Durante a década de 90 diversos trabalhos surgiram com o objetivo de investigar a localização de estados quânticos. No contexto da eletrodinâmica quântica de cavidades é possível localizar estados não clássicos de um dado campo externo aplicado ao sistema, uma cavidade preenchida com um material não linear inicialmente preparada no estado de vácuo. Baseado em tal cenário, propomos uma técnica de localização de estados vibracionais de um íon armadilhado. Para isso, considera-se um íon armadilhado em um potencial confinante cujos graus de liberdade vibracionais e os níveis eletrônicos do íon são acoplados por meio de um laser. Uma vez gerada a interação, faz-se uso da técnica de engenharia de reservatórios a fim de obtermos uma equação mestra na qual haja uma dinâmica emissiva e absortiva, ambas artificiais, promovidas por liouvillianos engenheirados, obtidos utilizando o sistema auxiliar (níveis internos do íon). Decorre-se disso uma dinâmica efetiva, já que a emissão espontânea é sempre presente. Sob um certo regime de parâmetros, a competição entre os liouvillianos leva o sistema de interesse para um estado vibracional estacionário caracterizando a localização. A técnica apresentada é mais geral pois mesmo partindo-se de um estado de máxima mistura, a localização é atingida com alta fidelidade em relação ao estado vibracional almejado. O papel exercido pela engenharia de interações para o sucesso da localização é o principal fator motivador deste trabalho. / In the 90s several works arose in order to investigate the localization of quantum states. In the context of quantum electrodynamics of cavities, it is possible to find non-classical states of a given external field applied to the system employing, for instance, a cavity (initially prepared in the vacuum states) filled with a non-linear material. In such scenario, we propose a trapped ion vibrational state localization technique. Consider a trapped ion confined in a potential whose vibrational and electronic degrees of freedom are coupled through two laser fields. Once such interaction is generated, we make use of the reservoir engineering technique in order to obtain a master equation in which there is an artificial dynamics of emission and absorption promoted by engineerined liouvillians obtained by using an auxiliary system (internal ion levels) within an effective dynamics, since the spontaneous emission is always present. Under a certain set of parameters, competition among liouvillians takes the system of interest to a vibrational steady-state featuring localization. The presented technique is interesting because the steady-state is achieved with high fidelity with respect to the desired vibrational state even when starting with highly mixed states. The role presented by the engineered interactions is fundamental for a successful localization and it is the primary motivation of this work.

A significant percentage of computational time in compositional simulations is spent performing flash calculations to determine the equilibrium compositions of hydrocarbon phases in situ. Flash calculations must be done at each time step for each grid block; thus billions of such calculations are possible. It would be very important to reduce the computational time of flash calculations significantly so that more grid blocks or components may be used. In this dissertation, three different methods are developed that yield fast, robust and accurate phase behavior calculations useful for compositional simulation and other applications. The first approach is to express the mixing rule in equations-of-state (EOS) so that a flash calculation is at most a function of six variables, often referred to as reduced parameters, regardless of the number of pseudocomponents. This is done without sacrificing accuracy and with improved robustness compared with the conventional method. This approach is extended for flash calculations with three or more phases. The reduced method is also derived for use in stability analysis, yielding significant speedup. The second approach improves flash calculations when K-values are assumed constant. We developed a new continuous objective function with improved linearity and specified a small window in which the equilibrium compositions must lie. The calculation speed and robustness of the constant K-value flash are significantly improved. This new approach replaces the Rachford-Rice procedure that is embedded in the conventional flash calculations. In the last approach, a limited compositional model for ternary systems is developed using a novel transformation method. In this method, all tie lines in ternary systems are first transformed to a new compositional space where all tie lines are made parallel. The binodal curves in the transformed space are regressed with any accurate function. Equilibrium phase behavior calculations are then done in this transformed space non-iteratively. The compositions in the transformed space are translated back to the actual compositional space. The new method is very fast and robust because no iteration is required and thus always converges even at the critical point because it is a direct method. The implementation of some of these approaches into compositional simulators, for example UTCOMP or GPAS, shows that they are faster than conventional flash calculations, without sacrificing simulation accuracy. For example, the implementation of the transformation method into UTCOMP shows that the new method is more than ten times faster than conventional flash calculations.

This work is concerned with the application of finite difference simulation to modelling the pressure response in partially penetrating oil wells. This has relevance to the oil and hydrology industries where pressure behaviour is used to infer the nature of aquifer or reservoir properties, particularly permeability. In the case of partially penetrating wells, the pressure response carries information regarding the magnitude of permeability in the vertical direction, a parameter that can be difficult to measure by other means and one that has a direct influence on both the total volumes of oil that can be recovered and on the rate of recovery. The derivation of the non-linear differential equations that form the basis for multiphase fluid flow in porous media is reviewed and it is shown how they can be converted into a set of finite difference equations. Techniques used to solve these equations are explained, with particular emphasis on the approach followed by the commercial simulation package used in this study. This involves use of Newton's method to linearize the equations followed by application of a pre-conditioned successive minimization technique to solve the resulting linear equations. Finite difference simulation is applied to a hypothetical problem of solving pressure response in a partially penetrating well in an homogenous but anisotropic medium and the results compared with those from analytical solutions. Differences between the results are resolved, demonstrating that the required level of accuracy can be achieved through selective use of sufficiently small grid blocks and time-steps. Residual discrepancies with some of the analytical methods can be traced to differences in the boundary conditions used in their derivation. The simulation method is applied to matching a complex real-life well test with vertical and lateral variation in properties (including fluid saturation). An accurate match can be achieved through judicious adjustment of the problem parameters with the proviso that the vertical permeability needs to be high. This suggests that the recovery mechanism in the oil field concerned can be expected to be highly efficient, something that has recently been confirmed by production results. / Thesis (M.Sc.)-University of Natal, Pietermaritzburg, 2002.

Waste stabilisation ponds (WSP) are an important wastewater treatment technology used by thousands of communities around the world. Unfortunately, phosphorus removal in WSP is generally low and inconsistent. The aim of this work was to investigate biological phosphorus removal by microalgae in WSP. Luxury uptake of phosphorus, which is the accumulation of polyphosphate, is known to occur in microalgae in natural systems such as lakes; however, this mechanism has not previously been studied under WSP conditions. Three methods were used in the laboratory to investigate luxury uptake and it was shown for the first time that luxury uptake of phosphorus can occur in microalgae under typical WSP conditions. Acid-insoluble polyphosphate (AISP) is a form of phosphorus storage and acid soluble polyphosphate (ASP) is used for synthesis of cellular constituents. However, the findings of this thesis indicate that ASP may also act as a form of short term storage. The environmental factors influencing luxury uptake were investigated using laboratory experiments conducted under controlled conditions. The key environmental factors were the phosphate concentration in the wastewater, light intensity and temperature. A higher phosphate concentration increased the amount of ASP accumulation and also resulted in AISP being stored within the cells instead of being consumed for growth. Higher light intensity increased ASP accumulation, but as a consequence of elevated growth, the ASP was rapidly consumed. Temperature influenced the rate of AISP accumulation and little if any was accumulated at low temperatures. The fate of polyphosphate in the sludge layer was also studied and it was shown that polyphosphate was degraded resulting in phosphate release. Therefore, to maximise phosphorus removal the microalgae needs to be harvested. Field work showed that at times the biomass contained almost four times the amount of phosphorus required for growth which confirms that luxury uptake does indeed occur in full-scale WSP. To improve phosphorus removal in WSP both luxury uptake and the biomass concentration need to be maximised simultaneously. With this new understanding of biological phosphorus removal in WSP and the key environmental factors required it may be possible to develop a new phosphorus removal process utilising luxury uptake by microalgae.

Thesis (Ph. D.). UM #74-17,941. / Title from document title page. Includes bibliographical references. Available in PDF format via the World Wide Web.

Durante a década de 90 diversos trabalhos surgiram com o objetivo de investigar a localização de estados quânticos. No contexto da eletrodinâmica quântica de cavidades é possível localizar estados não clássicos de um dado campo externo aplicado ao sistema, uma cavidade preenchida com um material não linear inicialmente preparada no estado de vácuo. Baseado em tal cenário, propomos uma técnica de localização de estados vibracionais de um íon armadilhado. Para isso, considera-se um íon armadilhado em um potencial confinante cujos graus de liberdade vibracionais e os níveis eletrônicos do íon são acoplados por meio de um laser. Uma vez gerada a interação, faz-se uso da técnica de engenharia de reservatórios a fim de obtermos uma equação mestra na qual haja uma dinâmica emissiva e absortiva, ambas artificiais, promovidas por liouvillianos engenheirados, obtidos utilizando o sistema auxiliar (níveis internos do íon). Decorre-se disso uma dinâmica efetiva, já que a emissão espontânea é sempre presente. Sob um certo regime de parâmetros, a competição entre os liouvillianos leva o sistema de interesse para um estado vibracional estacionário caracterizando a localização. A técnica apresentada é mais geral pois mesmo partindo-se de um estado de máxima mistura, a localização é atingida com alta fidelidade em relação ao estado vibracional almejado. O papel exercido pela engenharia de interações para o sucesso da localização é o principal fator motivador deste trabalho. / In the 90s several works arose in order to investigate the localization of quantum states. In the context of quantum electrodynamics of cavities, it is possible to find non-classical states of a given external field applied to the system employing, for instance, a cavity (initially prepared in the vacuum states) filled with a non-linear material. In such scenario, we propose a trapped ion vibrational state localization technique. Consider a trapped ion confined in a potential whose vibrational and electronic degrees of freedom are coupled through two laser fields. Once such interaction is generated, we make use of the reservoir engineering technique in order to obtain a master equation in which there is an artificial dynamics of emission and absorption promoted by engineerined liouvillians obtained by using an auxiliary system (internal ion levels) within an effective dynamics, since the spontaneous emission is always present. Under a certain set of parameters, competition among liouvillians takes the system of interest to a vibrational steady-state featuring localization. The presented technique is interesting because the steady-state is achieved with high fidelity with respect to the desired vibrational state even when starting with highly mixed states. The role presented by the engineered interactions is fundamental for a successful localization and it is the primary motivation of this work.

Orientador: Denis Jose Schiozer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-12T22:36:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_OdairJose_M.pdf: 3077427 bytes, checksum: 9a5e85d5b3ea4c69fdd9a468b62a50de (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A reinjeção de água produzida é um método muito utilizado para descarte de água e para suporte de pressão e energia do reservatório. Um problema comum da reinjeção é a perda de injetividade, que prejudica o processo e impede a operação em níveis ótimos de injeção. A perda de injetividade pode ser minimizada pela injeção de água com pressão acima da pressão de fratura do reservatório (IPF), que procura restaurar a capacidade de injeção. Para estudar este processo, um simulador geomecânico para modelagem da fratura é combinado com um simulador numérico de reservatórios para modelar e otimizar a condição de operação dos poços injetores. A fratura é representada por um poço horizontal virtual, de forma conjunta com formulações analíticas de declínio hiperbólico de permeabilidade, para representar o efeito do dano de formação. O objetivo do trabalho é estudar alguns casos para verificar em quais situações a IPF é conveniente. O modelo de simulação estudado foi um reservatório sintético com um arranjo de drenagem de cinco pontos invertido representando uma parte de um reservatório. Foram considerados três cenários, onde a variação foi o tipo de óleo empregado (leve, intermediário e pesado). Estes cenários foram elaborados com a finalidade de representar algumas possíveis situações que podem ocorrer em um campo real, onde a pressão de iniciação de fratura pode ser atingida pelo efeito da perda de injetividade ou devido às propriedades rocha-fluido. O desempenho da IPF foi avaliado utilizando o valor presente líquido (VPL) e produções acumuladas de óleo e água. Os resultados mostraram que o estudo da IPF pode ser considerado como parte de um processo de otimização de vazão de injeção, onde a fratura pode ou não ocorrer. Mostra-se que a IPF, em geral, antecipa a produção de óleo para os casos de viscosidade intermediária e alta, tornando o método bastante vantajoso, embora com maior produção de água. Já estudos com óleo leve indicam que a técnica só é interessante quando houver significativa perda de injetividade, onde a IPF serve como reparadora da injetividade / Abstract: Produced water re-injection is a valuable method of water disposal and pressure and energy support. A common water re-injection problem is the injectivity loss, which affects negatively the process and restrains optimal water injection rates. The injectivity loss can be minimized by water injection with fracture propagation pressure (IFPP), which aims to restore injection capacity. To study this process, a geo-mechanical simulator for fracture modeling combined with a commercial reservoir simulation package is used to model and to optimize the operation condition of water injection wells. The fracture is represented by a virtual horizontal well and analytical formulations of hyperbolic decline of permeability are used to represent the effect of formation damage. This work aims the study of some cases to verify in which situations the IFPP is convenient. The simulation model studied is a synthetic reservoir with a five-spot pattern, representing a region of a reservoir. Three scenarios are considered, with different oil types (light, intermediate and heavy). These scenarios are proposed to reproduce some possible situations, where fracture pressure can be reached by the effect of the injectivity loss or due to rock and fluid characteristics. The behavior of the IFPP is evaluated using the net present value (NPV) and cumulative oil and water productions. The results showed that the IFPP study can be considered as part of an optimization problem of injection flow, where the fracture may occur. It is shown that IFPP, in general, presents advantages for intermediate and high viscosity oil because it anticipates oil production. Studies with light oil indicate that the technique is only interesting when there is significant injectivity loss, where IFPP is desirable for injectivity restoration / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientadores: Denis Jose Schiozer, Celio Maschio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-14T07:27:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ida_Mauro_M.pdf: 14939670 bytes, checksum: 3bac33f4177c36ec35c53933f345273b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Boas decisões no gerenciamento de um campo de petróleo em produção dependem fortemente da confiabilidade da previsão de produção que demanda um modelo de escoamento que reproduza com boa precisão o histórico de produção. Devido à complexidade do processo de ajuste de histórico de produção, vários modelos podem resultar em ajustes aceitáveis, porém ainda com incertezas na previsão de produção, principalmente pelo fato de existirem algumas heterogeneidades de grande impacto não observadas na fase de caracterização do modelo. Para reduzir as incertezas, surgiu a tecnologia de sísmica 4D que a partir de análises qualitativas permite identificar frentes de saturação de água, resultando em grandes avanços na caracterização do reservatório e, conseqüentemente, no ajuste de histórico. Apesar de muito útil, em alguns casos podem levar a interpretações equivocadas, sendo necessário um procedimento adicional para o uso da informação dessa tecnologia. O objetivo principal deste trabalho é propor uma metodologia que utiliza simultaneamente os dados de produção e quantitativamente a impedância acústica da sísmica 4D para identificar as heterogeneidades do reservatório visando melhorar a qualidade do ajuste de histórico. A metodologia proposta consiste de duas etapas principais: parametrização e otimização com algoritmo genético. A validação da metodologia proposta foi realizada num modelo bidimensional five-spot com duas falhas geológicas e um canal de alta permeabilidade e a aplicação foi realizada num modelo modificado do Campo de Namorado com as seguintes características: total de 44 poços, uma falha geológica e um canal de alta permeabilidade. Em todos os modelos, foram constatados ganhos de qualidade no ajuste de histórico proporcionado pela incorporação quantitativa da sísmica 4D. / Abstract: Good decision making related to oilfield management depends on reliability of production forecast which demands calibrated reservoir simulation models. Due to the complexity of the production history matching process, there are many models with reasonable match but, many times, with different forecasts, mainly due to important heterogeneities that are not observed during the reservoir characterization phase. In order to reduce this uncertainty, a new technology named 4D seismic became available which uses quantitative analysis to identify water saturation front resulting in huge advance in reservoir characterization and consequently in history matching. Although this technology is very useful, in some cases, it can result in mistaken interpretation and it needs additional work to use this technology. The main objective of this work is to propose a methodology to use production data and quantitatively acoustic impedance from 4D seismic to identify reservoir heterogeneities to increase the quality of the history matching. The methodology proposed is divided in two main steps: parametrization and optimization with genetic algorithm. The validation of methodology proposed was done in a simple synthetic model and the application was done in the Namorado Field, modified with one geological fault and one channel with high permeability. / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Denis Jose Schiozer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-14T08:35:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nogueira_PedrodeBrito_M.pdf: 5381292 bytes, checksum: 7daa3a9850818d7643ba69731ca167f2 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Os altos níveis de incerteza e riscos associados a projetos de exploração e produção de alguns campos de petróleo sugerem a utilização de estratégias de produção otimizadas probabilisticamente. Desta forma, uma estratégia de produção adequada deve ser selecionada considerando vários cenários econômicos e geológicos. Neste trabalho, uma nova abordagem para otimização é proposta onde a estratégia de produção é otimizada simultaneamente em todos os cenários econômicos e modelos geológicos representativos (MGR) considerados. Diferentemente das metodologias convencionais de otimização, onde os valores presentes líquidos das estratégias são otimizados independentemente para cada MGR considerando um único cenário econômico, esta nova abordagem considera todos os MGR e cenários econômicos adotados simultaneamente. Isto permite disponibilizar mais informações a respeito do desempenho da estratégia nos diversos cenários permitindo que se realize uma melhor tomada de decisão. Além disso, a estratégia de produção definida pela abordagem proposta tende a ser mais adaptável às incertezas geológicas e econômicas. Contudo, geralmente, uma complexa superfície de resposta é gerada no processo de otimização da quantidade e posicionamento dos poços. O elevado potencial de geração de valores extremos locais justifica a utilização de técnicas robustas de busca como os algoritmos genéticos. Neste caso, o espaço solução é mais bem explorado conduzindo a resultados mais confiáveis. Entretanto, técnicas de busca dispersas tendem a ser mais caras computacionalmente que técnicas baseadas no cálculo dos gradientes da função-objetivo. Neste trabalho é proposta uma metodologia de otimização probabilística de estratégias de produção baseadas em algoritmos genéticos que visa reduzir o número de simulações necessárias para maximizar o valor monetário esperado. A idéia principal é controlar o tamanho do espaço solução através de uma representação cromossômica apropriada e implementar etapas específicas de otimização, otimizando todos os MGR para todos os cenários econômicos considerados simultaneamente através de uma técnica de simulação desenvolvida com este propósito. O presente trabalho visa dar uma abordagem mais rigorosa às incertezas que as metodologias geralmente utilizadas conduzindo a melhores resultados e permitindo que se realize uma análise completa dos impactos das incertezas geológicas e econômicas. Além disso, este trabalho pretende propiciar um avanço com relação à redução do número de simulações necessárias para se otimizar uma estratégia de produção através de algoritmo genético conduzindo a resultados mais rápidos permitindo dar dinâmica ao processo decisório. / Abstract: High levels of uncertainty and associated risks in the exploration and production of some oil fields suggest the use of probabilistic optimized production strategies. Therefore, an appropriate production strategy should be chosen considering various geological and economic scenarios. In this work, a new approach for the optimization is proposed where the production strategy is optimized for selected geological representative models (GRM) and under selected economic scenarios simultaneously. Differently from conventional optimization methodologies where each representative geological model has a net present value (NPV) optimized under a specific economic model, this new approach considers all alternatives simultaneously, providing more information about the production performance of all scenarios, allowing a better decision-making process. Moreover, production strategy defined by the new approach tends to be more adaptable to geological and economic uncertainties. However, in the optimization process of wells quantity and placement, a very complex topology is normally produced. The potential of generation of local extreme values is high, therefore, it is appropriate to employ a robust search technique such as genetic algorithms. In this case, the solution space is better explored, yielding more confident results. However, random based techniques tend to be more expensive computationally than gradient based techniques. In this work, a methodology is proposed for production strategy optimization under uncertainties, based on genetic algorithms, that aims to reduce the number of simulations necessary to maximize the expected monetary value (EMV). The main idea is to control the size of the solution space through an appropriated conception of chromosomes structures and the implementation of specifics optimizations stages optimizing every GRM for every economic scenario simultaneously through a simulation technical developed for this purpose. The present work aims to provide an improvement with respect to uncertainty handling of the conventional optimization methodologies, yielding better results and providing a complete analysis of geological and economic uncertainties. Moreover, its intends to provide an advance with respect to the number of simulations necessary to optimize a production strategy through genetic algorithms, yielding faster results, speeding up the decision-making process. / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Osvair Vidal Trevisan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-15T14:40:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RibeiroJunior_GuilhermeBlaitterman_M.pdf: 3933004 bytes, checksum: 61894f4b90ecb88d0e0c7b05a71ab1ad (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Como as reservas mundiais de óleo leve estão decrescendo continuamente, campos de óleos pesados podem se tornar uma fonte relevante de energia em um futuro próximo. Combustão "In- Situ" (CIS) é uma promissora técnica de recuperação para este tipo de hidrocarboneto, todavia, complexa de se implementar. Tubos de combustão em escala laboratorial e simulações numéricas são essenciais para o dimensionamento de projetos de campo. Este trabalho relata a modelagem numérica de dois experimentos efetuados em escala de laboratório de processos de CIS com um óleo com 12,8º API advindo de um campo candidato para um projeto piloto no Brasil. O estudo numérico foi desenvolvido utilizando o software comercial da CMG, STARS. O objetivo foi analisar o processo, para um modelo físico correspondente ao tubo de combustão utilizado. O modelo de fluido foi ajustado através de um software comercial para um total de sete componentes, óleo pesado, óleo leve, CO2, O2, N2, H2O e coque. Dois processos de combustão foram investigados, o primeiro é o modelo clássico descrito pelo STARS da CMG e o segundo é baseado no modelo de Marín (2007), constituído de frações SARA (saturados, aromáticos, resinas e asfalteno). Os resultados numéricos foram ajustados de acordo com os dados obtidos do experimento. As conclusões sobre este estudo se referem às influências de cada variável sobre o processo global de CIS, em especial a energia de ativação e a entalpia de reação. Além disso, conclui-se que o modelo de fluido e o modelo de reações são fundamentais no ajuste de histórico, assim como a presença de reações sob altas temperaturas são imprescindíveis para se predizer o deslocamento e comportamento da frente de combustão. / Abstract: As the world reserves of light oil steadily decreases, heavy oil and tar sands resources may be an important source of energy. In situ combustion (ISC) is a promising recovery technique for this type of hydrocarbon, otherwise difficult to produce. Combustion tube laboratory experiments and numerical simulations are essential for the design of field projects. This work reports a numeric modeling of two experiments carried out under laboratory scale of in situ combustion process with a 12.8 ºAPI crude from a field candidate to a pilot project in Brazil. The numerical study was developed using the CMG commercial simulator, STARS. The aim was to analyze the process of the physical model corresponding to the combustion tube used. The fluid model was adjusted by a commercial software to a total of 7 components; heavy oil, light oil, CO2, O2, N2, H2O and coke. Two reactions model were analyzed; one is based on the classic combustion model presented by STARS and the other is based on the reactions model proposed by Marín (2007), made up of SARA (saturates, aromatics, resins, and asphaltenes) fractions. The numerical results were history matched to the data derived from the experiment. The important findings in this study were the influences of each variable on the overall ISC process, specifically the activation energy and the enthalpy reaction. It was concluded that the fluid model and the reaction model are key in the history matching task, as well as, the reactions under high temperatures are fundamental to model the combustion front displacement and behavior. / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo