A genetic neuro-model reference adaptive controller for petroleum wells drilling operations

Motivated by rising drilling operation costs, the oil industry has shown a trend towards real-time measurements and control. In this scenario, drilling control becomes a challenging problem for the industry, especially due to the difficulty associated to parameters modeling. One of the drill-bit performance evaluators, the Rate of Penetration (ROP), has been used in the literature as a drilling control parameter. However, the relationships between the operational variables affecting the ROP are complex and not easily modeled. This work presents a neuro-genetic adaptive controller to treat this problem. It is based on the Auto-Regressive with Extra Input Signals model, or ARX model, to accomplish the system identification and on a Genetic Algorithm (GA) to provide a robust control for the ROP. Results of simulations run over a real offshore oil field data, consisted of seven wells drilled with equal diameter bits, are provided. © 2006 IEEE.

Heuristic algorithm to solve the short term transmission network expansion planning

In this paper, a method for solving the short term transmission network expansion planning problem is presented. This is a very complex mixed integer nonlinear programming problem that presents a combinatorial explosion in the search space. In order to And a solution of excellent quality for this problem, a constructive heuristic algorithm is presented in this paper. In each step of the algorithm, a sensitivity index is used to add a circuit (transmission line or transformer) or a capacitor bank (fixed or variable) to the system. This sensitivity index is obtained solving the problem considering the numbers of circuits and capacitors banks to be added (relaxed problem), as continuous variables. The relaxed problem is a large and complex nonlinear programming and was solved through a higher order interior point method. The paper shows results of several tests that were performed using three well-known electric energy systems in order to show the possibility and the advantages of using the AC model. ©2007 IEEE.

The influence of the mixing time in the rheological behavior of cement pastes

Rheology has the purpose to study the flux and deformation of materials when submitted to some tension or outer mechanical solicitation. In practice, the effective scientific field broached by rheology is restricted only to the study of homogeneous fluids behavior, in which are included eminent liquids, particles suspensions, and emulsions. The viscosity (η) and the yield stress (τ 0) are the two basic values that define the fluids' behavior. The first one is the proportionality constant that relates the shear rate (γ) with the shear stress (τ) applied, while the second indicates the minimal tension for the flowage beginning. The fluids that obey the Newton's relation - Newtonians fluids - display the constant viscosity and the null yield stress. It's the case of diluted suspensions and grate amount of the pure liquids (water, acetone, alcohol, etc.) in which the viscosity is an intrinsic characteristic that depends on temperature and, in a less significant way, pressure. The suspension, titled Cement Paste, is defined as being a mixture of water and cement with, or without, a superplasticizer additive. The cement paste has a non-Newtonian fluid behavior (pseudoplastic), showing a viscosity that varies in accord to the applied shear stress and significant deformations are obtained from a delimited yield stress. In some cases, systems can also manifest the influence of chemical additives used to modify the interactions fluid/particles, besides the introduced modifications by the presence of incorporated air. To the cement paste the rheometric rehearsals were made using the rheometer R/S Brookfield that controls shear stress and shear rate in accord to the rheological model of Herschel-Bulkley that seems to better adapt to this kind of suspension's behavior. This paper shows the results of rheometrical rehearsals on the cement paste that were produced with cements HOLCIM MC-20 RS and CPV-ARI RS with the addition of superplasticizer additives based of napthaline and polycarboxilate, with and without a constant agitation of the mixture. The obtainment of dosages of superplasticizer additives, as well as the water/cement ratio, at the cement at the fluidify rate determination, was done in a total of 12 different mixtures. It's observed that the rheological parameters seem to vary according to the cement type, the superplasticizer type, and the methodology applied at the fluidity rate determination.

Construção de um modelo experimental simulando condições de perfilagem de indução

A ferramenta de indução tem sido, desde 1949, largamente utilizada na prospecção de petróleo pois auxilia na localização de formações que contém hidrocarbonetos. Ainda existem, porém, várias restrições quanto ao uso deste equipamento. Camadas excessivamente finas, poços preenchidos com lamas muito condutivas e grandes diâmetros de invasão são exemplos de situações onde seu desempenho não é bom. Para que se possa minimizar estas limitações é necessário o conhecimento da resposta da sonda diante de condições conhecidas. Isto pode ser feito via modelamento analógico e/ou através de modelamento numérico. O presente trabalho consiste na montagem de um sistema de modelamento analógico capaz de simular o perfil de duas bobinas coaxiais frente a meios infinitos e camadas espessas invadidas. O meio geológico é representado através de solução salina de diferentes condutividades. O fator de escala linear é igual a 20 e o equipamento executa medidas na faixa dos 50 kHz aos 100 kHz. Este sistema será utilizado em futuros estudos envolvendo disposições de bobinas diferentes das normalmente utilizadas e em estudos de outros problemas encontrados na perfilagem de indução.

Eletroresistividade aplicada à caracterização hidrogeológica para o abastecimento da cidade de São Domingos do Araguaia-Pará

O uso de métodos geofísicos (elétricos, eletromagnéticos e perfilagem de poço) na prospecção de água subterrânea em muitas localidades no Estado do Pará, tornou-se possível graças a um convênio firmado em 1988, entre a Fundação Nacional de Saúde e a Universidade Federal do Pará, através do Departamento de Geofísica e do Curso de Pós-Graduação em Geofísica, sendo estes responsáveis pelo estudo técnico das áreas prospectadas. Nosso objetivo nesta tese é contribuir com critérios geoelétricos, com base na utilização de dados de resistividade aparente (p_a), medidos em superfície, visando melhorar a caracterização do quadro geológico de subsuperfície e por conseguinte prover informações mais confiáveis quanto aos recursos dos mananciais subterrâneos. Inicialmente, analisamos a influência que algumas estruturas 2D, em subsuperfície, tem sobre os dados de eletroresistividade, medidos em Sondagens Elétricas Verticais (SEVs), com o arranjo Schlumberger. Este estudo foi realizado através de simulações numéricas utilizando o programa computacional SEV2D desenvolvido no Departamento de Geofísica, baseado na técnica dos elementos finitos. Resultados mostram ambiguidades geradas pelo uso de métodos de interpretação 1D de SEVs, executados em ambientes geológicos de características bidimensionais. A parte prática da tese se constituiu no tratamento interpretativo de dados de eletroresistividade coletados na sede do município de São Domingos do Araguaia, cidade localizada na região sudeste do Estado do Pará. A aquisição deste dados se deu através de SEVs, utilizando o arranjo Schlumberger. Correlacionando os resultados das interpretações geofísicas com informações geológicas foi possível definir um quadro geológico para a área que serve como referência para a prospecção de água subterrânea na referida cidade.

Estudo da resposta de perfilagem de indução de camadas finas com diferentes arranjos de bobinas: modelamento analógico

Objetivando contribuir para a melhoria da resolução vertical das sondas de indução, utilizando arranjos de bobinas não-convencionais, fizemos um estudo comparativo das respostas obtidas com os arranjos coaxial e coplanar, através do modelamento analógico em escala reduzida. Construímos sondas de indução com um par de bobinas, bem como modelos geoelétricos que simulam seqüências litoestratigráficas formadas por camadas tanto espessas como delgadas, com ou sem invasão de fluidos, utilizando um fator de redução de escala igual a 20. O sistema de instrumentação nos permitiu medições da razão entre o campo secundário com relação ao primário na ordem de 0,01 %. Analisando os perfis obtidos com ambos os arranjos, coaxial e coplanar, chegamos a conclusão que: • quando se refere a camadas delgadas de condutividade elétrica relativamente elevadas, como é o caso de níveis argilíticos num pacote arenítico contendo hidrocarbonetos, o arranjo de bobinas coaxial é visivelmente superior ao coplanar, no que se refere ao posicionamento e estimativa das espessuras destas finas camadas; • por outro lado, quando se trata de camadas delgadas de condutividade relativamente baixa, como é o caso de lentes areníticas saturadas em hidrocarbonetos num pacote de folhelho, verificamos que o arranjo coplanar apresenta uma resolução vertical sensivelmente melhor, tanto para camadas finas quanto para as de maior espessura; • o efeito de camadas adjacentes (shoulder effect) se apresenta bem mais acentuado nos perfis obtidos com o arranjo coaxial; • o arranjo coplanar apresenta uma melhor definição de bordas para as camadas espessas. Entretanto, em camadas de menor espessura, o arranjo coplanar perde aquela ligeira oscilação do sinal que posiciona as interfaces de contato entre camadas.

Interpretação do gráfico de Hingle através de rede competitiva angular

A saturação de água é a principal propriedade petrofísica para a avaliação de reservatórios de hidrocarbonetos, pois através da análise dos seus valores é definida a destinação final do poço recém perfurado, como produtor ou poço seco. O cálculo da saturação de água para as formações limpas é, comumente, realizado a partir da equação de Archie, que envolve a determinação da resistividade da zona virgem, obtida a partir de um perfil de resistividade profunda e o cálculo de porosidade da rocha, obtida a partir dos perfis de porosidade. A equação de Archie envolve ainda, a determinação da resistividade da água de formação, que normalmente necessita de definição local e correção para a profundidade da formação e da adoção de valores convenientes para os coeficientes de Archie. Um dos métodos mais tradicionais da geofísica de poço para o cálculo da saturação de água é o método de Hingle, particularmente útil nas situações de desconhecimento da resistividade da água de formação. O método de Hingle estabelece uma forma linear para a equação de Archie, a partir dos perfis de resistividade e porosidade e a representa na forma gráfica, como a reta da água ou dos pontos, no gráfico de Hingle, com saturação de água unitária e o valor da resistividade da água de formação é obtido a partir da inclinação da reta da água. Independente do desenvolvimento tecnológico das ferramentas de perfilagem e dos computadores digitais, o geofísico, ainda hoje, se vê obrigado a realizar a interpretação de ábacos ou gráficos, sujeito a ocorrência de erros derivados da sua acuidade visual. Com o objetivo de mitigar a ocorrência deste tipo de erro e produzir uma primeira aproximação para a saturação de água em tempo real de perfilagem do poço, insere-se o trabalho apresentado nesta dissertação, com a utilização de uma conveniente arquitetura de rede neural artificial, a rede competitiva angular, capaz de identificar a localização da reta da água, a partir da identificação de padrões angulares presentes nos dados dos perfis de porosidade e resistividade representados no gráfico de Hingle. A avaliação desta metodologia é realizada sobre dados sintéticos, que satisfazem integralmente a equação de Archie, e sobre dados reais.

Inversão em geofísica de poço: um estudo sobre ambiguidade

A ambiguidade na inversão de dados de geofísica de poço é estudada através da análise fatorial Q-modal. Este método é baseado na análise de um número finito de soluções aceitáveis, que são ordenadas, no espaço de soluções, segundo a direção de maior ambiguidade. A análise da variação dos parâmetros ao longo dessas soluções ordenadas permite caracterizar aqueles que são mais influentes na ambiguidade. Como a análise Q-modal é baseada na determinação de uma região de ambiguidade, obtida de modo empírico a partir de um número finito de soluções aceitáveis, é possível analisar a ambiguidade devida não só a erros nas observações, como também a pequenos erros no modelo interpretativo. Além disso, a análise pode ser aplicada mesmo quando os modelos interpretativos ou a relação entre os parâmetros não são lineares. A análise fatorial é feita utilizando-se dados sintéticos, e então comparada com a análise por decomposição em valores singulares, mostrando-se mais eficaz, uma vez que requer premissas menos restritivas, permitindo, desse modo, caracterizar a ambiguidade de modo mais realístico. A partir da determinação dos parâmetros com maior influência na ambiguidade do modelo é possível reparametrizá-lo, agrupando-os em um único parâmetro, redefinindo assim o modelo interpretativo. Apesar desta reparametrização incorrer na perda de resolução dos parâmetros agrupados, o novo modelo tem sua ambiguidade bastante reduzida.

Mapeamento de aquíferos na cidade de Manaus (AM) utilizando perfilagem geofísica de poço e sondagem elétrica vertical

O sistema de águas subterrâneas vigentes na cidade de Manaus (AM) é pertencente ao Aqüífero Alter do Chão, o qual é caracterizado por fácies sedimentares arenosa, argilosa, areno-argilosa e “Arenito Manaus” depositadas em ambiente fluvial e flúvio-deltáico. Estima-se que 32.500 km³ de água possam ser explorados, fornecendo poços confinados a semiconfinados com vazão de até 300 m³/h em poços de aproximadamente 220 m de profundidade. Grandes distorções, contudo, têm sido notadas, Manaus, em foco neste trabalho, tem poços com baixo rendimento (de 78 m³/h), devido à má colocação de filtros em conseqüência da falta de informações sobre os aqüíferos. Através do uso integrado de perfilagem geofísica de poço (perfis de raio gama, de potencial espontâneo e de resistência elétrica), sondagem elétrica vertical e informações litológicas de amostragem de calha, mapearam-se camadas litológicas permo-porosas com elevado potencial aqüífero nas zonas norte e leste da cidade de Manaus. Foram identificadas duas zonas aqüíferas. A primeira zona é marcada pelos 50 m iniciais de profundidade. Nesta zona distinguem-se três tipos de litologias: argilosa, arenosa e areno-argilosa com as mais variadas dimensões. Estas duas últimas litologias apresentam elevado potencial aqüífero. Mesmo assim, nesta zona não há tendência a conter um volume de água considerável, devido à limitada continuidade lateral dos corpos arenosos e estar sujeita aos estorvos antrópicos superficiais. Portanto, não indicada para explotação de água em grandes quantidades. A segunda zona se estende a partir dos 50 m até aproximadamente 290 m de profundidade. É caracterizada por dois tipos de litologias: arenosa e areno-argilosa. Ao contrário da primeira, a esta profundidade há propensão do armazenamento e exploração de água. Apresenta litologias com elevado potencial aqüífero, cujos corpos arenosos são mais espessos e possuem uma maior continuidade lateral que os da zona 1; e valores da veza o de quase 300 m³/h. Serve, então, para abastecimento público por causa das boas vazões, garantia de água de boa qualidade protegida de ações antrópicas. A análise feita quanto à variação lateral, em mapas, de resistência transversal e condutância longitudinal, revelou que nas porções inferiores a 50 m de profundidade os setores NE e SW correspondem às zonas permeáveis. Portanto, possuem menos faixas argilosas, sendo considerados os setores mais transmissivos do sistema aqüífero. Os poços com profundidade maiores que 50 m recomenda-se sua locações nas faixas NNW, SW e extremo sul, em virtude dos resultados obtidos através da perfilagens geofísicas de poços, as quais delineiam camadas permo-porosas de elevado potencial aquífero para a área estudada.

Uma arquitetura multiagente para sistemas de supervisão e controle de processos

Pós-graduação em Ciência da Computação - IBILCE

Estudo do comportamento em fadiga de uma chapa de aço microligado, grau API 5L X70

In engineering, for correct designing the structural components required for cyclical stresses, it is necessary to determine a limit of resistance to fatigue, which is the maximum amplitude of the applied tension under which the fatigue failure does not occurs after a certain number cycles. The marine environment is hostile, not only by the high pressure, corrosion, but also by low temperatures. Petrol Production units, composed of the risers (pipelines connecting the oil well to the ship), are dimensioned to remain installed for periods of 20 up to 30 years, and must therefore be prepared to support various efforts, such as tidal, wind currents and everything that is related. This paper focuses on a study on the fatigue behavior of microalloyed steel, API 5L Grade X70, used to transport oil and gas by pipelines. For analysis, we obtained the curves S-N (stress vs. number of cycles) using laboratory data collected from cylindrical longitudinal and transverse specimens used in axial fatigue test in accordance with ASTM E466. The tensile tests and microhardness were performed to characterize the mechanical properties of the samples, and it was found that the values meet the specifications of the standard API 5L. To characterize microstructurally the material, it was also made a metallographic analysis of the steel under study, and the origin of the fatigue crack was investigated with the support of a scanning electron microscope (SEM).

Estudo da tecnologia e processos de extração em poços de petróleo

The analysis of the extraction process in oil wells is presented exploring the challenges to the effectiveness of the procedure is shown step by step in the process. There is an analysis of the major tools and equipment needed in the drilling process, promoting the understanding of the challenges in the pre-salt layers, compared to conventional processes. The work is reinforced through studies of the influence of the corrosive compared not corrosive environment in drill strings

Estudo do comportamento em fadiga de um tubo de aço microligado, grau API 5L X70

This work focuses on a study on the fatigue behavior of a microalloyed steel API 5L X70, used in pipes lines to transport oil and gas. These types of steels have excellent mechanical resistance values and ductility and therefore increased their study driven by increased demand for oil and especially natural gas, which consequently raises the need to build new pipelines to transport these products. The oil extraction units, composed of the risers (pipelines connecting the oil well to the ship), are dimensioned to remain installed for periods of 20 to 30 years in the marine environment, a hostile environment for high pressure, corrosion, low temperatures and the stresses caused by the movement of water and tides. For analysis, the S-N (stress versus number of cycles) curves were obtained from data collected from bodies-of-proof cylindrical longitudinal, transverse and that one removed from the weld area of the pipe, tested in accordance with ASTM E466. Tensile tests were performed for characterizing the mechanical properties of the samples and welded joints, concluded that the values meet the specifications of the standard API 5L. To characterize microstructural material, also metallographic analysis was made of regions of the base metal and the HAZ. The results of fatigue tests demonstrated a higher life for the specimens removed from the longitudinal direction the pipe, followed by those in the transverse direction and, finally, the welded joint. The origins of the fatigue cracks were determined by scanning electron microscopy (SEM)

Tank experiments with borehole self-potential data

Despite their importance in the evaluation of petroleum and gas reservoirs, measurements of self-potential data under borehole conditions (well-logging) have found only minor applications in aquifer and waste-site characterization. This can be attributed to lower signals from the diffusion fronts in near-surface environments because measurements are made long after the drilling of the well, when concentration fronts are already disappearing. Proportionally higher signals arise from streaming potentials that prevent using simple interpretation models that assume signals from diffusion only. Our laboratory experiments found that dual-source self-potential signals can be described by a simple linear model, and that contributions (from diffusion and streaming potentials) can be isolated by slightly perturbing the borehole conditions. Perturbations are applied either by changing the concentration of the borehole-filling solution or its column height. Parameters useful for formation evaluation can be estimated from data measured during perturbations, namely, pore water resistivity, pressure drop across the borehole wall, and electrokinetic coupling parameter. These are important parameters to assess, respectively, water quality, aquifer lateral continuity, and interfacial properties of permeable formations.

An Isopach Map and Discussion of Triassic Strata in Southern Montana and Wyoming

Oil and gas have been found in the Triassic strata of Wyoming. Although the Triassic has not as yet proven to be a large producing horizon it is very probable that ad­ditional oil will be found in Triassic strata in the future, and it is one of the goals at which oil well drillers aim their tools.