Orientador: Martin Tygel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-18T19:34:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BarretoFilho_ManueldeAlmeida_M.pdf: 4852690 bytes, checksum: e751405e09d0ab3936a4ce81fc9df0fd (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Para uma operação ótima de um Sistema de Bombeio Mecânico, faz-se necessário o controle permanente sobre o comportamento da carga atuante na profundidade em que se encontra assentada a bomba de fundo. Para tanto, dispõe-se atualmente apenas de um dinamômetro de superfície, que registra, com a coluna de hastes em movimento, o valor numérico das forças que atuam na extremidade superior da haste polida. O resultado é o traçado de uma carta dinamométrica de superfície, a qual nada mais representa do que os efeitos gerados pela carga atuante na bomba de fundo, após terem se propagado através da coluna de hastes. Como sabemos, estes efeitos detectados na superfície, trazem consigo degenerações que foram incorporadas durante a referida propagação, o que vem mascarar o . real comportamento da bomba de fundo. Logo, as informações provenientes desta ferramenta, mostram-se, na maioria .das situações operacionais, ineficientes, com o problema tomando-se crítico no caso dos poços profundos (profundidades acima de 1000 metros). O problema consiste, então, em inferir, a partir dos dados de superfície, sob que condições operacionais de fundo está se processando o bombeio mecânico. Embora algumas soluções, usando hipóteses simplificadoras, têm sido descritas e utilizadas correntemente, a completa formulação do problema e a construção dos correspondentes algorítmos de solução constituem-se ainda em ativa área de investigação acadêmica e industrial. Neste trabalho, propõe-se um método de cálculo que possibilita determinar o deslocamento em relação a posição de equilíbrio de qualquer ponto da coluna de hastes e os esforços ali atuantes, ambos em relação ao tempo, a partir das medições realizadas na profundidade desejada. O presente método incorpora algumas novas contribuições, por exemplo uma formulação mais realista do atrito envolvido no sistema, com base nas interações fluido dinâmicas nas hastes e tubulação, bem como incluindo a possibilidade de uso de hastes de fibra de vidro, o que pode ser uma opção industrial para o futuro. o procedimento é válido, mesmo em se tratando de grandes profundidades de assentamento da bomba de fundo, altas velocidades de bombeio e elevados cursos da haste polida. Finalmente, o algorítmo apresenta boa performance computacional / Abstract: Optimal operation of Sucker Rod Pumping System requires standing monitoring of the acting load at the depth where the pump is located. For that purpose, only a surface dynamometer is available, which registers the acting forces at the moving upper end of the polished rod at several time instants. The resulting information is the so-called dynamometric surface chart, which represents, during the measuring period, the load effects at the bottom of the well after these have been propagated to the top. As well known, these measurements do not reflect the true behavior of the system at the depth location of the pump, but are contaminated by the propagation along the entire rod string. Therefore, it is not adequate to directly rely upon obtained surface data to correctly monitor the well pumping operation, the situation becoming more critical in deep wells (with depths larger than 1000 meters). The problem is, then, to infer, from the surface data, the operation behavior of the pumping system at the downhole. Although some solutions using simplifying assumptions, have been given and are of current use, the full formulation of the problem and the construction of complete and accurate algorithms to solve it, still constitute an active area of academic and industrial investgation. In this work, a method is proposed to determine the dislocations, as well as the acting forces, at any desired depth location of the rod string, and at time instant of the measuring period, based only on the surface data. In the way, one can obtain dynamometric charts at any desired depth location. The method incorparates some new contributions to the ones available in the literature, such as a more realistic fluid-dynamic formulation of the friction involved in the become an option for the industry in the future. The procedure described in this work yields good results, even in the case of large depth locations of the pump, large pumping speeds and polished rod strokes. Finally, the algorithm shows also good computational efficiency / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientadores : Osvair Vidal Trevisan, Euclides Jose Bonet / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-07-18T22:55:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Menezes_GersonLuisMoraes_M.pdf: 3632674 bytes, checksum: 3a27d3b738e5fc767d09aa5431220859 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Um dos problemas mais críticos na indústria do petróleo é a estimativa de propriedades petrofísicas devido ao caráter heterogêneo dos reservatórios. Este problema fica mais acentuado quando se trata da permeabilidade, que é um dos parâmetros petrofísico. Os mais sensíveis à morfologia de poros da rocha. O presente trabalho, mostra o desenvolvimento de uma metodologia para a estimulativa da permeabilidade a partir da integração de dados de pressão capilar de laboratório e dados de perfis de poços. A metododologia é suportada numa equação semi-empírica deduzida com base no modelo de poros de tubos capilares. O. desempenho do novo procedimento foi aferido comparando-o, primeiramente, com estimativas obtidas a partir da curva J de Leverett. Posteriormente, a comparação é feita com a regressão multilinear, uma ferramenta reconhecidamente poderosa para o ajuste de curvas com base puramente matemática. Em geral, a nova ferramenta demonstra capacidade preditiva superior à metodologia da curva J e seu desempenho é próximo ao ajuste por regressão multi1inear. Sua eficiência fica evidente quando poucos dados estão disponíveis / Abstract: One of the most critical problems in petroleum engineering is the estimation of petrophisical . properties due to heterogeneous characteristc of reservdirs. The problem is more severe when one wants to determine permeability, which is one of the properties most sensitive to the pore morfology of rocks. This work presents the development of a methodology to estimate the permeability from integrating laboratory capital "Y pressure data and data from well logs. The methodology is based on the capillary tube porous model. The new procedure performance was checked, first, against estimates obtained from the Leverett' s J curve. The comparison is made also against ajust the multilinear regression techuique, which is a known powerfull tool for adjustment of curves, based solely on mathematical. In general, the new methodology shows a better predictive capacity than J curve techuique and it is similar to that of the multi1inear regression. The predictive capacity of the proposed method is more evidente when few data are available / Mestrado / Geologia de Petroleo / Mestre em Geoengenharia de Reservatorios

Orientador: Celso K. Morooka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-19T13:55:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_RicardoCasseoSoares_M.pdf: 15843544 bytes, checksum: 6613c76500554e08aabd8e0f9f495565 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Neste trabalho uma metodologia para estimativa das forças de contato entre a coluna de perfuração, o poço e o riser é proposta. A solução é obtida utilizando-se o método dos elementos finitos com abordagem não linear, estática, bi-dimensional. Os efeitos de rigidez da coluna são mantidos discretizando-a numa configuração indeformada e aplicando-se deslocamentos nas extremidades (condições de contorno) e nas "paredes" afim de coloca-Ia dentro dos limites do poço. A configuração dinâmica do riser é obtida no domínio da frequência, com linearização melhorada, e uma análise "quasi-estatica" é feita dividindo-se o período em intervalos iguais de tempo e discretizando-se cada geometria como se poço se estendesse até a superfície. A demonstração de utilização é feita em um poço de grande inclinação perfurado por um navio sonda. Como conclusões mostramos que a força máxima devido aos movimentos da embarcação ocorre na região do B.O.P. stack/cabeça de poço e que existe uma variação considerável deste valor ao longo do tempo. As forças de contato calculadas dentro do riser de perfuração indicam que elas devem ser levadas em conta em análises dinâmicas / Abstract: The work propose a methodology for estimation of the contact forces generated by the drill string against the well and the drilling riser system. The solution is obtained using the Finite Element Method with a non-linear aproach in a static, 2D model. The stiffeness effects of the drill string are kept by discretyzing an indeformed configuration and then displacements are applied (according with the boundary condition) in the ends and also in the walls by means of putting it in the limits of the well. The excitaion period was devided in time-slices and each geometry of the riser (calculated in the frequency domain with improved linarization) was used in a "quasistatic" analisys as if it were the well. An example of a high angle well beeing drilled by a drill-ship is used to demonstrate the technique. As conclusions we show that as expected the maximum force is in the region of the BOP stack/well-head and due to the movement of the ship, the values calculed in each slice undergoes a considerable variation. We also sugest that the contact forces between the drill string and the riser should be used in the dynamic analisys due its values / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Victor Prodonoff / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-19T13:59:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Czerwinski_RonaldoJoao_M.pdf: 17498410 bytes, checksum: 4574992f21822c2903751a780bc39287 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Este trabalho apresenta as adaptações realizadas em um código computacional utilizado em análise de resistência mecânica de colunas de perfuração de poços petrolíferos, de forma a implementá-lo para o espaço tridimensional. O programa original, que utilizava a técnica dos elementos finitos na resolução de problemas estáticos e dinâmicos, era restrito a elementos planares. Foram criadas rotinas para cálculos de matrizes de elementos tridimensionais do tipo BARRA e VIGA-COLUNA 3D, bem como realizadas as modificações necessárias para o recebimento destas pelo programa original. Novas subrotinas elaboram os cálculos das matrizes de rigidez, geométrica e de massa. Os tipos de análise do problema são os mesmos que já estavam implantados: análise estática, análise dinâmica por integração numérica e análise dinâmica por superposição modal. Podem ou não serem considerados os efeitos da força axial além daqueles causados por forças transversais e momentos fletores. Estas análises nos fornecem os deslocamentos nos nós, forças axiais e momentos fletores internos, cálculo das freqüências, modos naturais de vibração e resposta dinâmica. Para validação do programa foram efetuados testes comparativos com exemplos publicados na literatura, incluindo-se os de análise de colunas de perfuração de poços petrolíferos / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Essa tese apresenta uma metodologia para calcular os níveis confinados de energia e suas respectivas funções de onda em estruturas de poços quânticos usando o método de matriz de transferência (TMM). Este trabalho visa prover ferramentas para a estimação de absorção devido a transições interbanda e intersubbanda em fotodetectores infravermelhos a poços quânticos (QWIPs). O uso de fotodetectores desse tipo tem se intensificado nos últimos anos, principalmente em imageadores infravermelhos para identificação de alvos de interesse militar e civil. São estudados os conceitos básicos para o entendimento dos fenômenos quânticos que envolvem a detecção por dispositivos desse tipo. Partindo de um Hamiltoniano 8x8 utilizado para o cálculo da estrutura de bandas em materiais semicondutores, desenvolve-se um modelo que representa a dinâmica dos portadores nas bandas de valência e de condução que permite o cálculo dos níveis confinados (subbandas) e suas respectivas funções de onda. Efeitos de não-parabolicidade, tensão/compressão e segregação de compostos são considerados no modelo. A solução numérica das equações diferenciais envolvidas é feita utilizando-se o método de matriz de transferência, que é adaptado para acomodar qualquer perfil de potencial devido à combinação de camadas de compostos semicondutores. Foram desenvolvidos programas para realizar o cálculo das variáveis em discussão. Os resultados obtidos demonstraram uma boa concordância com aqueles reportados na literatura e com medidas realizadas em laboratório em dispositivos reais. A partir dos resultados, estuda-se o efeito das incertezas nos parâmetros dos materiais semicondutores no cálculo em questão. Erros que variam de 0.2 a 5%, dependendo da estrutura, permitem concluir que método desenvolvido pode ser utilizado no projeto de QWIPs com estruturas complexas.

Este trabalho apresenta a caracterização eletro-óptica de fotodetectores para o infravermelho operando nas janelas atmosféricas de ondas médias e longas. Utilizou-se sensores QWIP (Quantum Well Infrared Photodetector) baseados em estruturas semicondutoras de poços quânticos múltiplos de GaAs/AlGaAs e InGaAs/AlInAs, utilizando transições intrabanda. As estruturas semicondutoras foram crescidas pela técnica de Epitaxia de Fase Vapor de compostos Metalorgânicos (MOVPE). As amostras foram medidas na geometria de guia de onda com incidência da radiação a 45 pela borda do substrato. Os dispositivos foram caracterizados quanto sua corrente de escuro e responsividade a 77K. A responsividade foi determinada por dois métodos: usando um simulador de corpo negro como padrão de fonte luminosa e por comparação com um detector comercial de resposta conhecida. A responsividade de ambos os detectores foi determinada como uma função da tensão aplicada. O QWIP de Al0,27Ga0,73As/GaAs apresenta um pico de resposta em torno de ?p = 9,1 ?m e o QWIP de In0,53Ga0,47As/Al0,52In0,48As um pico de resposta em torno ?p = 4,1 ?m.

Esta tese apresenta uma proposta de metodologia para simulação de Fotodetectores Infravermelhos a Poços Quânticos, empregando-se o programa ATLAS. O ATLAS é um programa comercial, que realiza a simulação das características elétricas, ópticas e térmicas de dispositivos semicondutores. Este trabalho apresentou a simulação das estruturas que fazem parte de um dispositivo monolítico capaz de detectar, simultaneamente, nas faixas do infravermelho próximo (near infrared - NIR), médio (medium-wave infrared - MWIR) e distante (long-wave infrared - LWIR).

Este trabalho foi realizado como uma aplicação do Método "Element-Free Galerkin Interpolante" (MEFGI) na resolução da equação de Schroedinger para o cálculo dos autovalores e autovetores em modelos de sensores de infravermelho baseados em poços quânticos e pontos quânticos. O estudo de sensores de infravermelho através de modelos computacionais envolve a utilização de métodos numéricos. Nesse contexto, a avaliação da robustez do método utilizado deve ser realizada de forma que se conheçam as limitações do método aplicado e as características das soluções obtidas. O MEFGI possui uma série de parâmetros de controle, cada qual exercendo certa influência na solução. Este trabalho completa trabalhos encontrados na Literatura especializada, provendo informações relevantes na escolha dos parâmetros de controle do MEFGI, sendo esses: as funções peso, a ordem da base polinomial, o número de conectividade, a ordem de integração e o parâmetro de singularização. Cabe ressaltar que consideramos meios heterogêneos e avaliamos as técnicas para tratar as interfaces entre diferentes materiais. Os resultados aqui descritos servirão como referência para futuras aplicações do MEFGI e contribuirão para o avanço no amadurecimento do método. Na realização deste trabalho foi gerado um produto de software desenvolvido no paradigma orientado a objetos. De forma a obter uma análise consistente, o valor dos níveis de energia e funções de onda são calculados tanto em problemas quânticos simples que contém soluções analíticas como para modelos reportados na Literatura especializada. Por fim, é avaliado o espectro de absorção tanto para modelos da Literatura como para dados obtidos experimentalmente de sensores desenvolvidos pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para Dispositivos Semicondutores (INCT-DISSE). Para todos os modelos avaliados comparamos também as soluções obtidas com o uso do Método dos Elementos Finitos (MEF). Nos resultados obtidos observamos que as funções de onda são sempre bem representadas. Notamos algumas oscilações na derivada das funções de onda, e estas diminuem com o aumento da ordem da base polinomial. Em todos os casos avaliados, conseguimos definir um conjunto de valores para os parâmetros de controle onde a solução se mantém com um erro abaixo do erro obtido com o MEF. Ainda, conseguimos definir uma relação direta entre alguns dos parâmetros de forma tal que o usuário possa escolher apenas a função peso e a ordem da base polinomial. Os demais parâmetros podem ser ajustados automaticamente em função destas escolhas, mantendo a solução com níveis de erro inferiores aos erros obtidos com uso do MEF. Isto torna a aplicação do MEFGI semelhante à aplicação do MEF, onde o usuário escolhe apenas a ordem e o tipo do elemento a ser utilizado. Para assegurar a correta escolha da ordem da base polinomial fornecemos informações relevantes sobre o impacto desse parâmetro na solução. Quanto a escolha da função peso é evidenciado que estas não causam grande impacto na solução. Outras conclusões também foram extraídas sobre cuidados com a simplificação do domínio de estudo e os impactos de duas aproximações para a força de oscilador na obtenção do espectro de absorção do sensor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T12:13:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 284632.pdf: 2497288 bytes, checksum: 17a080701715be6ce4558367120f3718 (MD5) / Na simulação de reservatórios de petróleo, o maior problema encontrado é a diferença de escalas entre o reservatório e os poços de exploração. O reservatório é da ordem de quilômetros e o diâmetro dos poços é da ordem de centímetros. Portanto, para realizar a simulação de um reservatório nas vizinhanças dos poços seria necessário uma malha muito refinada para poder captar os gradientes próximos aos poços. A utilização de uma malha muito refinada, por sua vez, acarretaria um esforço computacional muito grande e custoso a medida que seriam inseridas no problema as complexidades físicas. Devido a isso, utilizar malhas que tenham um tamanho compatível com a escala do reservatório e inserir os poços como termos fonte nos volumes de controle onde os mesmos estão localizados, apresenta-se como uma solução viável na simulação de reservatórios. Neste caso, é necessário a introdução de um modelo que consiga representar a física nas vizinhanças dos poços. Os modelos mais utilizados na indústria de petróleo empregam uma solução analítica local, na qual a conexão entre a vazão mássica e o gradiente de pressão nas proximidades do poço é feita através da representação de um escoamento radial cilíndrico. Esses modelos, entretanto foram desenvolvidos para aplicação em duas dimensões. Com o desenvolvimento de novas tecnologias na perfuração de poços de petróleo, sugiram os poços horizontais, onde a aplicação dos modelos de poços exige uma nova visão. No presente trabalho foi realizada uma extrapolação dos modelos de poços tradicionais em duas dimensões para três dimensões, utilizando domínios em formato de cubo, ou paralelepípedo, para aplicação em poços horizontais parcialmente penetrante, isto é, onde os poços não atravessam o domínio por inteiro. Para isto foi considerado além da solução analítica local para um fluxo radial cilíndrico, uma solução analítica com fluxo radial esférico nas extremidades dos poços horizontais, devido ao comportamento do fluxo nestas extremidades. Todos os modelos obtiveram bons resultados, mostrando sua capacidade de representar a física na vizinhança dos poços.

O mundo do petróleo envolve investimentos de bilhões de dólares por ano, sendo que falhas e acidentes com sondas de perfuração/produção de poços de petróleo podem resultar em severas conseqüências econômicas e judiciais as empresas responsáveis pela operação destes equipamentos. Atualmente no Brasil a maior parte das sondas de produção terrestre está em operação há mais de três décadas e não há um levantamento ou acompanhamento estatístico dos acidentes operacionais ocorridos durante a atividade de intervenção em poços de petróleo ou gás com sondas de produção terrestres. Entretanto, acidentes com estes equipamentos são freqüentes em campos brasileiros, porém devido à falta de uma fiscalização rígida, muitos destes acidentes são negligenciados. Este estudo visa à elaboração de um modelo pelo método de elementos finitos para avaliação dos limites operacionais de estruturas de mastros de sondas de produção terrestres. O trabalho foi elaborado a partir dos requisitos e recomendações técnicas da Norma API Spec 4F - 3ª edição: 2008. O estudo apresentou o comportamento estrutural do mastro da sonda de produção terrestre após alguns anos em operação, a partir de um estudo de engenharia reversa em campo. Foi realizado um levantamento das características geométricas, dimensionais e tipos de materiais utilizados na fabricação da estrutura. Após o levantamento em campo, foram analisados todos os requisitos e requerimentos técnicos da norma API 4F aplicáveis à realidade da operação destes equipamentos em campos brasileiros. Através do modelo de elementos finitos foram apresentados em forma de gráficos os limites operacionais de carregamentos simples e combinados que a estrutura da sonda pode ser submetida. Também é apresentado um estudo comparativo entre a carga de içamento estático especificada originalmente pelo fabricante e o valor atual que a estrutura pode ser submetida, bem como as regiões mais críticas do mastro. / The world oil involves investiments of billions dollars per year, however, failures and accidents with drilling rigs / well servicing rigs mast of oil Wells can result in severe consequences economics and legals to companies responsibles by operation this equipments. Currently in Brazil most onshore rigs are in operation more than three decades and there isn´t survey or statistics monitoring of the operational accidents ocurred during well servicing activity in well oil or gas with onshore rigs masts. However accidents with this equipments are frequents in Brazilian fields, but due absence of a rigid inspection, many of these accidents are ignored. This study aimed at developing a model by the Finite Element Method to evaluate the structural operational limits of onshore well servicing rigs masts. The dissertation was drafted from the technical requirements and recommendations of API Spec 4F - 3rd 2008 Edition Standard. The study showed the structural behavior of onshore well servicing probe mast structure after a few years in operation, from a reverse engineering study in the field. A survey of geometric features, dimensions and types of materials used in the structure manufacturing was conducted. After the field survey, all the API 4F Standard technical requirements, applicable to this equipment operational reality in Brazilian fields were analyzed. By the Finite Element Model, the operational limits of single and combined loads that the probe structure can be subjected were presented in graph form. A comparative study between static hoisting load originally specified by the manufacturer and the current value that the structure can be submitted was also presented, as well as the most critical regions of the mast.