Orientador: João Andrade de Carvalho / Resumo: Caldeiras de produção de vapor são utilizadas no setor siderúrgico para produzir e disponibilizar vapor para o processo de geração de energia e para os vários setores que necessitam de aquecimento durante a fabricação de seus produtos, como por exemplo, a vaporização de criogênicos para distribuição na planta. Portanto, caldeiras são equipamentos que necessitam ter confiabilidade. Atualmente, a CSN (siderúrgica brasileira de grande porte) possui duas caldeiras do início da década de 80 que somente partem e operam com uma chama piloto utilizando gás de coqueria, um gás que é subproduto da produção de coque em uma planta siderúrgica. Assim, para alcançar o objetivo de mais confiabilidade e flexibilidade na operação destas caldeiras, utilizou-se os métodos de índice Wobbe, corrigido pela pressão, e o método dos múltiplos índices de Weaver para avaliar a substituição do gás de coqueria pelo gás natural de modo que estas caldeiras possam operar com gás natural em caso de indisponibilidade de gás de coqueria. Mesmo que o aporte energético entre os gases seja diferente, este pode ser ajustado pela pressão do gás. A temperatura de chama adiabática não tem variação significativa, reduzindo-se apenas 1,4%. As emissões de fumaças e CO2 aumentam com a substituição, porém as emissões de NOx tem redução. A utilização do método dos múltiplos índices de Weaver para análise de intercambiabilidade demonstra que o gás natural não é um substituo para um queimador projetado para queimar gás de co... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Steam generators are used in the steel industry to produce and supply steam process for power generation and for other sectors that need heat to manufacture their products, such as the cryogenics vaporization for distribution in the facilities. Therefore, steam generators are equipment that need to have reliability. Currently, CSN (large Brazilian steelmaker) has two steam generators from the early 1980s that only startup and operate with a pilot flame using coke oven gas, a gas that is a byproduct of coke production at a steel plant. Thus, in order to achieve the working objective, reliability and flexibility in the operation of these steam generators, the Wobbe index method, with pressure-corrected, and the Weaver's multiple index method were used to verify the coke oven replacement for natural gas, and then, these steam generators can operate with natural gas in case of coke oven gas unavailability. Results shown in the same way that the energy increase between the gases are different can be adjusted in the pressure reduction. The flame temperature has insignificant variation, only 1.4%. Off gas and CO2 emissions increase with interchangeability. However, NOx emissions are reduced. The Weaver multiple index method for interchangeability analysis demonstrates that natural gas is not a gas to replace coke oven gas in a burner designed to burn coke oven gas, but if the burner is designed to natural gas, coke oven gas may be the substitute gas. Regarding the heat input and pri... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A produção brasileira de gás natural (GN) cresceu 7,7% ao ano, entre 2006 e 2016, acompanhada do crescimento das descobertas de reservas de GN associado ao petróleo, oriundas dos campos contidos no polígono do pré-sal. Observa-se que a demanda por GN apresenta taxa de crescimento anual de 3,4% no período compreendido entre 2006 e 2018. No âmbito da oferta de GN, a reinjeção em poços demonstra um crescimento de 200% no período compreendido entre 2013 e 2018. Destaca-se na fonte de suprimento importada, através do gasoduto Bolívia-Brasil, o término da vigência do contrato de suprimento, previsto para 2019, que permitirá a renegociação das condições de fornecimento em termos de quantidade, preço e prazo. Tal importação também deverá se adequar às realidades de consumo e expectativas de crescimento da oferta doméstica no longo prazo. Este desequilíbrio, entre oferta e demanda, se apresenta como uma oportunidade no plano do aprimoramento da segurança energética do país, bem como nas diferentes dimensões de atrações de investimentos para expansão da indústria gasífera, através de métodos alternativos de movimentação de GN. Estes métodos são caracterizados neste trabalho como gás natural comprimido (GNC) e gás natural liquefeito em pequena escala (GNL). Identifica-se a competividade destes métodos de movimentação bem como são apresentados os principais elementos que compõem a formação de custos destes sistemas de movimentação de GN. Em seguida, é proposto um modelo de estimação de custos por unidade energética (USD/MMBTU), cuja competitividade, obtida através de simulações e comparadas com custos de gasodutos (utilizando-se o método abordado no PEMAT), é avaliada. Demonstra-se que, para volumes movimentados de 0.1MTPA, o a movimentação de GN por gasoduto apresenta menor custo por unidade energética até distâncias de 380 quilômetros (km). A partir desta distância, a movimentação através de sistemas de GNL apresenta-se mais competitiva. Observa-se que o GNC é mais competitivo que o GNL para distâncias de até 18 km, para o mesmo volume movimentado. Analisa-se as mesmas curvas para volumes movimentados de 0.5 MTPA e 1 MTPA, cuja competitividade do GNL, frente ao gasoduto, é observado em 650 km de distância no primeiro caso e não pode ser verificada no segundo caso. Em adição, o GNC apresentou resultados competitivos para volumes movimentados inferiores, cerca de 100 vezes, aos avaliados neste trabalho. Após a modelagem de estimação custos, aplica-se o modelo de GNL em pequena escala para abastecimento dos municípios situados no estado de São Paulo e em conjunto com o plano de metas do setor de gás natural (PMGN) para o estado. Observa-se que, dos 139 municípios avaliados, 103 municípios apresentaram competitividade ponderada para substituição de eletricidade e óleo combustível para fins térmicos industriais por GN. Do universo estudado, 85 municípios estavam contidos no PMGN com expectativa de instalação de infraestrutura de distribuição de GN entre 2022 e 2029 e cujo suprimento de NG poderia ser antecipado pelo sistema de GNL em pequena escala. / The Brazilian natural gas (NG) production has been growing 7,7% per year during 2006 and 2016, this growth has been followed by the increase of the reserves of oil associated natural gas from the fields within the pre-salt polygon. From the demand side, one can observe a growth of 3,4% per annum for the period starting in 2006 to 2018. It Worth to mention that the imported NG supply contract from Bolivia has its termination due to 2019, which will enable the negotiation of conditions of supply such as quantities, term and price. This import contract is expected to reflect the current conditions of demand and future supply from indigenous production in the long term. Based on that, on can observe an imbalance between supply and demand, which can be explored as an opportunity for improvements in the energy security of the country and also as an opportunity for investments in alternative methods for transportation of NG, in order to foster the industry. These alternative methods are described in this research as compressed natural gas (CNG) and small-scale LNG (SSLNG). It is explored not only the competitiveness of those methods but also the cost indicatives and the state of the art technologies are presented. Followed the characterising of CNG and SSLNG, a cost per-unit-of-energy estimation model is proposed for CNG and SSLNG and compared with the pipelines cost estimation adopted in the PEMAT. It is demonstrated that, for the transportation volumes of 0.1MTPA, pipelines option is more competitive than SSLNG up to 380 kilometres (km) transportation distance. SSLNG option was observed more competitive for transportation distances higher than 380 km. On the other hand, CNG option has demonstrated competitiveness only against SSLNG option and for transportation distances up to 18 km. For the transportation volumes of 0.5 MTPA and 1 MTPA, the SSLNG option was observed more competitive than the pipeline option, for transport distances higher than 650 km for the former volumes transported and no competitiveness was observed for the latter volumes transported. Additionally, for the sake of illustration, CNG has demonstrated competitiveness against SSLNG and pipeline for lower transported volumes, around 100 times lower than 0.1MTPA. After the cost estimation modelling, the SSLNG model was applied in the municipalities of the state of São Paulo and together with the plan of targets for the NG sector (PMGN) for the state. One can observe 103 municipalities out of 139 have shown competitive costs of SSLNG in the displacement of electricity and oil fuel for the thermic energy uses in the industrial and agricultural sector. 85 municipalities out of the 103 were considered in the PMGN as municipalities that would have NG distribution pipelines infrastructure from 2022 to 2029 and could anticipate the use on NG by adopting the SSLNG.

O presente trabalho apresenta um estudo associado à separação de gás para escoamento gás-líquido em um duto anular inclinado. Esse tipo de escoamento e geometria são encontrados em separadores de gás do tipo shroud invertido na indústria de petróleo quando utilizadas técnicas de bombeamento para a exploração de poços. A presença de gás livre a montante da bomba é uma das maiores limitações dos sistemas de bombeamento, por acarretar cavitação e falhas dinâmicas nos equipamentos. O presente estudo tem por objetivo garantir a separação total de gás livre a montante da bomba através da proposição de um separador do tipo shroud invertido em tubulação inclinada para aplicação na exploração de petróleo em poços direcionais. Um estudo experimental com ar e água como fluidos de trabalho a pressão quase atmosférica foi desenvolvido visando a compreensão da fenomenologia do separador shroud invertido. Foram observados escoamentos em duto anular do tipo: bifásico gás-líquido ascendente, monofásico em canal livre e bifásico gás-líquido descendente devido ao fenômeno de aeração; foram coletados também dados de eficiência de separação em função do ângulo de inclinação, vazão do líquido e queda de pressão entre o shroud e a saída do tubo de produção. Encontrou-se uma variável de extrema importância no fenômeno de separação até agora não reportada na literatura: o nível do anular interno do shroud (NAI). Um modelo fenomenológico que prevê a separação total do gás foi desenvolvido a partir da interpretação dos fenômenos físicos observados experimentalmente. Uma correlação inédita para a modelagem do fenômeno de dissipação de energia cinética turbulenta vinculado à separação do gás é proposta. O modelo foi validado qualitativamente com dados da literatura e ajustado com os dados coletados neste trabalho, mostrando boa concordância. / This paper presents a study associated with gas separation in an inclined gas-liquid annular-duct flow. This type of flow and geometry are found in shroud-inverted gas separators applied to petroleum industries when using pumping technique for oil production. High void fraction at the pump suction of is one of the most important limitations of the SCP technique, causing cavitation and dynamics failures in the equipment. The present study aims to provide a solution for the total gas separation through the use of an innovative inclined inverted-shroud separator for directional wells. An experimental study, where air and water at near atmospheric pressure constituted the working fluids, was carried out to understand the phenomenology of the inclined inverted-shroud separator. Different annular-duct flows were observed: upward gas-liquid flow, single-phase open channel flow, downward gas-liquid flow due to the phenomenon of aeration; also new data of separation efficiency were collected as a function of inclination angle, liquid flow rate and pressure drop between the shroud and production pipe outlet. One of the most significant findings is that the liquid level of the inner annular channel (NAI) of the shroud is a very important variable in the phenomenon of separation; so far this was not reported in the literature. Based on the observations, a phenomenological model that predicts total gas separation is proposed. A new correlation for the modeling of the dissipation of turbulent kinetic energy associated with the gas separation is presented. The model was qualitatively compared with available data from the literature and quantitatively adjusted against the new experimental data obtained in this work, and the agreement was quite good.

Estudos de acumulações de gás raso e os efeitos destes fenômenos nas ondas sísmicas são objeto de trabalho de diversos pesquisadores em diferentes partes do planeta. As respostas das acumulações de gás nas ondas sísmicas se diferenciam pelas diversas frequências dos equipamentos sísmicos e trazem informações importantes no que concerne à formação e evolução dos ambientes em questão. O Canal da Bertioga se situa no litoral Sul do Estado de São Paulo, Brasil, e consiste em um ambiente de características estuarinas que conecta a plataforma continental, em sua desembocadura oceânica, e a Baixada Santista em sua desembocadura continental. Trata-se de um sistema de baixa hidrodinâmica, com profundidades máximas de 18m, e sofre influência de seus afluentes oriundos da serra do mar. Na presente pesquisa, foram utilizadas as fontes Pinger (24 kHz), Chirp (2 - 8 kHz) e Boomer (0,5 - 2 kHz) operando simultaneamente para o levantamento de dados geofísicos e amostragens superficiais com um amostrador de mandíbulas do tipo Van Veen. Foram também obtidos cinco testemunhos sedimentares, dos quais foram obtidos dados de taxa de sedimentação. O levantamento sísmico permitiu a identificação de diversas fácies acústicas de gás nos sedimentos assim como padrões de escape. Em função da identificação dos padrões de ocorrência destas formações de gás se pôde dividir o Canal da Bertioga em três setores: Estreito, Largo do Candinho e Canal Leste. No trecho denominado de Estreito as Coberturas acústicas foram predominantes com pouca variação de cota (± 3 m), os escapes de gás foram menos ocorrentes se comparados às outras áreas e se deu especialmente em forma de Pináculos de Turbidez. No Largo do Candinho predominaram as Sombras Negras e Coberturas Acústicas muito rasas, em torno de 1 a 2 m do substrato, com grande ocorrência de escape de gás do tipo Plumas Acústicas. Por fim, O Canal Leste apresentou as maiores variações nas cotas das Coberturas Acústicas, com ocorrências mais profundas (8 m em média) e escapes de gás em forma de Plumas Intrassedimentares. Foram definidas unidades estratigráficas deposicionais que contribuíram para a proposição de uma compartimentação do canal, em função dos padrões de ocorrência de gás. A fonte boomer permitiu identificar quatro unidades estratigráficas No Canal Leste, duas no Largo do Candinho e apenas uma no Estreito, neste último trecho a penetração do sinal foi especialmente comprometida em função da constante ocorrência das Coberturas Acústicas. Diante destas evidências pôde-se concluir que o Canal da Bertioga evoluiu como dois sistemas distintos, os quais foram separados durante as regressões marinhas e conectados novamente em trato de mar alto. A mudança brusca das cotas de ocorrência das Coberturas Acústicas entre o Canal Leste e o Largo do Candinho, além de evidências de falhamentos neotectônicos do Pleistoceno tardio sugerem que a conexão destes ambientes (Estreito + Largo do Candinho e Canal Leste) pode ter sido abrupta. / Studies of shallow gas accumulations and the effects of these components in the seismic waves are studied by several researchers in different parts of the world. The responses of the gas accumulations in the seismic waves are distinguished by different frequencies of seismic equipment and provide important information regarding the formation and evolution of the environments. The Channel of Bertioga is located on the southern coast of São Paulo, Brazil, and it\'s an environment with estuarine characteristics that connects the Sea of Bertioga to its oceanic mouth, and the city of Santos to it\'s continental mouth. This is a low hydrodynamic system with maximum depths of 18m, and is influenced by its tributaries from the Serra do Mar mountains. The present study was conducted with the sources Pinger (24kHz), Chirp (2 - 8 kHz) and Boomer (0.5 - 2 kHz) operating simultaneously for the geophysical survey data, surficial sediment sampling was made with a Van Veen grab. Five cores were also acquired, of which the sedimentation rate was obtained. The seismic survey allowed the identification of several buried gas facies and seepages. Regarding the patterns in the occurrence of gas formations the Bertioga Channel could be split into three sectors: The Narrow Sector, Candinho and Eastern Sector. In the Narrow part, the Acoustic Blankings were predominant with little variation in elevation (± 3 m), seepages occurred less compared to other areas and were mostly consisting of Turbidity Pinnacles. In the Candinho sector, Black Shadows and Acoustic Blankets about 1 to 2m of the substrate prevailed, with high occurrence of seepages in the form of Acoustic Plumes. Finally, the Eastern Sector had the highest changes in the levels of Acoustic Blankets, with the deepest occurrences (8m on average) and seepages in the form of Intrasedimentary Plumes. Some stratigraphic units were defined, which contributed to the previous division by the gas occurrences. The Booomer source allowed the identification of four Stratigraphic Units inthe Eastern Channel, two in the Candinho sector and only one Stratigraphic Unit in the Narrow Sector. In the last sector signal penetration was particularly compromised due to the constant occurrence of Acoustic Blankets. Given this evidence, it was concluded that the Bertioga Channel evolved as two distinct systems, which were separated during the marine regressions and re-connected during marine transgressions. The sudden change in the depths of occurrence in Acoustic Blankets between the Eastern Channel and Candinho, and evidence of neotectonic faulting in the Late Pleistocene suggest that the connection of these environments (Narrow Sector + Candinho and Canal East) may have been abrupt.

Estudos de acumulações de gás raso e os efeitos destes fenômenos nas ondas sísmicas são objeto de trabalho de diversos pesquisadores em diferentes partes do planeta. As respostas das acumulações de gás nas ondas sísmicas se diferenciam pelas diversas frequências dos equipamentos sísmicos e trazem informações importantes no que concerne à formação e evolução dos ambientes em questão. O Canal da Bertioga se situa no litoral Sul do Estado de São Paulo, Brasil, e consiste em um ambiente de características estuarinas que conecta a plataforma continental, em sua desembocadura oceânica, e a Baixada Santista em sua desembocadura continental. Trata-se de um sistema de baixa hidrodinâmica, com profundidades máximas de 18m, e sofre influência de seus afluentes oriundos da serra do mar. Na presente pesquisa, foram utilizadas as fontes Pinger (24 kHz), Chirp (2 - 8 kHz) e Boomer (0,5 - 2 kHz) operando simultaneamente para o levantamento de dados geofísicos e amostragens superficiais com um amostrador de mandíbulas do tipo Van Veen. Foram também obtidos cinco testemunhos sedimentares, dos quais foram obtidos dados de taxa de sedimentação. O levantamento sísmico permitiu a identificação de diversas fácies acústicas de gás nos sedimentos assim como padrões de escape. Em função da identificação dos padrões de ocorrência destas formações de gás se pôde dividir o Canal da Bertioga em três setores: Estreito, Largo do Candinho e Canal Leste. No trecho denominado de Estreito as Coberturas acústicas foram predominantes com pouca variação de cota (± 3 m), os escapes de gás foram menos ocorrentes se comparados às outras áreas e se deu especialmente em forma de Pináculos de Turbidez. No Largo do Candinho predominaram as Sombras Negras e Coberturas Acústicas muito rasas, em torno de 1 a 2 m do substrato, com grande ocorrência de escape de gás do tipo Plumas Acústicas. Por fim, O Canal Leste apresentou as maiores variações nas cotas das Coberturas Acústicas, com ocorrências mais profundas (8 m em média) e escapes de gás em forma de Plumas Intrassedimentares. Foram definidas unidades estratigráficas deposicionais que contribuíram para a proposição de uma compartimentação do canal, em função dos padrões de ocorrência de gás. A fonte boomer permitiu identificar quatro unidades estratigráficas No Canal Leste, duas no Largo do Candinho e apenas uma no Estreito, neste último trecho a penetração do sinal foi especialmente comprometida em função da constante ocorrência das Coberturas Acústicas. Diante destas evidências pôde-se concluir que o Canal da Bertioga evoluiu como dois sistemas distintos, os quais foram separados durante as regressões marinhas e conectados novamente em trato de mar alto. A mudança brusca das cotas de ocorrência das Coberturas Acústicas entre o Canal Leste e o Largo do Candinho, além de evidências de falhamentos neotectônicos do Pleistoceno tardio sugerem que a conexão destes ambientes (Estreito + Largo do Candinho e Canal Leste) pode ter sido abrupta. / Studies of shallow gas accumulations and the effects of these components in the seismic waves are studied by several researchers in different parts of the world. The responses of the gas accumulations in the seismic waves are distinguished by different frequencies of seismic equipment and provide important information regarding the formation and evolution of the environments. The Channel of Bertioga is located on the southern coast of São Paulo, Brazil, and it\'s an environment with estuarine characteristics that connects the Sea of Bertioga to its oceanic mouth, and the city of Santos to it\'s continental mouth. This is a low hydrodynamic system with maximum depths of 18m, and is influenced by its tributaries from the Serra do Mar mountains. The present study was conducted with the sources Pinger (24kHz), Chirp (2 - 8 kHz) and Boomer (0.5 - 2 kHz) operating simultaneously for the geophysical survey data, surficial sediment sampling was made with a Van Veen grab. Five cores were also acquired, of which the sedimentation rate was obtained. The seismic survey allowed the identification of several buried gas facies and seepages. Regarding the patterns in the occurrence of gas formations the Bertioga Channel could be split into three sectors: The Narrow Sector, Candinho and Eastern Sector. In the Narrow part, the Acoustic Blankings were predominant with little variation in elevation (± 3 m), seepages occurred less compared to other areas and were mostly consisting of Turbidity Pinnacles. In the Candinho sector, Black Shadows and Acoustic Blankets about 1 to 2m of the substrate prevailed, with high occurrence of seepages in the form of Acoustic Plumes. Finally, the Eastern Sector had the highest changes in the levels of Acoustic Blankets, with the deepest occurrences (8m on average) and seepages in the form of Intrasedimentary Plumes. Some stratigraphic units were defined, which contributed to the previous division by the gas occurrences. The Booomer source allowed the identification of four Stratigraphic Units inthe Eastern Channel, two in the Candinho sector and only one Stratigraphic Unit in the Narrow Sector. In the last sector signal penetration was particularly compromised due to the constant occurrence of Acoustic Blankets. Given this evidence, it was concluded that the Bertioga Channel evolved as two distinct systems, which were separated during the marine regressions and re-connected during marine transgressions. The sudden change in the depths of occurrence in Acoustic Blankets between the Eastern Channel and Candinho, and evidence of neotectonic faulting in the Late Pleistocene suggest that the connection of these environments (Narrow Sector + Candinho and Canal East) may have been abrupt.

Adotando os conceitos da Nova Economia Institucional (NEI) e de sua vertente, a teoria da Economia dos Custos de Transação (ECT), apresenta-se, neste trabalho, uma discussão sobre o ambiente institucional brasileiro para o setor de exploração e produção (E&P) de petróleo e gás natural, sua regulação e caracterização. Discute-se as especificidades relativas às condições de desenvolvimento das atividades em campos de petróleo considerados maduros e/ou marginais, que constituem a maior parte das bacias brasileiras conhecidas em terra. O trabalho defende que este segmento de atividades de E&P requer um tratamento diferenciado em termos de regulação e outras políticas públicas, visando privilegiar a entrada de novos agentes e aumentar seu dinamismo no longo prazo. Contrapondo ao ambiente institucional nacional, optou-se por estudar o desenvolvimento das atividades onshore no Texas. Assim, estabelece-se comparações entre as duas realidades com relação à sua regulamentação, programas de incentivos, estrutura industrial, histórico de atividades e, principalmente, em relação à ação dos respectivos órgãos reguladores, a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), pelo Brasil, e a Texas Railroad Commission (TRC), pelo Texas. A experiência da TRC no setor petroleiro texano, cujas características presentes, por se tratar de campos produtores de petróleo maduros, possuem certa similaridade com os campos em terra no Brasil, revela uma série de direções para o aprimoramento da regulação petroleira brasileira no sentido de promover suas atividades onshore. / By Adopting the New Institutional Economics (NIE), and the theory of Transaction Cost Economics (TCE), this work discuss about the Brazilian institutional environment for oil and natural gas exploration and production (E&P), the regulation and main features. This study discusses the specificities related to the development of onshore activities on mature and/or marginal oil and gas fields. These areas are the majority on the Brazilian developed onshore segment. The Thesis sustains that such a segment of E&P activities needs a special treatment in terms of regulation and other public policies, aiming at to improving the entrance of new players in the sector and its long-term growing. For a comparative analysis, the study of the onshore activities development in Texas provides important insights to understand and criticize de Brazilian situation. The Thesis compares both realities in terms of the regulation and incentives programs, industrial structure, history of activities as well as the main role players by the respective Oil and Gas Regulator, the National Petroleum Agency (ANP) in Brazil, and the Texas Railroad Commission (TRC) in Texas. TRC’s long experience in regulating Texas’ onshore oil and gas activities, whose present situation has similarities regarding to the Brazilian onshore areas (by their maturity), reveals a series of paths to improve Brazil’s oil and gas regulation and boost its onshore activities.

Adotando os conceitos da Nova Economia Institucional (NEI) e de sua vertente, a teoria da Economia dos Custos de Transação (ECT), apresenta-se, neste trabalho, uma discussão sobre o ambiente institucional brasileiro para o setor de exploração e produção (E&P) de petróleo e gás natural, sua regulação e caracterização. Discute-se as especificidades relativas às condições de desenvolvimento das atividades em campos de petróleo considerados maduros e/ou marginais, que constituem a maior parte das bacias brasileiras conhecidas em terra. O trabalho defende que este segmento de atividades de E&P requer um tratamento diferenciado em termos de regulação e outras políticas públicas, visando privilegiar a entrada de novos agentes e aumentar seu dinamismo no longo prazo. Contrapondo ao ambiente institucional nacional, optou-se por estudar o desenvolvimento das atividades onshore no Texas. Assim, estabelece-se comparações entre as duas realidades com relação à sua regulamentação, programas de incentivos, estrutura industrial, histórico de atividades e, principalmente, em relação à ação dos respectivos órgãos reguladores, a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), pelo Brasil, e a Texas Railroad Commission (TRC), pelo Texas. A experiência da TRC no setor petroleiro texano, cujas características presentes, por se tratar de campos produtores de petróleo maduros, possuem certa similaridade com os campos em terra no Brasil, revela uma série de direções para o aprimoramento da regulação petroleira brasileira no sentido de promover suas atividades onshore. / By Adopting the New Institutional Economics (NIE), and the theory of Transaction Cost Economics (TCE), this work discuss about the Brazilian institutional environment for oil and natural gas exploration and production (E&P), the regulation and main features. This study discusses the specificities related to the development of onshore activities on mature and/or marginal oil and gas fields. These areas are the majority on the Brazilian developed onshore segment. The Thesis sustains that such a segment of E&P activities needs a special treatment in terms of regulation and other public policies, aiming at to improving the entrance of new players in the sector and its long-term growing. For a comparative analysis, the study of the onshore activities development in Texas provides important insights to understand and criticize de Brazilian situation. The Thesis compares both realities in terms of the regulation and incentives programs, industrial structure, history of activities as well as the main role players by the respective Oil and Gas Regulator, the National Petroleum Agency (ANP) in Brazil, and the Texas Railroad Commission (TRC) in Texas. TRC’s long experience in regulating Texas’ onshore oil and gas activities, whose present situation has similarities regarding to the Brazilian onshore areas (by their maturity), reveals a series of paths to improve Brazil’s oil and gas regulation and boost its onshore activities.

O presente trabalho apresenta um estudo associado à separação de gás para escoamento gás-líquido em um duto anular inclinado. Esse tipo de escoamento e geometria são encontrados em separadores de gás do tipo shroud invertido na indústria de petróleo quando utilizadas técnicas de bombeamento para a exploração de poços. A presença de gás livre a montante da bomba é uma das maiores limitações dos sistemas de bombeamento, por acarretar cavitação e falhas dinâmicas nos equipamentos. O presente estudo tem por objetivo garantir a separação total de gás livre a montante da bomba através da proposição de um separador do tipo shroud invertido em tubulação inclinada para aplicação na exploração de petróleo em poços direcionais. Um estudo experimental com ar e água como fluidos de trabalho a pressão quase atmosférica foi desenvolvido visando a compreensão da fenomenologia do separador shroud invertido. Foram observados escoamentos em duto anular do tipo: bifásico gás-líquido ascendente, monofásico em canal livre e bifásico gás-líquido descendente devido ao fenômeno de aeração; foram coletados também dados de eficiência de separação em função do ângulo de inclinação, vazão do líquido e queda de pressão entre o shroud e a saída do tubo de produção. Encontrou-se uma variável de extrema importância no fenômeno de separação até agora não reportada na literatura: o nível do anular interno do shroud (NAI). Um modelo fenomenológico que prevê a separação total do gás foi desenvolvido a partir da interpretação dos fenômenos físicos observados experimentalmente. Uma correlação inédita para a modelagem do fenômeno de dissipação de energia cinética turbulenta vinculado à separação do gás é proposta. O modelo foi validado qualitativamente com dados da literatura e ajustado com os dados coletados neste trabalho, mostrando boa concordância. / This paper presents a study associated with gas separation in an inclined gas-liquid annular-duct flow. This type of flow and geometry are found in shroud-inverted gas separators applied to petroleum industries when using pumping technique for oil production. High void fraction at the pump suction of is one of the most important limitations of the SCP technique, causing cavitation and dynamics failures in the equipment. The present study aims to provide a solution for the total gas separation through the use of an innovative inclined inverted-shroud separator for directional wells. An experimental study, where air and water at near atmospheric pressure constituted the working fluids, was carried out to understand the phenomenology of the inclined inverted-shroud separator. Different annular-duct flows were observed: upward gas-liquid flow, single-phase open channel flow, downward gas-liquid flow due to the phenomenon of aeration; also new data of separation efficiency were collected as a function of inclination angle, liquid flow rate and pressure drop between the shroud and production pipe outlet. One of the most significant findings is that the liquid level of the inner annular channel (NAI) of the shroud is a very important variable in the phenomenon of separation; so far this was not reported in the literature. Based on the observations, a phenomenological model that predicts total gas separation is proposed. A new correlation for the modeling of the dissipation of turbulent kinetic energy associated with the gas separation is presented. The model was qualitatively compared with available data from the literature and quantitatively adjusted against the new experimental data obtained in this work, and the agreement was quite good.

Consideramos dois tópicos distintos relacionados a modelos clássicos da mecânica estatísticas de equilíbrio. O primeiro constitui-se na análise de equação parabólicas semi-lineares associadas à transformação de grupo de renormalização para o gás de Coulomb hierárquico bidimensional e o gás dipolos hierárquicos em dimensão d>1 após tomarmos um limite apropriado (limite L 1 do tamanho do bloco). O outro tópico estudado foi a construção de uma função majorante (, z) para a pressão termodinâmica de um gás formado por partículas interagentes com atividade z e temperatura -1, cuja interação entre dois corpos pode ser decomposta em escalas como um potencial estável. Somos capazes de demonstrar que o problema de valor inicial dado pela equação do gás de Coulomb está bem definido (existência, unicidade e dependência contínua das soluções) em um espaço funcional adequado e a solução converge assintoticamente para uma das infinitas contáveis soluções de equilíbrio. Quanto ao gás de dipolos, embora não tenhamos conseguido provar a existência e unicidade das soluções, garantimos que a única solução estacionária limitada inferiormente é a trivial nula, que é uma solução estável. Ao menos no caso dos modelos hierárquicos, os resultados obtidos permitem dar uma resposta definitiva à conjectura de Gallavotti e Nicolò sobre uma sequência infinita de transições de fase. A função majorante é construída como a solução de uma equação diferencial parcial quase-linear de primeira ordem. Através da do método das características relacionamos a solução (majorante) à função W de Lambert cuja expansão em série possui uma singularidade originada pelo corte que a função W possui no plano complexo. A descrição da função majorante como uma função W possui no plano complexo. A descrição da função majorante como uma função W permite uma melhora nas estimativas de raio de convergência para série de Mayer para pressão. / We have considered in this thesis two distinct topics related to classic models in equilibrium statistical mechanics. The first one is the analysis of semilinear parabolic partial differential equations given by a suitable limit (size of block L 1) in the renormalization group for the dipole gas in any dimension d>1. The other topic is the construction of a majorant function (, z) for the thermodynamic -1 whose potential admits a scale decomposition in terms of some stable potential. We are capable to demonstrate the well-posedness (existence, uniqueness and continuous dependence of solutions) for Coulomb gas equations and the global asymptotic convergence of the flow to one of its countably many equilibrium solutions. The dipole gas equations are technically more difficult and lack the results weve achieved in Coulomb gas but, despite its difficulties, we can establish the uniqueness of the trivial solution as a equilibrium ane and its stabilish. At least for hierarchical models, the established results give a definite answer to Gallovotti and Niclolòs conjecture of na infinite of phase transitions. The majorant function is constructed as the solution of a first order quase-linear partial differential equation. By means of the characteristics method we are able to relate its solution (the majorant) to Lamberts W-function whose series expansion possess a singularity given by W-function allows better estimates for Mayer series convergence.

Este trabalho tem como objetivo a identificação da melhor rota para a produção de combustíveis e derivados sintéticos através do desenvolvimento e aplicação de uma ferramenta metodológica desenvolvida tendo como base ferramentas da qualidade: diagrama de afinidade, diagrama de relações e matriz causa-efeito. Estes diagramas foram adaptados para a análise e discussão dos fatores positivos e negativos de cada item da tríade considerada: insumo-processo-produto. A partir desta análise foram criadas as matrizes de causa-efeito, também separadas em fatores positivos e negativos para os insumos: gás natural (GN), biomassa e carvão mineral; para os processos: produção de gás de síntese (syngas) a partir do GN, gaseificação do carvão e a gaseificação da biomassa; e para os produtos: óleo lubrificante, óleo diesel, nafta, metanol e amônia. A análise destas matrizes causa-efeito gerou a matriz final, denominada matriz saldo, que permitiu a seleção da rota mais adequada para a produção de combustíveis e derivados sintéticos. Dentre os insumos estudados, o gás natural apresentou evidentes vantagens e, consequentemente, o processo a ser utilizado deve ser a produção do syngas a partir do GN, e dentre os produtos o metanol apresentou maiores benefícios para ser produzido. / This paper aims to present to identify of the best route for the production of fuels and synthetic derivatives through the development and application of a methodological tool based on quality tools: affinity diagram, relations diagram and matrices cause-effect. The diagrams have been adapted for the analysis and discussion of positive and negative factors of each item of the triad considered: feedstock-process-product. From the analysis, matrices of cause and effect were created and also, separated into positive and negative factors for the inputs: natural gas (NG), biomass and coal; for the processes: production of synthesis gas (syngas) from GN, coal gasification and biomass gasification; and for the products: lubricating oil, diesel fuel, naphtha, methanol and ammonia. The analysis of cause-effect matrices generated the final matrix, named balance matrix, which allowed the selection of the most suitable route for the production of fuels and synthetic derivatives. Among the input studied, NG presented remarkable advantages among the others. Therefore, the process to be used should be the production of syngas from NG. Among the products considered, methanol showed the best benefits to be produced.