[pt] Esta dissertação baseia-se na análise de alternativas de desenvolvimento de um campo de petróleo já descoberto mas ainda não desenvolvido. Existe então o interesse de avaliar uma alternativa de desenvolvimento da produção em que se embute uma flexibilidade de expandir a produção, a depender das condições de mercado e das informações técnicas geradas pela produção inicial do campo. O processo estocástico que foi usado para modelar a incerteza de mercado relativo ao preço do petróleo foi o Movimento Geométrico Browniano (MGB). No contexto descrito acima, se faz necessário a utilização da Teoria de Opções Reais, na avaliação de projetos através da possibilidade de se tomar decisões a qualquer momento fazendo-se uma melhor análise e certamente uma alternativa mais realista do valor de um projeto, avaliando, principalmente, as possibilidades futuras em termos de decisões como a expansão deste. / [en] This dissertation is based on the analyses of development alternatives in a discovered oil field but not yet developed. So there is an interest of evaluating an alternative of production development with a flexibility of production expansion, depending on the market conditions and technical information acquired by the initial roduction of the field. The stochastic process used to model the market uncertainty related to the oil price was the Geometric Brownian Motion (GBM). In this context, it is necessary to use the Real Options Approach to evaluate projects through the possibility of making decisions at any moment, making a better analyses and certainty with a more realistic alternative to the project value, mainly evaluating the future possibilities in terms of expansion decision of the project.

[pt] O objetivo desta dissertação é desenvolver um método de solução baseado em Algoritmos Genéticos (GAs) aliado a um Sistema Baseado em Regras para encontrar e otimizar as soluções geradas para o problema de programação da produção de Óleos Combustíveis e Asfalto na REVAP (Refinaria do Vale do Paraíba). A refinaria é uma planta multiproduto, com dois estágios de máquinas em série - um misturador e um conjunto de tanques, com restrição de recursos e operando em regime contínuo. Foram desenvolvidos neste trabalho dois modelos baseados em algoritmos genéticos que são utilizados para encontrar a seqüência e os tamanhos dos lotes de produção dos produtos finais. O primeiro modelo proposto utiliza uma representação direta da programação da produção em que o horizonte de programação é dividido em intervalos discretos de um hora. O segundo modelo proposto utiliza uma representação indireta que é decodificada para formar a programação da produção. O Sistema Baseado em Regras é utilizado na escolha dos tanques que recebem a produção e os tanques que atendem à demanda dos diversos centros consumidores existentes. Um novo operador de mutação - Mutação por Vizinhança - foi proposto para minimizar o número de trocas operacionais na produção. Uma técnica para agregação de múltiplos objetivos, baseado no Método de Minimização de Energia, também foi incorporado aos Algoritmos Genéticos. Os resultados obtidos confirmam que os Algoritmos Genéticos propostos, associados com o Método de Minimização de Energia e a Mutação por Vizinhança, são capazes de resolver o problema de programação da produção, otimizando os objetivos operacionais da refinaria. / [en] The purpose of this dissertation is to develop a method, based on Genetics Algorithms and Rule Base Systems, to optimize the production scheduling of fuel oil and asphalt area in a petroleum refinery. The refinery is a multi- product plant, with two machine stages - one mixer and a set of tanks - with no setup time and with resource constrains in continuous operation. Two genetic algorithms models were developed to establish the sequence and the lot- size of all production shares. The first model proposed has a direct representation of the production scheduling which the time interval of scheduling is shared in one hour discrete intervals. The second model proposed has a indirect representation that need to be decoded in order to make the real production scheduling. The Rule Base Systems were developed to choice the tanks that receive the production and the tanks that provide the demand of the several consumer centers. A special mutation operator - Neighborhood Mutation - was proposed to minimize the number of changes in the production. A Multi-objective Fitness Evaluation technique, based on a Energy Minimization Method, was also incorporated to the Genetic Algorithm models. The results obtained confirm that the proposed Genetic Algorithm models, associated with the Multi- objective Energy Minimization Method and the Neighborhood Mutation, are able to solve the scheduling problem, optimizing the refinery operational objectives. / [es] El objetivo de esta disertación es desarrollar un método de solución utilizando Algoritmos Genéticos (GAs) aliado a un Sistema Basado en Reglas para encontrar y optimizar las soluciones generadas para el problema de programación de la producción de Aceites Combustibles y Asfalto en la REVAP (Refinería del Valle de Paraíba). La refinería es una planta multiproducto, con dos estados de máquinas en serie - un mezclador y un conjunto de tanques, con restricción de recursos y operando en régimen contínuo. En este trabajo se desarrollaron dos modelos basados en algoritmos genéticos que son utilizados para encontrar la secuencia y los tamaños de los lotes de producción de los productos finales. El primer modelo propuesto utiliza una representación directa de la programación de la producción en la cuál el horizonte de programación se divide en intervalos discretos de un hora. El segundo modelo, utiliza una representación indirecta que es decodificada para formar la programación de la producción. EL Sistema Basado en Reglas se utiliza en la selección de los tanques que reciben la producción y los tanques que atienden a la demanda de los diversos centros consumidores. Un nuevo operador de mutación - Mutación por Vecindad - fue propuesto para minimizar el número de cambios operacionales en la producción. le fue incorporado a los Algoritmos Genéticos una técnica para la agregación de múltiples objetivos, basado en el Método de Minimización de Energía. Los resultados obtenidos confirman que los Algoritmos Genéticos propuestos, asociados al Método de Minimización de Energía y la Mutación por Vecindad, son capazes de resolver el problema de programación de la producción, optimizando los objetivos operacionales de la refinería.

[pt] Este trabalho investiga a utilização de Redes Neurais Artificiais (RNAs) na inferência sobre as propriedades de derivados de petróleo. A inferência de propriedades visa fornecer uma boa estimativa de propriedades de derivados de petróleo (p.ex: ponto final de ebulição, pressão de vapor, etc.). Essas propriedades podem ser determinadas pro analisadores de processo ou análises de laboratório. Contudo, esses sistemas nem sempre apresentam resultados satisfatórios ou na freqüência necessária para permitir o controle. Porém, se o valor estimado de uma determinada propriedade estiver disponível, o mesmo pode ser utilizado para permitir o controle ou a otimização do processo produtivo. Este trabalho subdivide-se em quatro partes principais: (1) um estudo sobre a inferência de propriedades em torres de destilação; (2) um estudo sobre os principais métodos de inferência e de análise de dados, com ênfase nas RNAs; (3) uma sistemática para a obtenção e testes de modelos; e (4) o estudo de casos. No estudo sobre os a inferência de propriedades, foram analisadas as técnicas utilizadas para a estimação de propriedades em torres de destilação, enfatizando os aspectos da estrutura da modelagem, os problemas, os problemas da influência cruzada entre as entradas do modelo, e a determinação das variáveis principais a serem utilizadas na modelagem. O estudo sobre os principais métodos de inferência abrangeu um levantamento bibliográfico sobre as técnicas de regressão linear MLR ( Multiple Linear Regression), PCR (Principal Component Regression) e PLS (Partial Least Squares), a Modelagem Semi-empírica e as RNAs. Apesar do objetivo principal deste trabalho ser avaliar o desempenho das RNAs, o estudo dos outros métodos foi importante para a comparação dos resultados. Além dos diferentes métodos de modelagem, foram também estudadas algumas técnicas de análise do conjunto de dados, entre elas o PCA (Principal Component Analysis). Na sistemática para a obtenção e testes de modelos, são apresentados os diversos problemas encontrados e a abordagem utilizada, na obtenção e avaliação dos modelos. É também apresentado o ambiente de testes e avaliação, que foi desenvolvido visando fornecer uma plataforma para a obtenção e avaliação de modelos inferenciais. Neste ambiente, pode-se obter modelos com todos os métodos estudados, inclusive alterando alguns parâmetros importantes. No ambiente foram utilizadas as facilidades do pacote MATLAB. Para o estudo de casos, foram utilizados dados reais de refinarias de petróleo do sistema Petrobrás. Foram analisados 3 casos distintos: o primeiro corresponde à modelagem da destilação ASTM do Querosene; o segundo abrangendo a destilação ASTM do Óleo Diesel e o terceiro sobre o Intemperismo do GLP. Para todos os casos, analisou- se a influência de cada entrada sobre a variável a ser modelada, utilizando principalmente a técnica PCA . Foram avaliadas várias arquiteturas de RNAs, comparando-as com as outras técnicas estudadas. Os modelos obtidos com as RNAs foram plenamente satisfatórios, fornecendo resultados superiores aos métodos estatísticos. Também constatou-se a influência do pré-processamento e da análise estatística dos dados no sucesso da modelagem. Na indústria química e petroquímica, as RNAs têm sido aplicadas em diversas áreas. Na área de inferência de propriedades, as RNAs permitem a obtenção de modelos de inferência abrangentes e precisos, podendo ser utilizadas no controle em tempo real, nos arranjos de controle em malha simples, ou em arquiteturas de controle multivariável. / [en] This work investigates the use of Artificial Neural Networks (ANN) on the inferential modelling of properties of petroleum products. Inferential modelling aims to provide a good estimation of chemical properties of petroleum products (i.e: final boiling point, vapour pressure). These properties can be determined by on-line process analysers or laboratory analysis. However, these systems provide neither systematically good results nor the necessary frequency to allow control of the process in real time. However if a good estimation of a property of interest is available, it can be used to achieve the control or the optimisation of production process. This work is subdivided in four main sections: (1) a study about the inference of properties of products in a distillation column; (2) a study about the main methods used on inferential modellind and data analysis, with emphasis on ANN; (3) a systematic about development and testing of inference models; (4) and a case study. In the study about principal methods used on inferential modelling involved a bibliographic reserch about the linear regression techniques Multiple Linear Regression (MLR), Principal Component Regression (PCR) and Partial Least Squares (PLS), a semi empirical model and ANNs. Although the main objective of this work was to evaluate the ANNs perfonmance, the study of other methods was important to compare the results. In addition to the many modelling techniques, some other techniques of data analysis were studied, like Principal Component Analysis (PCA). In the systematic about the development and testing of models, the various problems encontered and the approach used to develop and test the model were presented. An environment of development and testing was also implemented in order to provide a platform to produce and test inferential models. The environment can work with all models studied, and some important settings of the models can also be modified. Many capabilities fo MATLAB software were used on the environment. For the development of the case studies, real data gathered from refineries of Petrobras group were used. Three distinct cases were analysed: the first and second cases are models of kerosene (jet fuel) and diesel ASTM distillation; the third is a model of the Liquefied Petroleum Gas (LPG) 95% boil-off point. In all cases, the influence of each input over the modelled variable was analysed, using mainly the PCA technique. Many ANN arquitetures were tested, comparing them with other studied techniques. The developed ANN models achieved good performance, with better results than the statistical methods. It was also verified the influence of pre- processing and statistical analysis on the success of the modeling. Chemical and Petrochemical process industries have used ANNs in many areas. In the field of inferential modelling of properties, the ANNs allow the accomplished of inferential models in a broad and accurate way. It may be used either for control in real time in single control loops or as part of a multivariable controller.

[pt] Um dos principais fatores para avaliação do valor de uma companhia de petróleo é a sua quantidade de reservas de óleo e gás declaradas. Porém, a estimação de reservas mostra-se um procedimento de grande complexidade, dada a incerteza associada aos volumes, à recuperação, ao desenvolvimento e à comercialidade dos recursos. A abordagem probabilística permite que estas incertezas sejam consideradas na avaliação de reservas de cada projeto. Os projetos, por sua vez, são agregados para a obtenção das reservas consolidadas da companhia. A agregação quando conduzida de forma probabilística gera o chamado efeito portfólio, que representa a redução do desvio-padrão da distribuição agregada de reservas. No contexto da avaliação de reservas, o efeito portfólio pode gerar um aparente aumento nas reservas provadas agregadas. Contudo, diferentes projetos podem compartilhar riscos e por isso a determinação das correlações entre eles é um fator chave para a estimação mais precisa das reservas. Este trabalho propõe apresentar uma metodologia para a avaliação probabilística de reservas baseada em correlações e em acordo com as orientações do SPE-PRMS (2007) e as regras da Securities Exchange Commission (SEC- 2009). A metodologia se dividiu em duas etapas principais: avaliação econômica considerando incertezas nos componentes do fluxo de caixa e agregação probabilística utilizando parcialmente o método AHP para a determinação das correlações entre projetos. Foi criado um sistema para implementação da metodologia e realização de um estudo de caso com dados reais. Os resultados numéricos comprovaram a necessidade da identificação das correlações entre projetos e os impactos do efeito portfólio na agregação probabilística. / [en] The estimation of petroleum reserves entails complex assumptions and calculations, once there is uncertainty associated with volumes, recovery, evelopment and marketability of resources. These uncertainties can be taken into account when a probabilistic approach is employed for the reserves evaluation of each project. Projects are than aggregated to obtain company´s consolidated reserves. The aggregation when conducted probabilistically generates what is known as portfolio effect, which represents the reduction in the standard deviation of the distribution of aggregate reserves. In the context of reserves evaluation, the portfolio effect can increase consolidated proved reserves. However, different exploitation projects may share similar or the same risks, hence the correlation among them is a key factor for estimating more accurately the aggregated reserves. This study proposes a correlation-based methodology for estimating oil reserves probabilistically and is in accordance with the guidelines of the SPE-PRMS (2007) and the Securities Exchange Commission (SEC-2009). The methodology was presented in two major steps: economic assessment considering uncertainty in cash-flow components and probabilistic aggregation using the AHP method partially to determine the correlations among projects. To implement the methodology and run a real data case study a system was created. The numerical results proved the necessity of identifying the correlations among projects and the impacts of the portfolio effect in probabilistic aggregation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T18:30:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 281049.pdf: 3914038 bytes, checksum: e3329b466c7d10db4cbfdfecee50279a (MD5) / A utilização de poços horizontais na exploração de reservatórios de petróleo é cada vez mais intensa. Devido à característica dos reservatórios de possuírem grande extensão e pequena espessura, os poços horizontais têm diversas vantagens quando comparado aos verticais, especialmente pela sua maior área de contato com o reservatório. O presente trabalho tem o objetivo de propor uma forma de acoplamento entre poços horizontais e reservatórios de petróleo, empregando técnicas numéricas recentes e mais gerais, e que aos poucos vão incorporandose às metodologias usadas na indústria do petróleo. Como o objetivo é o estudo do acoplamento entre os sistemas poço/reservatório, o modelo físico empregado tem as seguintes simplificações: fluido newtoniano, escoamento isotérmico, incompressível, bifásico e imiscível, além de domínio bidimensional para o reservatório e unidimensional para o poço horizontal. O poço é considerado um duto perfurado com entrada de massa pela interface e o reservatório recebe o tratamento usual em simuladores, isto é, meio poroso. Na solução do escoamento no poço horizontal foi adotado um procedimento de marcha no qual foi considerado velocidade nula em uma extremidade do poço e pressão conhecida na outra, resultado do processo de bombeamento. O método numérico utilizado é o EbFVM (Element based Finite Volume Method), um método conservativo, importante no caso porque o acoplamento sugerido nesse trabalho é baseado na continuidade de pressão e fluxo de massa na interface poço/reservatório. A malha utilizada é do tipo não-estruturada com refino ao redor do poço. Também foi proposto um novo método para cálculo do índice de produtividade para poços horizontais quando o domínio do reservatório é bidimensional. Para a validação numérica foi utilizado o software comercial ECLIPSE e os resultados obtidos demonstram que a metodologia aqui desenvolvida pode ser estendida para problemas fisicamente mais complexos. / The use of horizontal wells in the explotation of petroleum reservoirs is continuously growing. Due to the large dimensions of the reservoirs and the small thickness, the horizontal wells have many advantages when compared to vertical wells, especially by its larger contact area with the reservoir. This paper aims to propose a mathematical procedure for coupling horizontal wells and reservoirs. Since the main goal is the coupling procedure, some simplifications are done in the physical model. They are: Newtonian and isothermal fluids, incompressible and immiscible two-phase flow, 2D porous media flow for the reservoir and 1D for the horizontal well. The well is considered a perforated duct with mass flow entering through the interface. In the solution of flow in the horizontal well a marching procedure was adopted in which it was considered zero velocity in one extremity of the well and prescribed pressure on the other one, as a result of the pumping system. The numerical method used is the EbFVM (Element based Finite Volume Method), a conservative method, important in this case, since the coupling suggested in this paper is based on continuity of pressure and mass flow at the interface. The mesh used is non-structured, with refinement around the well. It was also proposed a new method for calculating the productivity index for horizontal wells when the reservoir is considered 2D. For the numerical validation it was used the commercial software ECLIPSE and the results show that the coupling approach proposed herein can be extended to others more complex physical problems.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T07:27:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 279959.pdf: 4652319 bytes, checksum: 9ce7ec58078ff76b0f9d387b40b95291 (MD5) / Neste trabalho aplicou-se um método experimental aqui denominado vibroacústico para detecção de vazamentos em redes de tubulações para aplicações na indústria de petróleo e gás. Para isso, foi construída uma bancada experimental de forma que a mesma pudesse reproduzir adequadamente um vazamento de petróleo ou gás, de acordo com a realidade industrial. Projetou-se uma seção de duto de aço com 2 m de comprimento, 0.1 m de diâmetro interno, com espessura da parede de 5,7 mm e 5 placas com furos de diâmetros: 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm e uma fenda de 0,5mm x 30mm, que eram parafusadas sobre uma janela na parede do duto para os ensaios de vazamento. Neste contexto, foram analisados sinais de vibração obtidos de um acelerômetro piezoelétrico sob diferentes condições operacionais de vazamento de ar comprimido, água e óleo de soja. Também foram analisadas vibrações produzidas em situações de não vazamento na seção de duto. Constatou-se que, para os ensaios de vazamento, picos característicos da despressurização foram encontrados no espectro de frequências obtido pela Transformada Discreta de Fourier (TDF) aplicada ao sinal gerado para os três fluidos utilizados. Tais picos não foram observados nos experimentos que consistiram em situações de não vazamento. Estes resultados indicaram que é possível distinguir, no espectro de frequências do sinal, um evento de vazamento de um evento de não vazamento. Outros estudos foram realizados com Redes Neurais Artificiais (RNA`s) que foram treinadas com sinais de vazamento e não vazamento provenientes do acelerômetro piezoelétrico, mostrando resultados relevantes para a aplicação deste método na identificação de vazamentos em redes de dutos. A arquitetura das redes neurais treinadas e validadas é do tipo feedforward multicamadas (multilayer feedforward networks) que utiliza o algoritmo de aprendizado backpropagation (ajusta automaticamente os pesos) na etapa de treinamento. Para a RNA treinada com 40 dados na camada de entrada foi possível detectar 100% dos vazamentos e 97% dos eventos de não vazamento. Portanto, o método aqui introduzido se mostrou promissor para a detecção de vazamentos em dutos de petróleo e gás. / In this work was applied an experimental method vibroacoustic for leak detection in networks of pipes for applications in the oil and gas industry. Thus, was constructed a scale experimental of a pipeline so that it adequately represents a leak of oil or gas, according to the industrial reality. It was designed a section of pipeline steel with 2 m long, 0.1 m inside diameter, with wall thickness of 5.7 mm and 5 plates with diameter holes: 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm and a gap of 0.5 mm x 30mm, they were screwed on a window in the wall of the pipe to leak tests. Thus were analyzed the vibration signals obtained from a piezoelectric accelerometer under various operating conditions of an air leakage, of a water and soybean oil. We also analyzed vibration of not leak in the section of pipeline. It was found that for tests of leak, characteristic peaks of the depressurization were found in the frequency spectrum obtained by Discrete Fourier Transform (DFT) applied to the signal generated for the three fluids used. These peaks were not observed in experiments that consisted in simulating of not leak. These results indicated that it is possible to distinguish in the frequencies spectrum of signal an event of a leak of an event not leak. Other studies were performed using Artificial Neural Networks (ANNs) who have been trained with signs of leak and not leak from a piezoeletric accelerometer showing results relevant to the application of this method in the operation of pipeline networks. The architecture of neural networks trained and validated is the type multilayer feedforward (multilayer feedforward networks) using the backpropagation learning algorithm (automatically adjusts the weights) in the training stage. To the trained ANN with 40 data in the input layer was possible to detect 100% of the leaks and 97% of events with no leak. Therefore, the method introduced has shown promising for detecting leaks in oil and gas pipelines.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T14:35:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os crescentes desafios exploratórios enfrentados pela indústria de petróleo exigem o desenvolvimento de novas tecnologias para alcançar maior eficiência na extração de petróleo e gás, contemplando menos tempo ao menor custo possível. No auxílio aos diversos problemas enfrentados pela indústria em geral, está a simulação numérica de processos, capaz de realizar diferentes #ensaios# virtuais, dando respostas capazes de compreender e aperfeiçoar o processo em questão. Com o expressivo desenvolvimento da capacidade dos computadores, a técnica de simulação que mais se desenvolveu nos últimos tempos foi a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), onde é possível reproduzir computacionalmente complexos escoamentos de fluidos, envolvendo turbulência, reação, sistema multifásico, etc. Uma lacuna ainda enfrentada nos modernos códigos de CFD é a incapacidade de simular em detalhes sistemas multifásicos envolvendo sistemas granulares, sistemas esses muito comuns em diversos processos da indústria, notadamente no setor de petróleo e gás. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver uma nova metodologia para reproduzir numericamente tais escoamentos, abordando outra ferramenta para auxiliar nos cálculos: o Método de Elementos Discretos (DEM), utilizado para realizar a simulação das partículas. Na metodologia adotada, é realizado um acoplamento de uma via entre CFD (cálculo do escoamento do fluido) e DEM (cálculo da trajetória das partículas). Para avaliação e verificação da abordagem proposta, foi utilizado como caso teste nas simulações do presente trabalho o processo de Gravel Packing em poços horizontais, processo utilizado pela Petrobras S.A. para completação de poços em águas profundas e ultraprofundas, e que carece de uma maior compreensão para buscar completações mais eficientes e econômicas. Os resultados mostraram-se muito promissores, sendo possível trabalhar numericamente com o complexo problema da alta concentração de sólidos. Os principais resultados do trabalho mostram uma verificação da altura da onda alfa obtida nos resultados de simulação numérica com dados de simuladores de processo da Petrobras S.A., comprovando a aplicabilidade da abordagem e uma futura utilização para auxílio no dimensionamento da operação de Gravel Packing em poços horizontais. / The increasing exploration challenges, faced by the oil industry, require the development of new technologies to achieve higher efficiency in the extraction of oil and gas, contemplating less time at the lowest possible cost. Numerical simulation of processes exist to help solving several problems faced by industries, and is capable of accomplishing different virtual try-outs, which can provide answers to understand and optimize the process in discussion. With the expressive development of computers capabilities, the simulation field that has been most developed in the last years was the Computational Fluid Dynamics (CFD), where one can computationally reproduce complex fluid flows involving turbulence, reactions, multiphase system, etc. One of the gaps still faced by the modern CFD codes is the incapacity of simulating in details the multiphase systems involving granular solids, which are common in many industry processes, especially in the oil and gas industry. The present paper holds as its objective to develop a new methodology to numerically reproduce granular flows, addressing a different tool to help during the calculation: the socalled Discrete Element Method (DEM), used to perform particles simulation. As an adopted methodology, a coupling between CFD (Fluid Flow Calculation) and DEM (Particle Tracks Calculation) has been performed. To assess and validate the approach proposed, the Gravel Packing process of horizontal wells has been used as a test for the simulations of the present work, which is widely used by Petrobras for contemplating deepwater and ultra-deep water wells and that needs a better comprehension to search more efficient and economical considerations. The obtained results in the present work turned out to be very much promising, which means that it is possible to work numerically with the complex problem of high solids concentration. The main results of this study show a validation of the wave alpha height obtained in numerical simulation within simulators data of Petrobras. The results proved the applicability of the approach and that the CFD-DEM coupling may, in the future, be used to aid in the design operation of Gravel Packing in horizontal wells.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T15:30:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289799.pdf: 16030748 bytes, checksum: 6a935758cdd493f0d974e854eff6fabd (MD5) / Este trabalho apresenta uma análise do método dos volumes finitos baseado em elementos (EbFVM) aplicado a um simulador de reservatórios composicional com injeção de componentes químicos, desenvolvido na Universidade do Texas em Austin. O método emprega malhas não estruturadas para a discretização espacial, considerando diferentes tipos de elementos. Elementos dispostos de maneira não estruturada são adequados para representar de forma precisa e eficiente reservatórios com geometrias complexas, combinando a flexibilidade do método dos elementos finitos com a garantia de conservação local e global. Para a obtenção das equações aproximadas para os volumes de controle, primeiramente cada elemento é dividido em sub-volumes de controle, unindo o centróide do elemento com os pontos médios de suas faces. Cada volume de controle é então formado por sub-volumes de controle que compartilham o mesmo vértice, de acordo com o esquema de construção cell-vertex. Este procedimento resulta em uma conveniente maneira de gerar malhas capazes de representar importantes aspectos topológicos do reservatório, ao mesmo tempo que preserva-se a essência do método convencional de volumes finitos, ou seja, a construção de equações aproximadas que garantem a conservação de quantidades físicas em nível discreto. A solução das equações foi obtida empregando-se diferentes esquemas de avanço temporal, sendo realizada uma comparação do tempo computacional resultante de cada método, e ilustrando as vantagens e desvantagens de cada um. Para o EbFVM, uma análise do erro das soluções numéricas para diferentes refinos de malha em um problema de difusão com solução analítica conhecida é apresentado, assim como comparações com o método originalmente presente no simulador, onde é mostrado que o EbFVM fornece as mesmas soluções porém com a vantagem de ser um método mais flexível. Por fim, para evidenciar mais claramente as potencialidades do método no quesito geométrico, um problema fisicamente simples em um domínio com geometria não-convencional, possuindo falhas geológicas e poços com trajetórias arbitrárias, é resolvido. Tal geometria não é possível de ser discretizada através do método originalmente presente no simulador, enquanto que com o método proposto isso é facilmente realizado. / An investigation of the Element-based Finite VolumeMethod (EbFVM) applied to a chemical flooding compositional reservoir simulator, developed at The University of Texas at Austin, is presented. The method employs three-dimensional unstructured grids for the spatial discretization, considering different types of elements. Unstructured elements are adequate to represent, in an accurate and efficient way, reservoirs with complex geometries, combining the flexibility of the finite element method with local and global conservation enforcement. To obtain the approximate equations for the control volumes, first each element is divided into subcontrol volumes, by joining the centroid of the element with the midpoint of the faces. Each control volume is then formed by sub-control volumes of neighboring elements applying the cell-vertex construction. This procedure results in a convenient way to build grids that represent important features of the reservoir topology, such as geological faults and wells, at the same time it preserves the essence of conventional finite volume methods, that is, the construction of approximate equations that guarantee the conservation of physical quantities at discrete level. The solution of the equations was obtained by considering different approaches for time advancing. A comparison for the computational time of each approach is performed, illustrating the advantages and disadvantages of each one. For the EbFVM, an analysis of the numerical error for different refinement levels in a diffusion problem with analytical solution is presented, as well as comparisons of the proposed method and the finite difference method originally used in the simulator, by applying different reservoir simulation case studies. It is shown that the EbFVM provides the same solutions but with the advantage of being a more flexible method. Finally, in order to evidence more clearly the element-based potentialities regarding geometry discretization, a physically simple flow problem in a non-conventional geometry, containing geological faults and wells with arbitrary trajectories, is solved. Such geometry is not possible to be discretized by applying the original method present in the simulator, while with the proposed approach it can be done smoothly.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial. / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:23:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228309.pdf: 9183690 bytes, checksum: 43e6f8e60327d0c8a47ca7cb504846df (MD5) / Devido à natureza dos ambientes encontrados na indústria do petróleo, os dutos de transporte estão sujeitos à corrosão e perda de integridade. Para evitar o problema, estes podem ser revestidos com materiais compostos que fornecem resistência à corrosão e, opcionalmente, reforço estrutural. Apesar da proteção contra corrosão dada pelos revestimentos, após a sua aplicação não é mais possível a inspeção visual da superfície metálica do duto. É por isso que é muito importante garantir uma perfeita adesão entre o revestimento e a superfície do duto para garantir a qualidade do revestimento. Este trabalho trata da utilização da técnica óptica de shearography para a detecção e localização destas falhas de adesão. Esta técnica é do tipo não-destrutiva e consiste na análise das imagens resultantes da interferência entre regiões vizinhas da superfície inspecionada iluminada por laser, medindo o campo de deformações do objeto. Essa é a sua principal vantagem em relação a outras técnicas ópticas que medem apenas o campo de deslocamentos. Sendo assim, a shearography é mais sensível a variações no campo de deformações (e conseqüentemente à detecção de falhas) e menos sensível a deslocamentos de corpo rígido. Essa vantagem a torna mais adequada à utilização em campo sem a necessidade de equipamentos para isolação de calor e vibrações. Para a medição do campo de deformações, são obtidas imagens do objeto em dois estados diferentes de carregamento, que por sua vez aqui é aplicado utilizando três métodos: carga mecânica, vácuo e aquecimento localizado. O objetivo final do trabalho é desenvolver um protótipo capaz de detectar um conjunto de falhas artificiais especialmente construídas para este trabalho e validar a aplicabilidade da técnica na detecção destas falhas de adesão. Due to the nature of the environments found in the oil industry, oil and gas pipes are subject to corrosion and integrity loss. To avoid this problem these pipes can be coated with composite materials, providing them corrosion protection and, optionally, structural reinforcements. Despite the corrosion protection that should be given by the composite coatings, after they are applied it is not possible to visual inspect their metallic surface anymore. It is why it is very important to guarantee perfect adhesion between coating and pipe to guarantee the quality of the coating. This work is about the use of the optical technique called shearography to detect and locate these adhesion defects. It is a non-destructive form of inspection and consists in comparing two images resulting from the interference between neighbor areas from the surface illuminated by a laser, measuring the stress field of the object. This is its main advantage in comparison to other optical techniques who measure only the displacement field. In this way, the shearography is more sensitive to the stress field variations (and consequently to the defects detection) and less sensitive to rigid body motions. This advantage turns it more adequate to be used in the field without equipment to isolate vibrations and heat. To measure the stress field, two pictures of the object are taken in two distinct loading states. The loading is here applied to the pipe using three methods: mechanical stress, surface vacuum and heating. The main purpose of this work is to develop a prototype which is capable of detecting a series of adhesion defects specifically built and validate the applicability of shearography in detecting this special kind of adhesion defects.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. / Made available in DSpace on 2012-10-22T21:08:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A presente tese de doutoramento em Engenharia de Produção, concentração em Ergonomia, na linha de pesquisa de Gestão de Segurança e Saúde Ocupacional desenvolveu-se a partir da experiência do autor nas ações integradas de Saúde, Segurança e Meio Ambiente em um acidente de sistema de oleodutos, com derrame de 4.000 m3 de petróleo, em julho/2000. O "trabalho" é discutido como um dos determinantes da saúde do trabalhador e da comunidade e é reapresentada como preventiva a análise dos processos direcionada para a gestão de Segurança e Saúde Ocupacionais via sistemas integrados das normas ISO, BS e OHSAS. Como objeto de pesquisa é apresentado o "caso" do acidente ambiental com petróleo. Abordam-se a organização do trabalho e a sua relação com os riscos de saúde, e principalmente as intervenções de Segurança e Saúde do Trabalho. A hipótese aventada é que a organização do trabalho e a exposição aos hidrocarbonetos geraram danos significativos à saúde dos trabalhadores. O objetivo da pesquisa é: Construir e propor um modelo de gestão da Saúde, integrada à Segurança e ao Meio Ambiente, para contingência e emergência com substâncias químicas nas operações de dutos e plantas petroquímicas. Os trabalhadores que participaram do controle e mitigação do derrame de óleo foram divididos em coortes conforme graus de exposição. Na amostra investigada de 415 pessoas, estudou-se a morbidade geral e específica e dados laboratoriais em análise dos prontuários médicos, referentes aos períodos de julho de 1999 a julho de 2005. Encontrou-se redução seqüencial pós acidente na contagem de leucócitos e neutrófilos, sem leucopenia instalada, sem diagnóstico de doença, mas de forma linear significativa para os grupos de expostos, semi-expostos e não expostos, e que retornou ao nível inicial ao longo do período estudado. Não houve significância de alterações na investigação clínica geral, hemato-oncológica (hemograma completo, com estudo de linhagens vermelha, branca e contagem de plaquetas e reticulócitos), neuro-comportamentais, e hepáticas (AST, ALT, GGT). Discute-se modelos de gestão de SMS e especificamente modelos internacionais públicos e privados de preparação e intervenção da saúde em emergências. Propõe-se um modelo de gestão de saúde integrada à política de SMS da instituição, com relevância dos aspectos epidemiológicos de informação e análise crítica para tomada de decisões baseados nas avaliações de risco de acordo com os cenários acidentais e de vulnerabilidade dos grupos de trabalhadores e comunidades. Esse modelo aplicado na análise retrospectiva dos processos de trabalho do caso estudado, como forma de validação prática, reconhece ações executadas e que podem ser recomendadas como "boas práticas", e pontos interpretados como de "oportunidades de melhoria" para aplicação futura no desenho das atividades de trabalho, de modo a buscar a antecipação da preparação e do atendimento às emergências com substâncias químicas, privilegiando a saúde e a segurança dos trabalhadores.