência da taxa de reação com a temperatura mediante o uso de valores de energia de ativação apropriados. Além disso, consegue-se reduzir o efeito da distribuição de temperatura mediante o controle da taxa de reação em função dos valores médios de temperatura observados nas células do modelo de simulação na escala de campo. Na simulação do piloto de combustão in-situ, o modelo pseudocinético foi obtido do ajuste progressivo dos parâmetros cinéticos das reações químicas, partindo da simulação do processo na escala de laboratório até a escala de campo. Os dados experimentais utilizados na simulação na escala de laboratório foram obtidos de um ensaio em tubo de combustão seca realizado no Laboratório de Métodos Térmicos de Recuperação do Departamento de Energia da UNICAMP. O fluido utilizado foi um óleo pesado de 15,3 °API proveniente da Bacia do Espírito Santo / Abstract: The in-situ combustion is a multi-scale, multi-physics process, involving fluid flow in porous media, thermodynamic equilibrium of the phases involved and chemical kinetics of reactions. The simulation of this process has achieved a high degree of development, however basic mechanisms are still represented incompletely, imposing numerous challenges in modeling. The issues in the combustion modeling are related with the representation of the combustion front effect and the fuel consumption modeling. Chemical reactions of the in-situ combustion process take place in a thin zone of less than a meter thick, which is small compared to the field scale of hundreds or thousands of meters. Numerical simulations at the field scale typically use grid blocks that are at least two orders of magnitude greater than that. Such divergence leads to improper representations of key aspects of the process, as the temperature distribution and the reaction kinetics. In accordance with that the reaction occurrence is not controlled by the activation energy in the simulation models. The major shortcome is on fuel deposition, a key issue in in-situ combustion, which will happen from the start, since the cracking reaction may proceed even at reservoir temperature. The objective of this thesis is to develop a new pseudokinetic model for field-scale simulation of in-situ combustion. With the pseudokinetic model meant to improve the representation of the combustion zone effects reducing the gridblock size effect. The work was carried out in stages. First establishes the conditions that the simulator should meet and defined the strategy to develop a pseudokinetic model. Then a methodology was defined for obtaining the pseudokinetic model. After the pseudokinetic model is completed, it is applied to the in-situ combustion modeling of a Brazilian heavy oil field. The models pursue the idea of making the activation energy a function of the grid block temperature. The model allows restricting the cracking reaction occurrence by the temperature, so that the beginning of the coke deposition occurs at temperatures greater than the temperature observed in the cracking zone. Note that in this scenario the cracking reaction can be used to represent the coke deposition, which constitutes one of the main contributions of this work. The model allows maintaining the dependence of reaction rate with temperature through the use of appropriate activation energy values. Furthermore, the model reduces the temperature distribution effect by controlling the reaction rate based on average temperature values observed in the field simulation model. In the simulation of the in-situ combustion pilot, the pseudokinetic model was obtained from the progressive tuning of the kinetic parameters of chemical reactions, based on the simulation of the process from the laboratory to field scale. The experimental data used in the laboratory scale simulation were obtained from a dry combustion tube test carried out at the Thermal Recovery Methods Laboratory of the Energy Department at UNICAMP. The fluid used was a 15.3 ° API heavy oil from the Espírito Santo Basin / Doutorado / Reservatórios e Gestão / Doutora em Ciências e Engenharia de Petróleo

"February 2003" / PhD (by publication). / Includes bibliographical references. / vii, 21, [49] leaves : ill. (some col.), maps, photos (some col.) ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Australian School of Petroleum (ASP), 2004

Dans cette thèse, nous développons plusieurs outils pour la Correction d’Erreur Quantique (CEQ) autonome avec les qubits supraconducteurs.Nous proposons un schéma de CEQ autonome qui repose sur la technique du « reservoir engineering », dans lequel trois qubits de type transmon sont couplés à un ou plusieurs modes dissipatifs. Grâce à la mise au point d’une interaction effective entre les systèmes, l’entropie créée par les éventuelles erreurs est évacuée à travers les modes dissipatifs.La deuxième partie de ce travail porte sur un type de code récemment développé, le code des chats, à travers lequel l’information logique est encodée dans le vaste espace de Hilbert d’un oscillateur harmonique. Nous proposons un protocole pour réaliser des mesures continues et non-perturbatrices de la parité du nombre de photons dans une cavité micro-onde, ce qui correspond au syndrome d’erreur pour le code des chats. Enfin, en utilisant les résultats précédents, nous présentons plusieurs protocoles de CEQ continus et/ou autonomes basés sur le code des chats. Ces protocoles offrent une protection robuste contre les canaux d’erreur dominants en présence de dissipation stimulée à plusieurs photons. / In this thesis, we develop several tools in the direction of autonomous Quantum Error Correction (QEC) with superconducting qubits. We design an autonomous QEC scheme based on quantum reservoir engineering, in which transmon qubits are coupled to lossy modes. Through an engineered interaction between these systems, the entropy created by eventual errors is evacuated via the dissipative modes.The second part of this work focus on the recently developed cat codes, through which the logical information is encoded in the large Hilbert space of a harmonic oscillator. We propose a scheme to perform continuous and quantum non-demolition measurements of photon-number parity in a microwave cavity, which corresponds to the error syndrome in the cat code. In our design, we exploit the strongly nonlinear Hamiltonian of a highimpedance Josephson circuit, coupling ahigh-Q cavity storage cavity mode to a low-Q readout one. Last, as a follow up of the above results, we present several continuous and/or autonomous QEC schemes using the cat code. These schemes provide a robust protection against dominant error channels in the presence of multi-photon driven dissipation.

[pt] Este trabalho investiga o problema de otimização de alternativas para o desenvolvimento de campos petrolíferos. Uma alternativa de desenvolvimento refere-se à forma como um campo petrolífero, conhecido e delimitado, é colocado em produção, isto é, diz respeito à determinação do número, localização e agendamento dos poços de produção e injeção. Otimização de alternativas consiste em encontrar as configurações de produção que, a longo prazo, forneçam o maior valor presente líquido (VPL), obtido a partir do custo de investimento inicial, do preço do petróleo, da produção de óleo e gás, dos custos de operação, das alíquotas de impostos e dos royalties pagos durante o tempo de produção. A produção de óleo é obtida usando-se um simulador de reservatório. O simulador recebe a informação da alternativa a ser simulada e retorna a curva de produção de óleo e gás no tempo de produção especificado. Cada execução do simulador pode demorar desde alguns segundos até várias horas, dependendo da complexidade do reservatório modelado. Este trabalho propõe, implementa e avalia um sistema inteligente de otimização que emprega: algoritmos genéticos (AGs) para a busca de uma alternativa de desenvolvimento ótima; uso de ambiente de computação paralela para a simulação de reservatório e cálculo do VPL das alternativas; um módulo de inferência baseado em modelos inteligentes para aproximar a função de produção de óleo; e um módulo de caracterização baseado em mapas de qualidade para obter informações do campo petrolífero a serem aproveitadas durante a otimização. Este trabalho consistiu de 4 etapas: uma revisão da literatura sobre desenvolvimento de campos petrolíferos, simulação de reservatórios e caracterização de campos petrolíferos; um estudo das técnicas de inteligência computacional para otimização e aproximação de funções; desenvolvimento do modelo proposto de otimização de alternativas; e o estudo de casos. O modelo proposto foi avaliado com configurações de reservatório homogêneo e heterogêneo obtendo resultados da otimização, do uso da caracterização, da aproximação pelo módulo de inferência e do uso do ambiente paralelo. Os resultados obtidos mostram que, o modelo proposto, permite alcançar respostas com altos VPL sem utilizar conhecimento prévio, e também a partir de informações extraídas da caracterização ou fornecidas pelo próprio especialista como sementes iniciais na otimização. A principal contribuição deste trabalho é a concepção e implementação de um sistema baseado em técnicas inteligentes para otimizar alternativas de desenvolvimento com uma redução do tempo computacional para um processo iterativo, obtida tanto pelo aproveitamento do poder computacional de um ambiente de computação paralela, como pelo uso de aproximações das curvas de produção. Este sistema inteligente oferece uma ferramenta de suporte à decisão que automatiza a busca de alternativas de desenvolvimento e aproveita informações vindas do conhecimento do engenheiro de reservatório. / [en] This work investigates the problem of optimization of alternatives for petroleum fields` development. A development alternative refers to the way a well-known and delimited petroleum field is placed in production. This process involves the determination of the number, localization and scheduling of producer and injector wells. Thus, the optimization of alternatives consists of finding the production configurations that, in the long term, provide the maximum net present value (NPV); this is obtained from the investment cost, oil price, oil & gas production, operation costs and taxes and royalties paid during the production time. The oil and gas production is obtained from a reservoir simulator. The simulator receives information from the alternative to be simulated, and returns an oil & gas production to specified production time. Each simulation can take from a few seconds to several hours, depending on complexity of the reservoir being modeled. This work proposes, implements and evaluates an intelligent optimization system that comprises: genetic algorithms (GAs) to search an optimal development alternative; using of parallel computing environment to reservoir simulation and NPV computing; an inference module, basis in intelligent models, to approximate the oil production function; and a oilfield characterization module, basis in quality maps, to obtain information about the oilfield to use during optimization process. This work consisted of four stages: a literature review about petroleum field development and reservoir simulation; a study about computational intelligence techniques applied in optimization and functions approximation; the development of alternatives optimization proposal model; and the case studies. The proposal model was evaluated using homogeneous and heterogeneous reservoir configurations, obtaining results of optimization, by using characterization, the inference module and the parallel environment. The obtained results indicate that the proposed model provides alternatives with high NPV without previous knowledge and also from information provided by characterization or information inserted by the expert as initial seeds into optimization. The main contribution of this work is the conception and the implementation of a system basis in intelligent techniques to optimize development alternatives offering a reduction time to an iterative process, obtained from exploit of computational effort of a parallel computing environment or by using of production curves approximations. This intelligent system offers a decision-support tool that allows automating the search process of development alternatives and exploiting information from knowledge of reservoir engineers.

Dans cette thèse nous étudions théoriquement de systèmes dissipatifs pompés,décrits par une équation maîtresse de Lindblad. En particulier, nous adressons les problématiques liés à l’émergence de phénomènes critiques. Nous présentons une théorie générale reliant les transitions de phase du premier et deuxième ordres aux propriétés spectrales du superopérateur liouvillien. Dans la région critique, nous déterminons la forme générale de l’état stationnaire et de la matrice propre du liouvillien associée à son gap spectral. Nous discutons aussi l’utilisation de trajectoires quantiques individuelles afin de révéler l’apparition des transitions de phase. En ayant dérivé une théorie générale, nous étudions le modèle de Kerr en présence de pompage à un photon (cohérent) et à deux photons (paramétrique) ainsi que de dissipation. Nous explorons les propriétés dynamiques d’une transition de phase du premier ordre dans un modèle de Bose-Hubbard dissipatif et d’une de second ordre dans un modèle XYZ dissipatif d’Heisenberg. Enfin, nous avons considéré la physique des cavités soumises à de la dissipation à un et deux photons ainsi qu’un pompage à deux photons, obtenu par ingénierie de réservoirs. Nous avons démontré que l’état stationnaire unique est un mélange statistique de deux états chats de Schrödinger, malgré de fortes pertes à un photon.Nous proposons et étudions un protocole de rétroaction pour la génération d’états chat purs / In this thesis we theoretically study driven-dissipative nonlinear systems, whosedynamics is capture by a Lindblad master equation. In particular, we investigate theemergence of criticality in out-of-equilibrium dissipative systems. We present a generaland model-independent spectral theory relating first- and second-order dissipative phasetransitions to the spectral properties of the Liouvillian superoperator. In the critical region,we determine the general form of the steady-state density matrix and of the Liouvillianeigenmatrix whose eigenvalue defines the Liouvillian spectral gap. We discuss the relevanceof individual quantum trajectories to unveil phase transitions. After these general results,we analyse the inset of criticality in several models. First, a nonlinear Kerr resonator in thepresence of both coherent (one-photon) and parametric (two-photon) driving and dissipation.We then explore the dynamical properties of the coherently-driven Bose-Hubbard and of thedissipative XYZ Heisenberg model presenting a first-order and a second-order dissipativephase transition, respectively. Finally, we investigate the physics of photonic Schrödingercat states in driven-dissipative resonators subject to engineered two-photon processes andone-photon losses. We propose and study a feedback protocol to generate a pure cat-likesteady state

Ces dernières années, les progrès réalisés dans le contrôle de l'interaction lumière-matière au niveau quantique ont conduit à de nombreuses avancées en optique quantique, en particulier dans l'étude de phénomènes quantiques fondamentaux, dans la conception de systèmes quantiques artificiels et dans les applications en information quantique. Il a notamment été possible d'augmenter considérablement l'intensité de l'interaction lumière-matière et de contrôler le couplage de systèmes quantiques à leur environnement, afin d'obtenir des états non conventionnels et fortement non classiques. Cependant, pour exploiter ces états quantiques en vue d'applications technologiques, il est crucial de pouvoir mesurer et contrôler ces systèmes avec précision. Dans ce contexte, ce travail de thèse est consacré à l'étude de nouveaux protocoles pour la mesure et le contrôle de systèmes quantiques dans lesquels des fortes interactions et des symétries particuliers conduisent à la génération d'états fortement non classiques. Nous nous intéressons dans un premier temps au régime de couplage ultra-fort de l'électrodynamique quantique en cavité (et de circuit). Plus précisément, l'état de fondamental n'est plus le vide standard, car il devient énergiquement favorable qu'il contienne des photons.Dans ce régime on peut même obtenir des chat de Schrödinger comme état fondamental.En revanche, pour assurer la conservation de l'énergie, les photons contenus dans ce vide exotique sont liés à la cavité et ne peuvent pas s'échapper dans l'environnement. Cela signifie qu'ils ne peuvent être mesurés par simple photodétection. Nous proposons dans ce travail un protocole spécialement conçu pour surmonter cette difficulté. Nous montrons qu'il est possible de déduire les propriétés photoniques de l'état fondamental à partir du déplacement de Lamb d'un système à deux niveaux auxiliaire.Les résonateurs optiques à paires de photons constituent une autre classe de systèmes dans lesquels la symétrie de parité conduit à des états quantiques non conventionnels. Grâce à "l'ingénierie de réservoir", il est aujourd'hui possible de contrôler l'interaction d'un système avec son environnement, de façon à le stabiliser dans des états quantiques particulièrement intéressants. En particulier, quand un résonateur (une cavité optique) est couplé à l'environnement par échange de paires de photons, il est possible de créer de chats de Schrödinger optiques dans la dynamique transitoire du système. Les corrélations quantiques de ces états sont par contre rapidement perdues en raison de la présence inévitable de dissipation à un photon. Protéger le système contre cette perturbation est le but du protocole de feedback basé sur la parité que nous présentons dans cette thèse / In recent years, the field of quantum optics has thrived thanks to the possibility of controlling light-matter interaction at the quantum level.This is relevant for the study of fundamental quantum phenomena, the generation of artificial quantum systems, and for quantum information applications.In particular, it has been possible to considerably increase the intensity of light-matter interaction and to shape the coupling of quantum systems to the environment, so to realise unconventional and highly nonclassical states.However, in order to exploit these quantum states for technological applications, the question of how to measure and control these systems is crucial.Our work is focused on proposing and exploring new protocols for the measurement and the control of quantum systems, in which strong interactions and peculiar symmetries lead to the generation of highly nonclassical states.The first situation that we consider is the ultrastrong coupling regime in cavity (circuit) quantum electrodynamics.In this regime, it becomes energetically favourable to have photons and atomic excitations in the ground state, that is no more represented by the standard vacuum.In particular, in case of parity symmetry, the ground state is given by a light-matter Schrödinger cat state.However, according to energy conservation, the photons contained in these exotic vacua are bound to the cavity, and cannot be emitted into the environment.This means that we can not explore and control them by simple photodetection.In our work we propose a protocol that is especially designed to overcome this issue.We show that we can infer the photonic properties of the ground state from the Lamb shift of an ancillary two-level system.Another class of systems in which the fundamental parity symmetry leads to very unconventional quantum states is given by two-photon driven-dissipative resonators.Thanks to the reservoir engineering, it is today possible to shape the interaction with the environment to stabilize the system in particularly interesting quantum states.When a resonator (an optical cavity) exchanges with the environment by pairs of photons, it has been possible to observe the presence of optical Schrödinger cat states in the transient dynamics of the system.However, the quantum correlations of these states quickly decays due to the unavoidable presence of one-photon dissipation.Protecting the system against this perturbation is the goal of the parity triggered feedback protocol that we present in this thesis