Uma aplicação da apredizagem por reforço na otimização da produção em um campo de petróleo

The objective of reservoir engineering is to manage fields of oil production in order to maximize the production of hydrocarbons according to economic and physical restrictions. The deciding of a production strategy is a complex activity involving several variables in the process. Thus, a smart system, which assists in the optimization of the options for developing of the field, is very useful in day-to-day of reservoir engineers. This paper proposes the development of an intelligent system to aid decision making, regarding the optimization of strategies of production in oil fields. The intelligence of this system will be implemented through the use of the technique of reinforcement learning, which is presented as a powerful tool in problems of multi-stage decision. The proposed system will allow the specialist to obtain, in time, a great alternative (or near-optimal) for the development of an oil field known

Uma aplicação da apredizagem por reforço na otimização da produção em um campo de petróleo

The objective of reservoir engineering is to manage fields of oil production in order to maximize the production of hydrocarbons according to economic and physical restrictions. The deciding of a production strategy is a complex activity involving several variables in the process. Thus, a smart system, which assists in the optimization of the options for developing of the field, is very useful in day-to-day of reservoir engineers. This paper proposes the development of an intelligent system to aid decision making, regarding the optimization of strategies of production in oil fields. The intelligence of this system will be implemented through the use of the technique of reinforcement learning, which is presented as a powerful tool in problems of multi-stage decision. The proposed system will allow the specialist to obtain, in time, a great alternative (or near-optimal) for the development of an oil field known

Implementação paralelizada de métodos de resolução de sistemas algébricos na simulação de reservatórios de gás

Desde a década de 1960, devido à pertinência para a indústria petrolífera, a simulação numérica de reservatórios de petróleo tornou-se uma ferramenta usual e uma intensa área de pesquisa. O principal objetivo da modelagem computacional e do uso de métodos numéricos, para a simulação de reservatórios de petróleo, é o de possibilitar um melhor gerenciamento do campo produtor, de maneira que haja uma maximização na recuperação de hidrocarbonetos. Este trabalho tem como objetivo principal paralelizar, empregando a interface de programação de aplicativo OpenMP (Open Multi-Processing), o método numérico utilizado na resolução do sistema algébrico resultante da discretização da equação que descreve o escoamento monofásico em um reservatório de gás, em termos da variável pressão. O conjunto de equações governantes é formado pela equação da continuidade, por uma expressão para o balanço da quantidade de movimento e por uma equação de estado. A Equação da Difusividade Hidráulica (EDH), para a variável pressão, é obtida a partir deste conjunto de equações fundamentais, sendo então discretizada pela utilização do Método de Diferenças Finitas, com a escolha por uma formulação implícita. Diferentes testes numéricos são realizados a fim de estudar a eficiência computacional das versões paralelizadas dos métodos iterativos de Jacobi, Gauss-Seidel, Sobre-relaxação Sucessiva, Gradientes Conjugados (CG), Gradiente Biconjugado (BiCG) e Gradiente Biconjugado Estabilizado (BiCGStab), visando a uma futura aplicação dos mesmos na simulação de reservatórios de gás. Ressalta-se que a presença de heterogeneidades na rocha reservatório e/ou às não-linearidades presentes na EDH para o escoamento de gás aumentam a necessidade de métodos eficientes do ponto de vista de custo computacional, como é o caso de estratégias usando OpenMP.

Otimização não linear aplicada à operação de sistemas com múltiplos reservatórios para abastecimento de água.

O presente estudo considera a aplicação do modelo SISAGUA de simulação matemática e de otimização para a operação de sistemas de reservatórios integrados em sistemas complexos para o abastecimento de água. O SISAGUA utiliza a programação não linear inteira mista (PNLIM) com os objetivos de evitar ou minimizar racionamentos, equilibrar a distribuição dos armazenamentos em sistemas com múltiplos reservatórios e minimizar os custos de operação. A metodologia de otimização foi aplicada para o sistema produtor de água da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), que enfrenta a crise hídrica diante de um cenário de estiagem em 2013-2015, o pior na série histórica dos últimos 85 anos. Trata-se de uma região com 20,4 milhões de habitantes. O sistema é formado por oito sistemas produtores parcialmente integrados e operados pela Sabesp (Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo). A RMSP é uma região com alta densidade demográfica, localizada na Bacia Hidrográfica do Alto Tietê e caracterizada pela baixa disponibilidade hídrica per capita. Foi abordada a possibilidade de considerar a evaporação durante as simulações, e a aplicação de uma regra de racionamento contínua nos reservatórios, que transforma a formulação do problema em programação não linear (PNL). A evaporação se mostrou pouco representativa em relação a vazão de atendimento à demanda, com cerca de 1% da vazão. Se por um lado uma vazão desta magnitude pode contribuir em um cenário crítico, por outro essa ordem de grandeza pode ser comparada às incertezas de medições ou previsões de afluências. O teste de sensibilidade das diferentes taxas de racionamento em função do volume armazenado permite analisar o tempo de resposta de cada sistema. A variação do tempo de recuperação, porém, não se mostrou muito significativo.

Sim-Colmeia: ambiente de simulação da dinâmica de uma colmeia para o ensino de Biologia

As ferramentas computacionais estão apoiando, de maneira crescente, o processo de ensino e aprendizagem em diversas áreas. Elas aumentam as possibilidades do docente para ministrar um conteúdo e interagir com seus alunos. Neste grupo de ferramentas estão as simulações baseadas em sistemas multiagentes. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo apresentar um ambiente de simulação do crescimento populacional de uma colmeia para o ensino de Biologia. As variáveis do sistema podem ser alteradas visando analisar os diferentes resultados obtidos. Aspectos como duração e tempo da florada das plantações, conhecidos como campos de flores, podem ser manipulados pelo aluno. A abordagem multiagentes em Inteligência Artificial Distribuída foi a solução escolhida, para que o controle das atividades do aplicativo fosse feito de maneira automatizada. A Realidade Virtual foi utilizada para acrescentar aspectos importantes do processo que não podem ser visualizados pela simulação matemática. Uma síntese da utilização de tecnologias na educação, em especial da Informática, é discutida no trabalho. Aspectos da aplicação no ensino de Biologia são apresentados, assim como resultados iniciais de sua utilização.

Uma abordagem por meio da teoria dos jogos de um modelo em ecologia matemática

A presente dissertação propõe uma abordagem alternativa na simulação matemática de um cenário preocupante em ecologia: o controle de pragas nocivas a uma dada lavoura de soja em uma específica região geográfica. O instrumental teórico empregado é a teoria dos jogos, de forma a acoplar ferramentas da matemática discreta à análise e solução de problemas de valor inicial em equações diferenciais, mais especificamente, as chamadas equações de dinâmica populacional de Lotka-Volterra com competição. Essas equações, que modelam o comportamento predador-presa, possuem, com os parâmetros inicialmente utilizados, um ponto de equilíbrio mais alto que o desejado no contexto agrícola sob exame, resultando na necessidade de utilização da teoria do controle ótimo. O esquema desenvolvido neste trabalho conduz a ferramentas suficientemente simples, de forma a tornar viável o seu uso em situações reais. Os dados utilizados para o tratamento do problema que conduziu a esta pesquisa interdisciplinar foram coletados de material bibliográfico da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária EMBRAPA.

Aspectos macroeconômicos da reforma da Previdência Social no Brasil: duas análises em equilíbrio geral com restrições ao crédito

Este trabalho utiliza dois modelos de simulação matemática de equilíbrio geral na presença de restrições ao crédito com o propósito de analisar o quadro macroeconômico em estado estacionário resultante de uma reforma previdenciária que substitua o regime de repartição pelo de capitalização, executada sob diversas condições. Embora ambos os modelos adotem o esmo conjunto de hipóteses básicas, eles diferem quanto ao mecanismo de funcionamento da Previdência Social sob o regime de repartição. No primeiro, supõe-se a operação de um sistema de contribuição definida orçamentariamente equilibrado. Já o segundo introduz um regime de repartição com a dupla característica de beneficio definido e de contribuição definida, condição que dá origem a um desequilíbrio orçamentário endógeno.

Proposta metodológica para o imageamento, caracterização, parametrização e geração de modelos virtuais de afloramentos

The aim of this work was to describe the methodological procedures that were mandatory to develop a 3D digital imaging of the external and internal geometry of the analogue outcrops from reservoirs and to build a Virtual Outcrop Model (VOM). The imaging process of the external geometry was acquired by using the Laser Scanner, the Geodesic GPS and the Total Station procedures. On the other hand, the imaging of the internal geometry was evaluated by GPR (Ground Penetrating Radar).The produced VOMs were adapted with much more detailed data with addition of the geological data and the gamma ray and permeability profiles. As a model for the use of the methodological procedures used on this work, the adapted VOM, two outcrops, located at the east part of the Parnaiba Basin, were selected. On the first one, rocks from the aeolian deposit of the Piaui Formation (Neo-carboniferous) and tidal flat deposits from the Pedra de Fogo Formation (Permian), which arises in a large outcrops located between Floriano and Teresina (Piauí), are present. The second area, located at the National Park of Sete Cidades, also at the Piauí, presents rocks from the Cabeças Formation deposited in fluvial-deltaic systems during the Late Devonian. From the data of the adapted VOMs it was possible to identify lines, surfaces and 3D geometry, and therefore, quantify the geometry of interest. Among the found parameterization values, a table containing the thickness and width, obtained in canal and lobes deposits at the outcrop Paredão and Biblioteca were the more relevant ones. In fact, this table can be used as an input for stochastic simulation of reservoirs. An example of the direct use of such table and their predicted radargrams was the identification of the bounding surface at the aeolian sites from the Piauí Formation. In spite of such radargrams supply only bi-dimensional data, the acquired lines followed of a mesh profile were used to add a third dimension to the imaging of the internal geometry. This phenomenon appears to be valid for all studied outcrops. As a conclusion, the tool here presented can became a new methodology in which the advantages of the digital imaging acquired from the Laser Scanner (precision, accuracy and speed of acquisition) were combined with the Total Station procedure (precision) using the classical digital photomosaic technique

Análise do método de Gauss como substituto dos principais sistemas de amortização no estudo da ocorrência de anatocismo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Simulação de estruturas meandriformes por objectos e estatísticas multiponto e avaliação da porosidade – aplicação a reservatórios siliciclásticos

Neste trabalho apresenta-se uma metodologia destinada a simular a morfologia e a porosidade de canais de areia em reservatórios fluviais. Como informação de partida utilizam-se um ou vários canais de areia de treino, em estrutura vectorial, que sejam representativos do reservatório, e leis de distribuição das dimensões largura e profundidade dos canais. Para a simulação da morfologia dos canais de areia, são calculados os ângulos azimutais de todos os segmentos de recta das linhas poligonais que constituem os canais de treino, a que se segue a codificação em classes de azimute e a determinação de estatísticas multiponto destas classes. Seguidamente, faz-se a simulação estocástica dos novos canais no volume do reservatório, ou seja, são geradas novas linhas poligonais condicionadas às estatísticas multiponto, a que se associam as dimensões largura e profundidade. Este algoritmo multiponto é muito eficiente, porque é a 1D, e contorna a problemática da variável azimute ser do tipo circular. A avaliação da porosidade é feita em simultâneo na conversão do modelo vectorial da morfologia dos canais de areia para o modelo matricial da malha de blocos do reservatório. Para cada bloco reservatório é contabilizada a proporção de não canal / canal e das fácies conforme um modelo conceptual de zonamento na secção do canal. A estimativa da porosidade média de cada bloco do reservatório é obtida pela soma do produto da proporção de cada fácies pela respectiva porosidade de referência. Para ilustrar as potencialidades da metodologia proposta apresenta-se um caso de estudo com dados sintéticos. De acordo com critérios geológicos e estratigráficos, consideraram-se quatro fácies na secção do canal que são discriminadas lateralmente e em profundidade por valores de referência de porosidade. O algoritmo de simulação morfológica capturou adequadamente a morfologia das imagens de treino e gerou várias imagens equiprováveis que depois foram convertidas em porosidade.

Reservatórios turbidíticos – simulação da morfologia por estatísticas multiponto e avaliação das propriedades petrofísicas

Esta dissertação apresenta uma metodologia original para simular a morfologia e as propriedades petrofísicas de reservatórios de hidrocarbonetos em sistemas de canais turbidíticos. Estes sistemas são constituídos por complexos, ou seja, conjuntos de canais de arquitetura meandriforme, e são considerados importantes alvos para a indústria petrolífera. A simulação da morfologia divide-se em duas partes, primeiramente é simulada a trajetória do complexo e depois são simuladas as trajetórias dos canais propriamente ditos condicionadas à trajetória do complexo. O algoritmo de simulação utiliza as classes de ângulos azimutais de linhas poligonais de treino como uma variável aleatória. As trajetórias são simuladas também como linhas poligonais, condicionais a estatísticas multiponto das trajetórias de treino e a pontos de controlo. As estatísticas multiponto são organizadas em árvore, que guarda sequências de classes de orientação que ocorrem na trajetória de treino e as respetivas probabilidades de ocorrência. Para avaliar as propriedades petrofísicas, o modelo morfológico das trajetórias é convertido para uma malha de blocos de alta resolução, identificando-se, em cada bloco, a fácies preponderante de acordo com um modelo conceptual de zonamento da secção dos canais. A conversão prioriza os canais mais recentes (do topo) sobre os mais antigos (da base). A cada fácies é associada uma lei de distribuição da porosidade e permeabilidade, assim são geradas imagens destas propriedades petrofísicas por Simulação Sequencial Direta com histogramas locais. Finalmente, o número de blocos da malha é reduzido por upscaling e as simulações são ordenadas para poderem ser utilizadas nos simuladores de fluxo. Para ilustrar a metodologia, utilizaram-se imagens de sísmica 3D de um reservatório turbidítico na Bacia do Baixo Congo para extrair leis de distribuição das dimensões dos canais e trajetórias de treino. Os resultados representam corretamente a arquitetura complexa destes sistemas.

Modelagem matemática da qualidade da água em grandes bacias : sistema Taquari-Antas - RS

Os impactos sobre o meio ambiente, associados ao desenvolvimento de atividades pelo homem em uma bacia hidrográfica, estão fortemente inter-relacionados e têm, a cada dia, se tornado mais evidentes. Esta idéia motiva a concepção de uma gestão integrada dos recursos naturais em várias partes do mundo, inclusive em países em desenvolvimento como o Brasil. Modelos matemáticos de qualidade de água podem ser ferramentas úteis para a tomada de decisão no apoio à gestão de bacias hidrográficas. O planejamento e gestão dos recursos hídricos em um país de grande porte como o Brasil envolve, geralmente, bacias extensas, com um vasto conjunto de elementos naturais e antrópicos. Um modelo de qualidade de água deve permitir a representação da variabilidade espacial da região e, desta forma, a consideração de fontes difusas juntamente com fontes pontuais de poluição. O presente estudo analisou o impacto do desenvolvimento sobre a qualidade da água em uma bacia de grande extensão (bacia do rio Taquari-Antas, RS, com 26.500 km2), considerando a alternativa de aproveitamento hidrelétrico definida no inventário da bacia. Utilizou-se um modelo distribuído de simulação hidrológica e de qualidade de água aplicável principalmente a grandes bacias ( > 1.000 km2), o IPH-MGBq. Este modelo, desenvolvido no IPH, foi ajustado aos dados diários observados de vazão, no seu módulo de quantidade, e de concentração de OD, DBO, nitrogênio e fósforo totais e coliformes fecais, obtidos de coletas trimestrais, no módulo de qualidade. O modelo permite a análise temporal das condições hidrológicas e de qualidade da água de toda a bacia, discretizada por células, com trechos de rios e reservatórios. O modelo apresentou bom desempenho quanto à quantidade (vazões) e quanto aos perfis de concentração dos parâmetros de qualidade de água ao longo do Taquari- Antas, principalmente em termos de valores médios. Foi realizada uma análise de incertezas de alguns parâmetros e variáveis de entrada do modelo com relação à inerente incerteza existente na definição destes elementos. Esta metodologia demonstrou ser uma alternativa adequada à aplicação de modelos distribuídos de qualidade de água em bacias sem dados, sendo que os erros cometidos pelo modelo, em relação aos valores de concentração observados, foram aceitáveis para uma confiança de 95%. A simulação de alguns cenários de desenvolvimento na bacia do Taquari-Antas evidenciou a importância da avaliação conjunta de todos os elementos da bacia (fontes pontuais e difusas de poluição e da implantação de reservatórios) sobre a qualidade de suas águas. O IPH-MGBq mostrou ser uma ferramenta útil para a simulação de cenários de desenvolvimento em grandes bacias como base para a tomada de decisão na gestão dos recursos hídricos.

Simulação de reservatórios não convencionais para armazenamento de gás natural veicular

The investigation of viability to use containers for Natural Gas Vehicle (NGV) storage, with different geometries of commercial standards, come from necessity to join the ambient, financial and technological benefits offered by the gas combustion, to the convenience of not modify the original proposal of the automobile. The use of these current cylindrical models for storage in the converted vehicles is justified by the excellent behavior that this geometry presents about the imposed tensions for the high pressure that the related reservoirs are submitted. However, recent research directed toward application of adsorbent materials in the natural gas reservoirs had proven a substantial redusction of pressure and, consequently, a relief of the tensions in the reservoirs. However, this study considers alternative geometries for NGV reservoirs, searching the minimization of dimensions and weight, remaining capacity to resist the tensions imposed by the new pressure situation. The proposed reservoirs parameters are calculated through a mathematical study of the internal pressure according to Brazilian standards (NBR) for pressure vessels. Finally simulations of the new geometries behavior are carried through using a commercially avaible Finite Element Method (FEM) software package ALGOR® to verify of the reservoirs efficincy under the gas pressure load

Aplicações da teoria da percolação à modelagem e simulação de reservatórios de petróleo

In this thesis we study some problems related to petroleum reservoirs using methods and concepts of Statistical Physics. The thesis could be divided percolation problem in random multifractal support motivated by its potential application in modelling oil reservoirs. We develped an heterogeneous and anisotropic grid that followin two parts. The first one introduce a study of the percolations a random multifractal distribution of its sites. After, we determine the percolation threshold for this grid, the fractal dimension of the percolating cluster and the critical exponents ß and v. In the second part, we propose an alternative systematic of modelling and simulating oil reservoirs. We introduce a statistical model based in a stochastic formulation do Darcy Law. In this model, the distribution of permeabilities is localy equivalent to the basic model of bond percolation

Simulação de reservatórios de petróleo em ambiente MPSoC

The constant increase of complexity in computer applications demands the development of more powerful hardware support for them. With processor's operational frequency reaching its limit, the most viable solution is the use of parallelism. Based on parallelism techniques and the progressive growth in the capacity of transistors integration in a single chip is the concept of MPSoCs (Multi-Processor System-on-Chip). MPSoCs will eventually become a cheaper and faster alternative to supercomputers and clusters, and applications developed for these high performance systems will migrate to computers equipped with MP-SoCs containing dozens to hundreds of computation cores. In particular, applications in the area of oil and natural gas exploration are also characterized by the high processing capacity required and would benefit greatly from these high performance systems. This work intends to evaluate a traditional and complex application of the oil and gas industry known as reservoir simulation, developing a solution with integrated computational systems in a single chip, with hundreds of functional unities. For this, as the STORM (MPSoC Directory-Based Platform) platform already has a shared memory model, a new distributed memory model were developed. Also a message passing library has been developed folowing MPI standard