Apresenta-se aqui uma lista de alunos(as) de mestrado e trabalhos desenvolvidos.

• Determinação dos Efeitos da Incrustação na Permeabilidade de Rochas Reservatório com uso de Métodos de Análise de Imagens

• Resumo:

  • A incrustação de rochas reservatório por sulfato de bário é um problema recorrente na Bacia de Campos, onde a forma mais comum de recuperação secundária é a injeção de água do mar (corresponde a 85% do óleo produzido). A deposição de sulfato de bário ocorre quando a água injetada, rica em sulfato, entra em contato com a água de formação, rica em bário, causando o acúmulo do precipitado sólido ao longo da coluna de produção, em equipamentos do poço e no interior da formação. O problema é agravado pelas propriedades físico-químicas do sulfato de bário, um sal de difícil remoção e baixa solubilidade, e pelo dano provocado à zona próxima ao poço produtor, onde a mistura entre as águas incompatíveis é mais intensa. O mesmo tipo de problema ocorre para outros tipos de sulfatos, como o de estrôncio.  Desenvolve-se neste trabalho modelos e algoritmos para simular a incrustação de sulfatos em representações tridimensionais de rochas reservatório. Utilizando-se técnicas de análise de imagens de microfotografias de rochas reservatório oriundas de bacias brasileiras (fornecidas pelo CENPES), geram-se representações tridimensionais da rocha original. Estas representações são incrustadas numericamente e a permeabilidade é então determinada com o método do grafo de conexão serial, permitindo a determinação da queda do índice de injetividade em função do volume incrustado e a obtenção do coeficiente de dano de formação.  Os modelos propostos levam em consideração a influência da organização morfotopológica do meio poroso, bem como a própria morfologia apresentada pelo material incrustante. Três tipos diferentes de modelos de incrustação foram desenvolvidos: ao redor do poro (pore-lining), preenchendo o poro (pore-filling) e dendrítica. Através das simulações realizadas foi possível analisar: i) os efeitos sobre a representação incrustada (porosidade, superfície específica e conectividade), ii) efeitos sobre a redução da permeabilidade (dano de formação). A principal vantagem do uso da abordagem proposta é a possibilidade da utilização de amostras de calha (obtidas por uma fração do custo de um testemunho), amostras laterais e testemunhos danificados, assim como a realização de simulações computacionais reproduzíveis em lugar de ensaios laboratoriais destrutivos. Um software de análise de imagens de rochas reservatório desenvolvido como parte das atividades de pesquisa e utilizado para possibilitar a implementação dos algoritmos também é apresentado. O programa multiplataforma, consistindo de 15.000 linhas de código C++ orientado a objeto e projetado com a utilização de técnicas de engenharia de software, possui uma interface gráfica amigável e permite a visualização e manipulação de imagens, representações tridimensionais e gráficos. Todas as simulações apresentadas neste estudo foram realizadas com o software desenvolvido.

• Palavras chave: incrustação, dano de formação, análise de imagens, reconstrução tridimensional, permeabilidade.

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• Software Desenvolvido: SAIL disponível na página Soft. Processamento de Imagens

• Escopo do problema, metodologia, resultados típicos abaixo.

• DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE RELATIVA DE ROCHAS RESERVATÓRIO COM USO DE MÉTODOS DA ANÁLISE DE IMAGENS

• Resumo:

  • Neste trabalho a determinação da permeabilidade relativa de rochas reservatório de petróleo e feita através da simulação computacional, com uso de métodos da análise de imagens. Para isso foi desenvolvido um algoritmo que faz uso de métodos existentes. Neste algoritmo, a simulação do fluxo bifásico nas estruturas tridimensionais reconstruídas é realizada através do método de determinação das configurações de equilíbrio de forma a se obter as regiões ocupadas por cada fluido (saturação). A permeabilidade das fases obtidas a cada passo de pressão são determinadas através do método do grafo de conexão serial. O método das configurações de equilíbrio foi revisado e uma nova funcionalidade foi desenvolvida com o objetivo de se corrigir os erros físicos identificados neste trabalho. Foram realizadas simulações em imagens reais e sintéticas, e comparados os resultados obtidos após as correções, com resultados obtidos em simulações realizadas antes das correções implementadas, avaliando-se assim os algoritmos desenvolvidos. Os resultados apresentados demonstram que a correção implementada atende ao propósito especificado. São apresentados ainda resultados de permeabilidade relativa para algumas representações 3D. Os modelos e algoritmos desenvolvidos e diversas funcionalidades da biblioteca lib_ldsc foram utilizadas no desenvolvimento do software LVP; um software desenvolvido com o objetivo de disponibilizar algumas funcionalidades que se almeja em um Laboratório Virtual de Petrofísica. Dentre as funcionalidades disponibilizadas estão a aplicação de filtros, a reconstrução tridimensional, a manipulação de imagens 2D e 3D, o cálculo da porosidade, da função correlação, da permeabilidade e a determinação da permeabilidade relativa. 

• Palavras chave: Análise de Imagens, Rochas Reservatório, Configurações de Equilíbrio, Permeabilidade Relativa, Petrofísica, Escoamento Multifásico em Meio Poroso.

• Link: Versão PDF

• Software Desenvolvido: LVP-1.0 disponível na página Soft. Processamento de Imagens

• Escopo do problema, metodologia, resultados típicos abaixo.

• DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO DE BINARIZAÇÃO DE IMAGENS VIA REDES NEURAIS: UM ESTUDO COMPARATIVO NA ANÁLISE DE IMAGENS DE ROCHAS RESERVATÓRIO

• Resumo:

  • A determinação das propriedades físicas de rochas reservatório é de suma importância para a engenharia de reservatórios. Estas propriedades podem ser determinadas através da análise de imagens microscópicas, utilizando-se o processamento de imagens de meios porosos. A grande vantagem em relação aos experimentos laboratoriais é a redução de custos e uma maior velocidade na obtenção dos resultados. Tendo este contexto como motivação e inspirado no sucesso dos sistemas de inteligência artificial em sua generalidade, este trabalho faz uma análise sobre os resultados da binarização de imagens de rochas reservatório usando métodos baseados em histograma descritos na literatura e o desenvolvimento de um método de binarização de imagens baseado em redes neurais, sendo um método específico para imagens de rochas reservatório. Como resultados, são apresentadas as imagens binarizadas e sua caracterização para os diferentes métodos de binarização e a análise da eficiência e deficiência dos métodos estudados. Como principal contribuição, além da análise comparativa em busca de um método que produza resultados satisfatórios na binarização de imagens de rochas reservatório, foi desenvolvido um método bioinspirado treinado para reconhecer padrões específicos de imagens de rochas reservatórios elevando a fidelidade nas informações entre a imagem original e a imagem binarizada.

• Palavras-chave: rochas reservatório, binarização de imagens, caracterização de imagens, métodos estatísticos, redes neurais. 

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• Software Desenvolvido: Algorigmos para LIB_LDSC (aqui).

• Escopo do problema, metodologia, resultados típicos abaixo.

• Orientador: Prof. José Ricardo 

• Co-orientador: André D. Bueno

• ANÁLISE DAS PERDAS DE CARGA NO ESCOAMENTO MONOFÁSICO EM ROTOR DE BOMBA CENTRÍFUGA SUBMERSA UTILIZADA NA ELEVAÇÃO DE PETRÓLEO

• Resumo:

  • Com o avanço da explotação e da produção marítima do petróleo em profundidades e distâncias cada vez maiores, o sistema de Bombeamento Centrífugo Submerso (BCS) tem se destacado como um método de elevação artificial. Entretanto, diversas perdas de carga atuam em bombas centrífugas, reduzindo a eficiência na transferência de energia ao escoamento. No presente trabalho, estas perdas foram obtidas com o objetivo de auxiliar na previsibilidade do comportamento destes sistemas na produção de petróleo. Na primeira etapa do estudo, foi desenvolvido um modelo teórico (em algoritmo FORTRAN) para calcular a altura de elevação e as perdas de carga a partir de equações de diferentes autores, para quatro casos de escoamento e um modelo de bomba (condições de estudo). Na segunda etapa, foram realizadas simulações utilizando um modelo numérico de dinâmica de fluidos computacional, para as mesmas condições de estudo. Para a validação das metodologias de ambas as etapas, foram geradas curvas de desempenho da bomba e posteriormente comparadas com dados experimentais. Os resultados mostraram consistência entre fator de atrito nas paredes do rotor, ângulo do escoamento na saída do rotor e velocidades absoluta e relativa do escoamento calculados por ambas as modelagens teórica e numérica. Os resultados da modelagem teórica mostraram que é possível estimar o comportamento de bombas a partir de equações que dependem de fatores geométricos e das condições operacionais do escoamento. A análise fenomenológica do escoamento no rotor e no difusor para avaliar o comportamento dos campos de velocidade e de pressão, realizada na modelagem numérica, mostrou que em vazões parciais há a ocorrência de recirculações que podem afetar o desempenho da bomba. Imagens com resultados, a ideia é estimular a pesquisa sobre o assunto/tema e  divulgar os principais resultados.

• Palavras chave: Bomba centrífuga submersa, perdas de carga, altura de elevação, fluido viscoso, simulação numérica, dinâmica dos fluidos computacional, monofásico.

• Link: Versão PDF

• Software Desenvolvido: HEADESP 1.0 disponível na página Soft. Engenharia.

• Escopo do problema, metodologia, resultados típicos abaixo.

• Técnicas de Otimização de Software e Processamento Paralelo Aplicadas ao Cálculo de Equilíbrio de Fases de Fluidos de Petróleo

• Resumo:

  • Os programas científicos são aplicações que envolvem grandes quantidades de dados e modelos numéricos complexos, e portanto, requerem bastante poder de processamento. Os mesmos abrangem diversas áreas de pesquisa, como a astronomia, a meteorologia, a biologia, a química, a física, a matemática e a computação aplicada, incluindo aplicações em engenharia de exploração e produção de petróleo, e suas sub-áreas, a geologia, a geoquímica, a geofísica, a petrofísica, as engenharias de poço, elevação e escoamento e reservatório. A título ilustrativo podemos citar a demanda por processamento nas áreas de simulação em engenharia de reservatórios e engenharia de elevação e escoamento de petróleo, que tem crescido de forma consistente nos últimos anos, isso se deve a fatores como: i) aumento do número de reservatórios e poços que se deseja simular; ii) aumento da complexidade dos reservatórios e poços, como por exemplo, os reservatórios do pré-sal, que possuem uma estrutura porosa mais complexa que os reservatórios de arenitos tradicionais, além do aumento da profundidade dos poços; iii) aumento da complexidade dos modelos físicos-matemáticos-numéricos, como, por exemplo, a incorporação de variáveis antes desconsideradas; em alguns casos ocorre a necessidade de realizar o acoplamento entre poço e reservatório, no qual é necessário além de resolver as variáveis com respeito ao poço e ao reservatório, resolver também as variáveis que os relacionam (acoplamento), o que aumenta significantemente o tamanho e complexidade do problema. A solução para estes problemas passa pelo estudo de diversos modelos numérico-computacionais inovadores, entre eles, os novos modelos relacionados ao processamento concorrente/paralelo. Há a possibilidade e, mais do que isso, a necessidade de incorporar esses modelos numérico-computacionais nas aplicações científicas. Neste trabalho, em específico, serão utilizados modelos de paralelismo com base em: múltiplos processos, múltiplas threads, instruções SIMD - Single Instruction Multiple Data e paralelismo em placas de vídeo através da biblioteca CUDA (Compute Unified Device Architecture). Para que este estudo não fique totalmente acadêmico, pretende-se apresentar uma metodologia com diretrizes para o desenvolvimento de programas que usam modelos de paralelismo. Uma aplicação exemplo utilizando estas metodologias será desenvolvida, a mesma terá como base uma biblioteca computacional utilizada em cálculos termodinâmicos aplicados a engenharia de petróleo.

• Palavras chave:  Técnicas de Otimização, Processamento Paralelo, Equilíbrio de Fases.

• Link: Versão PDF

• Software Desenvolvido: FLASH_PVT disponível na página Soft. Engenharia.

• Escopo do problema, metodologia, resultados típicos abaixo.

• IMPACTO DA VISCOSIDADE ELEVADA SOBRE AS PERDAS DE CARGA DO ESCOAMENTO MONOFÁSICO NUM ESTÁGIO DE BOMBA CENTRÍFUGA SUBMERSA UTILIZADA NA ELEVAÇÃO DE PETRÓLEO

• Resumo:

  • O Bombeamento Centrífugo Submerso (BCS) está entre os métodos de elevação artificial mais utilizados no mundo. O sistema de BCS se apresenta como alternativa economicamente viável para elevação de óleos pesados, seja para as jazidas petrolíferas mais profundas como as do pré-sal no Brasil, ou para os campos de óleo pesado na Venezuela. No presente trabalho, estudou-se o impacto da viscosidade elevada sobre as perdas de carga num estágio de bomba centrífuga submersa utilizada na elevação de petróleo. Para tal, foi utilizado o modelo teórico Head of Electrical Submersible Pump (HEADESP), sendo o mesmo aplicado a quatro casos distintos de escoamento. Primeiramente, foram geradas curvas para a altura de elevação teórica e para as diferentes perdas de carga no estágio da bomba, com base em formulações da literatura disponíveis no modelo. Posteriormente, foram estimadas e avaliadas as alturas de elevação no estágio utilizando dados experimentais e análises estatísticas de erro quadrático médio. Os resultados mostraram que a viscosidade elevada impactou consideravelmente sobre as perdas de carga e o desempenho da bomba para os quatro casos do escoamento. O efeito da viscosidade elevada resultou em casos onde a análise estatística foi suficiente para estimar a altura de elevação no estágio com boa precisão. Contudo, em 50% dos casos foi necessário considerar o comportamento físico do fluido viscoso em conjunto com análise estatística. A variabilidade das formulações selecionadas com a viscosidade e rotação foram altas para fluidos com viscosidade elevada sendo superior à observada por outros autores.

• Palavras chave: Bomba centrífuga submersa, perdas de carga, viscosidade elevada.

• Link: Versão PDF

• Software Desenvolvido: HEADESP 2.0 disponível na página Soft. Engenharia.

• Escopo do problema, metodologia, resultados típicos abaixo.

• CARACTERIZAÇÃO DE ROCHA DIGITAL USANDO INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL – APLICAÇÃO A SEGMENTAÇÃO DE IMAGENS

• Resumo:

  • • Atualmente é cada vez mais comum a aplicação de algorítmos de inteligência artificial nas mais diferentes áreas tecnológicas, uma vez que estes tornam factível a execução de tarefas complexas de classificação e predição em um curto espaço de tempo considerando um treinamento prévio feito com humanos. No âmbito da segmentação de rochas digitais o uso de redes neurais permite treinar algorítmos para classificação de minerais ou a quantificação entre a permeabilidade e caminhos ótimos entre os poros. A proposta deste trabalho foi mostrar como o uso de tais métodos torna prática a binarização de imagens de rochas reservatórios em sólidos e poros. Para isso as informações de cor de uma imagem (valores de vermelho, verde e azul), coletadas por meio de um software de anotação desenvolvido em C++ e QT, foram usadas para treinar redes neurais de diferentes topologias, mudando o números de neurônios em cada camada e as funções de ativação na saída de cada um desses neurônios. Para a construção e treinamento foi utilizada a biblioteca PyTorch, desenvolvida pelo Facebook em scripts desenvolvidos em Python. O software desenvolvido foi utilizado por três grupos diferentes de usuários. Grupo 1 - estudantes de graduação, Grupo 2 - estudantes de pós-graduação e Grupo 3 - geólogos com experiência em segmentação de imagens. Como resultado, a duração, tanto do treinamento, quanto a aplicação do modelo duraram na ordem dos milissegundos, o que mostra a capacidade desses algoritmos entregar resultados de forma rápida. Este trabalho também mostra como tecnologias como machine learning podem ser muito uteis na obtenção de valores de porosidade em amostras de rochas reservatórios. Além disso, o uso de ferramentas de anotação tornam o processo de coleta de dados mais eficiente. 

• Palavras chave: Rocha Digital; Inteligência Artificial; Segmentação/Binarização de Imagens; Desenvolvimento Software.

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