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Desenvolvimento de um elemento finito para modelagem do comportamento de poços verticais em rochas salinas / Development of a finite element to model the behavior of vertical wells in salt rocksAraújo, Catarina Nogueira de 17 August 2012 (has links)
This work describes the development of an axisymmetric finite element for the simulation of the viscous behavior of rock salt during vertical well drilling. Based on the displacement formulation of the Finite Element Method, functions on the format of the simplified elastic solution are used for the interpolation inside the element, thereby it is possible to describe the behavior of the system with a few degrees of freedom. The numerical modeling using the proposed element provides faster and more precise answers, therefore it can be used to assist both the design and making of wells, risk analysis and the calibration of the rock viscoelastic parameters in real scale situations. A model with few degrees of freedom representing the studied problem is useful for the low time required to provide results. To verify the proposed element efficiency, results and comparisons with classical finite elements are presented. / FUNDEPES - Fundação Universitária de Desenvolvimento de Extensão e Pesquisa / PRH-ANP - Programa de Recursos Humanos da Agência Nacional do Petróleo / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um elemento finito axissimétrico para a simulação do comportamento viscoso de rochas salinas durante a perfuração de poços verticais. Baseado na formulação em deslocamento do Método dos Elementos Finitos e utilizando funções de interpolação no formato da solução do problema elástico simplificado, o uso do elemento permite representar com poucos graus de liberdade os fenômenos envolvidos no sistema em questão. A utilização do elemento proposto na modelagem numérica do problema fornece respostas mais precisas e em menos tempo, auxiliando tanto na elaboração de projetos de poços como no acompanhamento de sua execução, em análises de risco e na calibração dos parâmetros viscosos das rochas em situações de escala real. A vantagem de se ter disponível um modelo com poucos graus de liberdade representativo do problema posto é a rapidez com que resultados podem ser obtidos. Para verificação da eficiência do elemento finito proposto são apresentados resultados e comparações com o elemento clássico, com funções de interpolação exclusivamente polinomiais, usualmente utilizado para discretizar esse problema.
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Estudo paramétrico da influência da temperatura na análise termomecânica durante a escavação em rochas salinas / Parametric study of the influence of temperature in the thermomechanical analysis during salt rock excavationGonçalves, Giancarlo de Gusmão 08 September 2011 (has links)
This work provides a parametric study to evaluate the effect of temperature in salt rock well drilling problems. These rocks show a slow and continuous strain when subjected to constant stress, a phenomenon known as creep. With recent oil discoveries in deep water, for example, in the pre-salt, where temperatures are high, the study of the influence of temperature becomes relevant, since it contributes to the increase of the creep phenomenon. The aim of this study is to perform numerical simulations by Finite Element Method, using non-linear viscoelastic models and weak thermo-mechanical coupling to evaluate, through parametric analysis, the effect of temperature during salt rock well drilling. Numerical examples are performed to validate the studies. More specifically, it is considered the problem of well drilling for oil exploration below these salt layers. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo paramétrico para avaliar o efeito da temperatura em problemas de perfuração em rochas salinas. Essas rochas possuem deformação lenta e contínua quando submetidas a tensões constantes, fenômeno conhecido como fluência. Com as recentes descobertas de petróleo em grandes profundidades como, por exemplo, no pré-sal, onde as temperaturas são elevadas, o estudo da influência da temperatura se torna relevante, uma vez que contribui para o aumento do fenômeno de fluência. O objetivo desse estudo é a realização de simulações numéricas, através do Método dos Elementos Finitos, utilizando modelos viscoelásticos não lineares e um fraco acoplamento termomecânico para avaliar, através de análises paramétricas, o efeito da temperatura durante a perfuração das rochas salinas. Exemplos numéricos são realizados para validação dos estudos. Mais especificamente, considera-se o problema de escavação de poços para exploração de petróleo abaixo dessas camadas salinas.
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[en] CAVERN INTEGRITY FOR UNDERGROUND HYDROGEN STORAGE IN THE BRAZILIAN PRE-SALT FIELDS / [pt] INTEGRIDADE DE CAVERNAS PARA ARMAZENAMENTO DE HIDROGÊNIO NOS CAMPOS DO PRÉ-SALWILLIAMS DIAS LOZADA PENA 26 September 2023 (has links)
[pt] Ao longo dos anos, a produção de energia tem dependido de recursos não
sustentáveis, como os combustíveis fosséis. No entanto, com o aquecimento global
e a crise energética urge-se investir em recursos de energia renovável, como o
hidrogênio. O gás deve ser armazenado em um ambiente seguro para evitar
vazamentos. Portanto, este trabalho foca no armazenamento de hidrogênio em
cavernas de sal, uma vez que essas rochas possuem propriedades relevantes, como
a baixa permeabilidade. Um fluxo de trabalho para análise de integridade de
cavernas desde a construção até a operação é proposto, implementado e aplicado
para o estudo de casos sintéticos e reais. O armazenamento de hidrogênio provoca
variações de temperatura e pressões dentro da caverna. A termodinâmica do gás
segue uma solução diabática, atualizando a pressão e a temperatura do gás a cada
instante para representar cenários de campo. A formulação termomecânica é
implementada no simulador GeMA, que acopla diferentes físicas. Casos sintéticos
consideram modelos homogêneos e diferentes geometrias de caverna. Os resultados
demonstraram a importância dos efeitos térmicos, pois as amplitudes térmicas
podem comprometer a integridade da rocha, por exemplo, induzindo tensões de
tração e afetando a permeabilidade. Um estudo hidráulico demonstrou risco mínimo
de migração de gás para o exterior. Por último, dois casos reais foram investigados,
litologia heterogênea e uma caverna irregular baseada em dados de sonar. Os
resultados evidenciaram alguns desafios na operação de cavernas. / [en] Over the years, energy has been highly dependent on non-sustainable
resources. However, global warming and the energy crisis urge for investments in
renewable energy resources, such as hydrogen. The gas must be stored in a secure
medium to avoid migration to the external environment. Thus, this work focuses on
hydrogen storage in salt caverns, as these rocks present relevant properties for a
storage site, such as low permeability. A workflow for cavern analysis from
construction to operation is proposed, implemented, and applied to synthetic and
actual field cases. Hydrogen storage provokes variations in temperature and
pressure inside the cavern. The gas thermodynamics follows a diabatic solution,
which updates gas pressure and temperature to represent the field conditions. The
thermomechanical formulation is implemented into an in-house framework GeMA,
which couples different physics. Synthetic case studies include homogeneous
deposits and different cavern geometries. The results demonstrate the importance
of thermal effects, as temperature amplitudes may compromise rock integrity,
inducing tensile stresses and affecting its permeability. A hydraulic study
demonstrated minimal hydrogen migration risk. Finally, two real field conditions
were investigated, considering heterogeneous salt stratifications and a sonar-based
cavern geometry. The results highlight some integrity challenges to be faced during
cavern operation.
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