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[en] EXPERIMENTAL EVALUATION OF TRANSPORT PARAMETERS IN SHALES / [pt] AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DOS PARÂMETROS DE TRANSPORTE EM FOLHELHOSVICTOR MANUEL ARESTEGUI MELENDEZ 25 January 2011 (has links)
[pt] Grande parte dos problemas de instabilidade de poços de petróleo ocorre
quando rochas argilosas, como os folhelhos, são perfuradas. Tais problemas são
creditados, em geral, à interação físico-química entre os fluidos de perfuração e
as referidas rochas. Esta dissertação se foca no estudo experimental do
comportamento de folhelhos expostos a diferentes soluções salinas, que
simulam os fluidos de perfuração a base de água. O objetivo é estimar os
parâmetros de transporte de massa (permeabilidade absoluta, coeficiente de
reflexão e difusão) necessários para as análises de estabilidade de poços. São
utilizadas um conjunto de células de difusão capazes de simular as condições de
tensões in-situ e aplicar gradientes hidráulicos e químicos a corpos de prova de
folhelhos. Foram caracterizados dois tipos de folhelhos típicos de plataformas
offshore (BC-01) e onshore (Pierre01) provenientes, respectivamente, da
Bacia de Campos (Rio de Janeiro, Brasil) e de Salt Lake City (Utah, Estados
Unidos). Ensaios de porosimetria indicam que o folhelho BC-01 apresenta
maiores diâmetros de poros quando comparados com o folhelho Pierre01.
Resultados dos ensaios nas células de difusão sugerem que a direção dos planos
de acamamento presentes nos corpos de prova afetam a permeabilidade e, por
conseguinte, o coeficiente de reflexão que o folhelho possui. Os resultados
sugerem que a composição mineralógica não tem influencia nos parâmetros de
transporte de massa. / [en] The majority of the problems related to wellbore stability occur when
argillaceous rocks, such as shales, are drilled. Such problems are believed, in
general, to be caused by the physical-chemical interaction between drilling
fluids and the referred rocks. This dissertation focuses on the experimental
study of the behavior of shales exposed to different saline solutions, which
simulated water-based drilling fluids. The objective is to estimate the mass
transporting parameters (absolute permeability, reflection coefficient and
diffusion) necessary for the analysis of well stability. Groups of diffusion cells
are used, being capable of simulating in-situ stress conditions and apply
hydraulic gradients and chemicals upon shale samples. Two types of shales
were characterized; representative of offshore (BC-01) and onshore (Pierre01)
platforms derived, respectively, from Bacia de Campos (Rio de Janeiro, Brazil)
and Salt Lake City, Utah, United States. Porosimetry tests indicate that BC-01
shales present larger pore diameters when comparing with Pierre01 Shales.
Experimental results from diffusion cells suggest that the direction of foliation
planes present in the samples defines its permeability and, therefore the
coefficient of reflection that the shales possess. The results suggest that mineral
composition does not influence the mass transporting parameters.
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[en] AN APPROACH TO VALUE FLEXIBILITY CONSIDERING UNCERTAINTY AND FUTURE INFORMATION: AN APPLICATION TO SMART WELLS / [pt] UMA ABORDAGEM PARA AVALIAÇÃO DE FLEXIBILIDADE CONSIDERANDO INCERTEZA E INFORMAÇÃO FUTURA: UMA APLICAÇÃO PARA POÇOS INTELIGENTESANA CAROLINA ALVES ABREU 06 December 2016 (has links)
[pt] Os poços inteligentes permitem a criação de uma estratégia de desenvolvimento flexíveis, dada, entre outras coisas, sua capacidade de adquirir informações relevantes necessárias para tomadas de decisão futuras. No entanto, se não considerarmos as incertezas quando pretendemos calcular o valor dessa flexibilidade, a estratégia de otimização resultante terá dois problemas fundamentais: pode-se atribuir um valor muito elevado para os poços inteligentes, e não se tira proveito da capacidade de adaptar e mitigar incertezas. Este trabalho propõe uma abordagem para avaliar flexibilidade sob incerteza, buscando a estratégia de controle de fluxo que maximize o valor presente líquido esperado, reagindo dinamicamente a novas informações. Demonstramos a abordagem proposta utilizando toy problems, nos quais podemos avaliar as soluções de otimização em uma ampla gama de cenários, incluindo incertezas e flexibilidade, com um reduzido tempo de avaliação. Em seguida, aplicamos esta abordagem em um modelo de reservatório que destaca aspectos como: otimização de ativos sob incerteza, controle flexível baseado em informações futuras, e quantificação do valor da flexibilidade e medições futuras. Além disso, contribuindo para seleção apropriadas da tecnologia de poços inteligentes e de medições, a abordagem proposta oferece uma árvore de decisão que descreve a estratégia flexível ideal, com os controles da válvula que adequadamente consideram medições futuras e seus impactos na redução de incertezas. Esta abordagem provê uma avaliação qualitativa, indicando se o campo tem potencial de melhoria significativa utilizando poços inteligentes, e avaliação quantitativa dos benefícios da tecnologia, resultando em uma estratégia realizável, que orienta o ajuste das válvulas um campo real. / [en] Smart well technology has the ability to acquire relevant information required for future decision-making, enabling the generation of a development strategy with future flexibility. However, to value its flexibility, if we do not account for uncertainty when performing an optimization, the resulting strategy will have two key shortcomings: it will assign too high value to the smart wells, and it will not take advantage of the ability of the smart wells to adapt and mitigate to uncertainty. We propose a strategy that allows to value flexibility under uncertainty, seeking the flow control strategy that maximizes the expected net present value, dynamically reacting to new information as it is acquired. We demonstrate the proposed approach using toy problems for which we can evaluate optimization solutions for a broad range of scenarios, including uncertainty and flexibility to accommodate future measurements, with a reduced time of evaluation. We then apply this proposed approach on a reservoir model that highlights its novel aspects: asset optimization under uncertainty, flexible control based on future information, and quantification of the value of flexibility and future measurements. In addition to valuing flexibility and future information, which contributes to the selection of appropriate smart-well technology and measurements, the proposed approach delivers a decision tree that describes a flexible strategy of optimum valve settings that properly accounts for future measurements and their impact on uncertainty reduction. This approach gives a qualitative value, indicating whether the field has the potential of significant improvement using smart wells, and a quantitative valuation of the benefits of smart completions resulting in a realizable strategy to guide the control of these completions in a real field management project.
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[pt] INFLUÊNCIA DA VARIAÇÃO DA PERMEABILIDADE NA ESTABILIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO / [en] THE INFLUENCE OF PERMEABILITY CHANGES ON WELLBORE STABILITYEWERTON MOREIRA PIMENTEL DE ARAUJO 11 July 2002 (has links)
[pt] O fator fundamental que leva um poço de petróleo ao colapso
é o processo transiente de elevação da pressão de poros ao
seu redor, devido à penetração da lama de perfuração no
interior da formação. Entre as propriedades da rocha, a
permeabilidade é responsável pela determinação da
velocidade de penetração, bem como da profundidade atingida.
Quando são perfurados folhelhos, rochas de baixa
permeabilidade, uma região de dano mecânico se desenvolve
ao redor do poço. Esta região é caracterizada pela
alteração das propriedades mecânicas e hidráulicas da
rocha. O material aumenta de volume acompanhado do
surgimento de fissuras, como resultado do descarregamento e
subsequente carregamento desviador. Este comportamento do
material foi representado neste trabalho através de um
modelo de plasticidade não-associada. Este trabalho discute
a influência das tensões e da escavação sobre a
permeabilidade das rochas, testando a aplicabilidade de
duas relações de permeabilidade ao problema da perfuração
de poços de petróleo. Estas relações foram implementadas
num simulador numérico baseado no método dos elementos
finitos, capaz de modelar o processo acoplado de fluxo
monofásico através de um meio poroso deformável.
Os resultados obtidos mostram que a consideração da
permeabilidade da região circunvizinha às paredes do poço
como constante, durante e após a perfuração, é uma
simplificação que pode levar a erros significativos. As
relações de permeabilidade adotadas, embora ainda
necessitem de comprovação experimental ou de campo,
contribuirão para o melhor entendimento do estudo da
estabilidade de poços. / [en] The underlying factor that leads the wellbore collapse is
the porepressure transient process of elevation around the
wellbore due to the penetration of the drilling mud. Among
the rock properties, the permeability is responsible for
determining penetration speed, as well as the reached depth.
When drilling shales, wich are rocks of low permeability, a
zone of mechanical damage is developed around of the
wellbore. This zone is characterized by the alteration of
the mechanical and hydraulic rock properties. There is a
material volume increase, accompanied by microcracking, as
a result of the unloading and subsequent deviatoric
stresses. This behavior of the material was represented in
this work by a model of non-associated plasticity.
Here is discussed the stresses and excavation influence on
rock permeability, by testing the application of two
permeability relationships to drilling problem. These
relationships were implemented in a numeric simulator
finite element based, wich can model the coupled process of
the single-phase flow through porous media.The obtained
results show that the consideration of constant
permeability on zone close to the wellbore as constant,
during and after the drilling, is a simplification that can
lead to significant mistakes. The permeability
relationships adopted, although still need experimental or
field validation, will contribute to a best understanding
of the study of the wellbores stability.
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[en] OIL WELLS STABILITY IN FRACTURED MEDIA USING THE DISCRETE ELEMENT METHOD / [pt] ESTABILIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO EM MEIOS FRATURADOS EMPREGANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS DISCRETOSJUAN DAVID VELILLA URIBE 07 October 2013 (has links)
[pt] A estabilidade de poços de petróleo é convencionalmente analisada empregando soluções analíticas que não são adequadas para modelagem de meios fraturados, devido a suposições de meio continuo. Esta dissertação tem como objetivo principal desenvolver uma metodologia computacional para geração de janela operacional utilizando uma solução numérica, adequada para meios fraturados. No trabalho foi escolhido o software UDEC (Universal Distinct Element Code), que é baseado no método dos elementos discretos (MED). Este método considera o maciço rochoso como a união de blocos de rocha intactos, unidos pelas fraturas e cujo comportamento físico para cada elemento pode ser analisado individualmente. A modelagem computacional no UDEC foi realizada mediante uma analise hidromecânica acoplada. Esta modelagem permitiu avaliar a influencia de alguns mecanismos que governam a estabilidade de poços, como: as tensões in situ, a poropressão e a orientação, espaçamento e persistência das famílias de fraturas. Os resultados numéricos mostram o efeito das fraturas na orientação e magnitude das tensões, além da magnitude da poropressão resultando em cálculos dos limites de colapso inferior e fratura superior da rocha mais realistas. / [en] The stability of oil wells is conventionally analyzed using analytical solutions that are often not suitable for modeling fractured media due to assumptions of continuous medium. This work has as main objective to develop a computational method for generating mud window using a numerical solution, suitable for fractured media. The software chosen for this work was the UDEC (Universal Distinct Element Code), which is based on discrete element method (DEM). This method considers the rock mass as the union of blocks of intact rock jointed by fractures, and whose physical behavior for each element can be analyzed individually. Computational modeling in UDEC was carried out in a coupled hydromechanical analysis. This modeling allowed to evaluate the influences of some of the mechanisms that govern the stability of wells, as in situ stresses, pore pressure and orientation, spacing and persistence of families of fractures. Numerical results show the effect of fracture orientation and magnitude of the stresses, besides the magnitude of the pore pressure resulting in more realistic calculations of lower collapse and upper fracture of the rock mass.
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[en] FORECASTING GEOPHYSICAL MEASUREMENTS: PSEUDO-WELLS / [pt] PREVISÃO DE MEDIÇÕES GEOFÍSICAS: PSEUDO-POÇOSSAMUEL GUSTAVO HUAMAN BUSTAMANTE 11 April 2014 (has links)
[pt] No presente trabalho de tese é apresentado, analisado e avaliado um método inédito para prever perfis de poço (para um pseudo-poço), a partir de informações dos poços verticais vizinhos e dados de sísmica 3D. Este método é formado por quatro partes principais. Na primeira parte são processados os perfis de raio gama dos poços para produzir um conjunto de sinais estratificados. Estes resultados são utilizados na segunda parte para realizar a correlação lateral de poços, com um método baseado em Algoritmos Genéticos, cujos resultados são intervalos de estratos semelhantes que indicariam a existência de estruturas rochosas contínuas na subsuperfície. Na terceira parte são estimados os deslocamentos, em profundidade, entre alguns estratos do pseudo-poço e dos poços reais. Isto é realizado com um método, baseado em Algoritmos Genéticos, para correlacionar eventos entre traços sísmicos 3D nas posições próximas aos poços reais e ao pseudo-poço. Na quarta parte são utilizados os resultados das outras três partes para interpolar vários tipos de perfis do pseudo-poço, primeiramente, dos estratos semelhantes e, em seguida, dos estratos não semelhantes, ajustados em profundidade. Os resultados desta parte constituem as medições previstas. Os pesos para a interpolação, pelo método de Shepard, são calculados através de uma função que depende da distância entre o pseudo-poço e cada um dos poços utilizados. Um estudo de sete casos é apresentado para avaliar a eficácia do método de previsão. Esses casos utilizam arranjos de dois e três poços do Campo de Namorado na Bacia de Campos (RJ) e, adicionalmente, um poço próximo a cada arranjo serve de padrão para avaliar as medições previstas através do coeficiente de correlação e da média dos erros percentuais absolutos. Em termos globais os resultados das previsões apresentam correlação linear forte e os erros percentuais absolutos estão entre 5 por cento e 30 por centoem relação aos padrões. / [en] In this thesis is presented, analyzed and evaluated a new method to forecast well logs (for a pseudo-well), based on information of the neighboring vertical wells and the 3D seismic data. This method consists of four main parts. In the first part, the gamma ray logs from wellbores are processed to produce a stratified set of signals. In the second part, the stratified signals are used to perform a method of lateral correlation of wells with Genetic Algorithms; whose results are similar intervals strata that would indicate the existence of continuous rock structures in the subsurface. In the third part, a method, based on Genetic Algorithms, are used to estimate displacements in depth between some strata of the pseudo-well and real wells. That method correlates events between 3D seismic traces at positions near the real wells and the pseudo-well. In the fourth part, results from the other three parts are used to interpolate several types of logs of the pseudo-well, first of the similar strata and then of the not similar strata, adjusted in depth. The results of this part are the forecasted measurements. The weights for interpolation, by the method of Shepard, are calculated using a function that depends on the distance between the pseudo-well and each real well. A study of seven cases is presented to evaluate the effectiveness of the forecasting method. These cases use arrangements of two and three wells of the Namorado Field in the Campos Basin (RJ) and additionally a real well near each array serves as a standard for evaluating the forecasted measurements by the correlation coefficient and the mean absolute percentage error. Overall the results showed a strong linear correlation and the mean absolute percentage errors are between 5 per cent and 30 per cent in relation of standard data.
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[en] USE OF THE DRILLING PARAMETERS FOR ASSESSMENT THE UNCONFINED COMPRESSIVE STRENGTH / [pt] USO DE PARÂMETROS DE PERFURAÇÃO PARA ESTIMAR A RESISTÊNCIA NÃO CONFINADA DAS ROCHASLENIN ALBERTO MORA GUERRERO 10 December 2008 (has links)
[pt] A resistência não confinada (UCS) é um parâmetro de
interesse na análise
de problemas geomecânicos: estabilidade de poços, restrição
quantitativa das
magnitudes das tensões in situ, determinação do potencial
de produção de areia
e seleção de brocas. É intuitivo que a resposta da broca de
perfuração deveria
refletir as propriedades de resistência da rocha sob as
condições reais no fundo
do poço. Porém a taxa de perfuração (ROP) é dependente de
um número de
outros parâmetros (desenho e tipo da broca, parâmetros de
operação). Têm sido
propostos, avaliados e verificados vários modelos de
perfuração para os
diferentes tipos de brocas em poços no Mar do Norte e no
Canadá. Esses
modelos, quando usados numa metodologia inversa, permitem
estimar a
resistência da rocha à perfuração, S. Esta pesquisa tem
como objetivo
correlacionar as resistências S e UCS. Uma vez alcançado
esse objetivo a UCS
pode ser calculada somente com base em parâmetros de
perfuração (WOB,
RPM, ROP). Foram encontradas duas correlações para as
litologias folhelhos e
arenitos do campo de estudo da bacia de Campos. Estas foram
avaliadas e
comparadas com a UCS estimada de perfis de poço obtendo-se
resultados
bastante satisfatórios. O espaço UCS/S vs. WOB/RPM usado
para correlacionar
as resistências mostra-se muito promissor para outras
aplicações:
planejamento/otimização de um novo poço (selecionando a
melhor combinação
de WOB e RPM), avaliação/diagnóstico da perfuração em Tempo
Real. / [en] Unconfined Compressive Strength (UCS) is a parameter of
interest in
geomechanics problems analysis: Wellbore Stability,
quantitative constrains
stresses in situ magnitudes, assessment sanding potential
and selection of bit
drilling. It is intuitive that the drilling would have to
reflect the strength rock
properties under the real conditions in the bottomhole.
However rate of
penetration (ROP) is dependent of a number of other
parameters. ROP models
have been proposed for the different types of drilling bits
and evaluated and
verified in wells in North Sea and Canada. These models
when used in an
inverse methodology they allow estimate the drilling
strength, S. This work was
addressed to correlate drilling strength (S) and UCS. When
this objective was
reached the UCS can only be calculated of drilling
parameters (WOB, RPM,
ROP). Two correlations for shale and sandstone lithologics
are proposal by the
study field in Campos basin. Satisfactory results were
obtain when these
correlations were evaluated and compared with estimated UCS
profiles from
geophysical well logs. Space UCS/S vs. WOB/RPM used to
correlate the
strengths seems very promissory for other applications such
as:
planning/optimization of a new well (selecting the best
combination of WOB and
RPM), diagnostic and evaluation of the drilling in Real
Time TR.
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[en] GEOMECHANICAL MODEL APPLIED TO THE STABILITY ANALYSIS OF WELLS WITH ENPHASIS ON SHALES / [pt] MODELO GEOMECÂNICO APLICADO À ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE POÇOS COM ÊNFASE EM FOLHELHOSSANDRA MILENA ROSERO ARGOTE 02 August 2013 (has links)
[pt] Frente à crescente complexidade dos cenarios de exploração de petróleo, as análises de estabilidade convencionais tornam-se insuficientes para determinar as condições reais dos poços. Assim, ciente destas limitações, a indústria do petróleo vem aplicando com mais frequência novos métodos como o modelo geomecânico denominado Mechanical Earth Model (MEM), pois permite gerar uma previsão da estabilidade do poço e ajuda a reduzir os riscos de perfuração. Neste sentido, o presente trabalho apresenta uma metodologia para estimar as condições da estabilidade de poços com ênfase nas formações de folhelhos, através da identificação e análise de problemas e eventos que revelem sinais de instabilidade geomecânica levantados nos dados de perfuração disponíveis. Boletins diários de perfuração e perfis elétricos de poços são as fontes de dados para análise de problemas de estabilidade que são os responsáveis pela maior parte dos tempos não produtivos, e consequentemente, de custos extras de perfuração. Por tanto, o estudo e o entendimento destes problemas contribuirá para a otimização do processo de perfuração, melhorando assim as práticas ou mitigando os efeitos severos das anormalidades. / [en] Facing the increasing complexity of scenarios for oil exploration, the conventional stability analysis became insufficient to determine the actual condition of the wells. Aware of these limitations, the oil industry has been applying new methods such as the geomechanical model named Mechanical Earth Model – MEM, which has been applied on the prediction of wellbore stability and drilling risks mitigation. In this sense, this work presents a methodology for estimating the wellbore stability conditions of wells with special emphasis on shale formations, through the identification and assessment of events which indicate geomechanical instability during drilling. These data are available from daily drilling reports and electric logs. Well Stability problems are responsible for most non-productive time, and consequently, the extra drilling costs. Therefore, the study and understanding of these problems contribute to the drilling optimization, thus improving the practices or mitigating the effects of severe abnormalities.
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[en] APPLICATION OF LASERS FOR PERFORATION OF PETROLEUM WELLS / [pt] APLICAÇÃO DE LASER PARA CANHONEIO DE POÇOS DE PETRÓLEOMARIO GERMINO FERREIRA DA SILVA 26 February 2019 (has links)
[pt] Esta dissertação apresenta os resultados de um estudo visando à avaliação do uso de lasers de alta potência para operações de canhoneio em poços revestidos e cimentados em reservatórios carbonáticos, cujo objetivo é introduzir furos laterais nas paredes do poço para permitir o escoamento do fluido do reservatório para o poço. Numa revisão bibliográfica de patentes internacionais publicadas na última década, levantou-se o atual estado da arte do uso de lasers para perfuração de rochas. Foram publicados 226 documentos de patentes desde o ano de 2008, indicando a grande relevância tecnológica do tema desta dissertação. São apresentados os resultados de testes de Resistência a Compressão e análises de microtomografia, realizados em amostras de pastas de cimento com formulações usadas nos poços do Pré-sal e de rochas carbonáticas com características próximas às encontradas nesses reservatórios. O laser a fibra utilizado apresentava potência de até 1,5 kW e comprimento de onda de 1.064 micrômetros. Para a caracterização destes materiais, antes e após a produção de canhoneios, foram realizados ensaios de Difração de Raios X e de Espectrometria de Fluorescência de Raios X. Na avaliação da estrutura das amostras, foram utilizados um tomógrafo de raios-X e um microtomógrafo. Energia específica estimada em 243 J/mm(3) para carbonato. Testes em corpos de prova compostos de revestimento/cimento/carbonato. Com laser de potência de 1,5 Kw por 80 segundos, produziram furos de 5 mm de diâmetro e 50 mm de profundidade. Os resultados obtidos demostram, ainda que preliminarmente, o potencial do uso dessa tecnologia em operações de canhoneio. / [en] This thesis presents the results of a study evaluating the application of highpowered lasers when perforating cement-lined wells in carbonate rock reservoirs. The focus is on the creation of lateral channels in the walls of the well to allow the flow of the oil into the well. Through an intensive literature review of the international patents published in the last decade, the current state-of-the-art use of lasers in the perforation of rocks was evaluated. Specifically, 226 patent documents were found to have been published since 2008, showing the great importance of laser technology in this field. The results of the Resistance to
Compression tests and the microtomography analysis are presented, showing samples of the cement slurry formulation used in pre-salt wells and carbonate rocks with characteristics close to the ones found in these types of reservoirs. The fiber laser utilized presented an output of up to 1.5kW and a wavelength of 1,064 micrometers. The characterization of this material, before and after the production of perforations, was analyzed using X-ray Diffraction and X-ray Fluorescence Spectroscopy. To evaluate the structure of the samples, X-ray tomography and microtomography were employed. The specific energy was estimated at 243 J/mm(3) for the carbonate rocks. The final tests to represent the well architecture were realized with samples of liner/cement/carbonate. By means of lasers with the power of 1.5kW for 80 seconds, channels with 5mm diameters and 50mm depths were produced. The results obtained show, although only preliminarily, the potential of using this technology in perforation operations.
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[en] DYNAMICS OF SLENDER ONE-DIMENSIONAL STRUCTURES USING COSSERAT CONTINUUM / [pt] DINÂMICA DE ESTRUTURAS UNIDIMENSIONAIS ESBELTAS UTILIZANDO O CONTÍNUO DE COSSERATFREDY JONEL CORAL ALAMO 12 March 2007 (has links)
[pt] Neste trabalho é formulado e analisado o equilíbrio
estático e a dinâmica de uma viga elástica tridimensional.
A teoria tridimensional empregada, que pode ser chamada de
teoria de Cosserat para vigas, é exata geometricamente, ou
seja, não está baseada em aproximações geométricas ou
suposições mecânicas. Para a deformação da viga, assume-se
a hipótese de Bernoulli e por simplicidade consideram-se
relações constitutivas lineares para o material. A
configuração deformada da viga é descrita através do vetor
de deslocamento da curva de centróides, e uma base móvel,
rigidamente unido à secção transversal da viga. A
orientação da base móvel, relativo a um sistema inercial,
é parametrizada usando três rotações elementares
consecutivas. Na teoria de Cosserat para vigas, as
equações do movimento são equações diferenciais parciais
não-lineares em função do tempo e uma variável espacial.
No entanto, para o equilíbrio estático, as equações tornam-
se equações diferenciais ordinárias não-lineares com uma
variável espacial que são resolvidas usando o método de
perturbação. Da solução do equilíbrio estático, obtêm-se
as funções de deslocamento da viga, em função dos
deslocamentos e rotações nodais, as quais são usadas para
a análise dinâmica. Para obter a dinâmica da viga usa-se a
equação de Lagrange, que é formada pelas expressões da
energia cinética e da energia potencial de deformação.
Além disso, usa-se o método de Newmark para resolver as
equações do movimento. Como aplicação, estuda-se numérica
e experimentalmente, a dinâmica de uma viga rotativa curva
contida numa cavidade uniforme. Quando se usa a teoria de
Cosserat para vigas, que leva em conta as não linearidades
geométricas, a alta precisão da resposta dinâmica é obtida
dividindo o sistema em poucos elementos, as quais são bem
menores que o tradicional MEF, essa é a principal vantagem
da teoria desenvolvida. / [en] In this work, it is formulated and analyzed the static
equilibrium
and the dynamics for three dimensional deformation of
elastic rods. The
intrinsically one-dimensional theory that is employed,
which may be called
the special Cosserat theory of rods, is geometrically
exact, namely, it is
not based upon geometrical approximations or mechanical
assumptions.
For the rod deformation, it is adopted the Bernoulli
hypotheses and for
simplicity, the linear constitutive relations are
employed. The deformed
configuration of the rod is described by the displacement
vector of the
deformed centroid curve and an orthonormal moving frame,
rigidly attached
to the cross-section of the rod. The orientation of the
moving frame, relative
to the inertial one, is related by the rotation matrix,
parameterized by
three elemental rotations. In the sense of Cosserat
theory, the equations
of motion are nonlinear partial dfferential equations,
which are functions
of time and one space variable. For the static
equilibrium, however, the
equations become nonlinear ordinary differential equations
with one space
variable, which can be solved approximately using standard
techniques like
the perturbation method. After the static equilibrium
equation are solved,
the displacement functions are obtained. These nonlinear
displacement
functions, which are functions of generic nodal
displacements and rotations,
are used for dynamical analysis. To obtain the dynamics of
the Cosserat
rod, it is used the Lagrangian approach, formed from the
kinetic and
strain energy expressions. Furthermore, the equations of
motion, which
are nonlinear ordinary dfferential equations, are solved
numerically using
the Newmark method. As an application, a curved rod,
constrained to
rotate inside a hole, is investigated numerically and
experimentally. When
using the Cosserat rod approach, that take into account
all the geometric
nonlinearities in the rod, the higher accuracy of the
dynamic responses is
achieved by dividing the system into a few elements, which
is much less
than in the traditional FEM
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[en] PLUGGING OIL WELLS: AN INVESTIGATION OF EXCHANGE FLOWS / [pt] POSICIONAMENTO DE TAMPÕES EM POÇOS DE PETRÓLEO: UMA INVESTIGAÇÃO DE ESCOAMENTOS DE INVERSÃO POR GRAVIDADEPRISCILLA RIBEIRO VARGES 24 October 2017 (has links)
[pt] Operações de posicionamento de tampão de cimento na indústria do petróleo representam um exemplo de escoamento dominado por efeitos gravitacionais. Essa situação é altamente instável visto que o cimento geralmente é mais denso que o fluido do poço e, como consequência, suas posições tendem a se inverterem. O presente estudo objetiva aprimorar a percepção dos mecanismos físicos associados às operações de tamponamento através da análise de escoamentos de inversão por gravidade. Com esta finalidade, executam-se experimentos de visualização com líquido mais denso posicionado sobre outro de menor densidade em tubo vertical. Ademais determina-se a velocidade da interface através do processamento e análise de imagens. A influência dos parâmetros governantes é averiguada sobre a
velocidade de inversão e o regime de escoamento. A importância relativa entre as forças gravitacionais, viscosa, inercial e interfacial são avaliadas. A primeira etapa do estudo consiste na realização de experimentos com pares de fluidos newtonianos e imiscíveis com pequena diferença de densidade.
Examinam-se dois regimes de escoamento, a saber gotas e slugs em queda. Os resultados experimentais demonstram que a velocidade terminal pode ser estimada por correlações empíricas de esferas rígidas em queda dentro de um tubo. A segunda etapa da pesquisa consiste na análise de escoamento de inversão por gravidade com fluido elasto viscoplástico tixotrópico sobre óleo newtoniano menos denso. Constatam-se três diferentes regimes de escoamento, denominados instável, quase-estável e estável (sem escoamento).
O regime instável apresenta escoamento wavy core annular com o líquido mais denso no centro. No regime quase-estável há formação de plug flow após um tempo de retardo, que é função dos efeitos tixotrópicos
e elásticos do material. Através da análise dos resultados experimentais é possível identificar, para um dado par de fluidos, a janela de operações no espaço de parâmetros governantes dentro da qual a velocidade de inversão é suficientemente baixa (ou nula) para assegurar o sucesso da operação de
tamponamento. / [en] Cement plug placement in oil industry operations represents an example of buoyancy-driven exchange flows. This situation is highly unstable since cement is usually denser than well fluid and, as a consequence, their positions tend to invert. The present study aims to improve the perception
of the physical mechanisms associated to cement plug operations through the analysis of exchange flows. To this end, visualization experiments are performed with denser liquid positioned above a lower-density liquid in a vertical tube. In addition, the interface front speed is determined through image processing and analysis. The influence of the governing parameters is investigated on the speed of inversion and flow regime. The first stage of the study consists of conducting experiments with pairs of immiscible Newtonian liquids with small density difference. Two different flow regimes were examined, namely, falling drops and falling slugs. Experimental results demonstrate that the terminal velocity can be estimated by empirical
correlations for falling rigid spheres within a tube. The second stage of the research consists of an exchange flow analysis considering an elastoviscoplastic thixotropic fluid above a less dense Newtonian oil. Three different flow regimes were observed, namely unstable, quasi-stable, and stable (no flow). The unstable regime is a wavy core-annular flow with the denser liquid in the core. In the quasi-stable regime a slow plug flow starts after a time delay, which is a function of material thixotropic and elastic effects.
Through analysis of the experimental results it is possible to identify, for a given pair of fluids, the operational window in the governing parameter space within which the speed of inversion is sufficiently low (or zero) to ensure the cement plug operation success.
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