Produção Científica



Material Didático
21/03/2022

Dynamics of Underground Rocks Containing Fluids: Application to Exploration Geophysics with Emphasis to Oil and Gas.
Dissertação de Mestrado
21/03/2022

Modelagem Física da Resposta Sísmica de um Complexo de Canais Turbidíticos
Um modelo físico de complexo de canal turbidítico foi produzido por impressão 3-D, utilizando um plástico chamado PLA (ácido polilático), com canais ocos, em escala
1:10,000, e submetido a uma aquisição ultrassônica em um tanque de água (a qual preencheu os canais). O dado resultante foi tratado como um sismograma 3D de
reflexão acústica zero-offset, recebendo uma deconvolução determinística e uma migração post-stack. A interpretação foi realizada, alguns atributos extraídos e os
resultados foram comparados com imagens de microtomografia obtidas do modelo físico. Baseado na teoria desenvolvida por Partyka et al (1999), um algoritmo foi implementado para gerar volumes de estimativas de espessura em tempo duplo de camadas a partir de múltiplos volumes de frequências obtidos por decomposição espectral. Assumiu-se que todas as camadas possuiam topo e base como refletores
de polaridades opostas (que é o caso dos canais). Diferentes parâmetros foram testados e as feições que puderam ser associadas aos canais tiveram suas
espessuras estimadas e comparadas com as espessuras reais do modelo físico medidas pela microtomografia. Apesar das dificuldades técnicas enfrentadas, especialmente devido à forte atenuação do sinal e limitações na aquisição, os
resultados foram satisfatórios, aumentando a confiança na utilização da decomposição espectral para análises quantitativas. Uma nova maneira de visualizar resultados de decomposição espectral como volumes de espessuras temporais
estimadas é sugerida e parâmetros são testados visando melhorar a eficiência da técnica, especialmente no problema da escolha apropriada da janela temporal para a decomposição espectral.

Tese de Doutorado
21/03/2022

CRP Tomography
Resumo: As informações de subsuperfície extraídas de dados sísmicos de reflexão desempenham um papel crucial para a exploração e produção de reservatórios de petróleo e gás. Desta forma, técnicas de imageamento e inversão que fornecem essas informações estão sempre em demanda. Devido à sua importância, os modelos de velocidade têm sido os principais parâmetros para inversão sísmica. Por essa razão, o termo construção de modelos de velocidade é bastante popular em sísmica. De fato, essa terminologia é conhecida como inversões de, não apenas modelos de velocidade, mas também parâmetros gerais que descrevem os modelos geológicos de interesse. Modelos de velocidade confiáveis são essenciais para métodos de imageamento sísmico, particularmente migração. De fato, os avanços científicos e tecnológicos em migração estão diretamente relacionados com os avanços correspondentes na construção de modelos de velocidade. O foco principal dessa tese é a construção tomográfica de modelos de velocidade. Essa tese propõe um novo método de tomografia sísmica, denominado tomografia CRP. Baseado na estereotomografia, com a qual compartilha várias similaridades, a tomografia CRP tem, contudo, diferenças significantes na quantidade e natureza dos parâmetros envolvidos no processo de inversão. Ao contrário da estereotomografia, no qual os parâmetros observados são coletados/extraídos individualmente do dado de entrada, a tomografia CRP faz uso das seções CRP, extraídas e estimadas do dado de entrada. Mais especificamente, cada seção CRP consiste em pares fonte-receptor dentro dos dados de entrada para os quais os raios de reflexão primária para uma determinada interface têm o mesmo ponto de reflexão comum. Da mesma forma que na estereotomografia, alguns pontos individuais são de fato coletados na tomografia CRP. Chamados de pontos de referência CRP, esses pontos são estendidos para as correspondentes seções CRP, extraídas do dado de entrada por meio de análise de coerência performadas com tempos de trânsito paramétricos adequados. De fato, a tomografia CRP leva o nome de tais tempos de trânsito, também chamados de tempo de trânsito CRP. Essa tese mostra como a adição de mais informações relacionadas a um mesmo ponto em profundidade, previamente desconhecido, ajuda na inversão de diferentes tipos de modelos de velocidade. Todas as informações relacionadas a um mesmo ponto de reflexão comum são trabalhadas simultaneamente durante a inversão para melhor inverter a localização do respectivo ponto de modelo em profundidade. Testes numéricos que ilustram essa tese sugerem que o uso conjunto de parâmetros provenientes de seções CRP atua como uma restrição natural incorporada ao problema tomográfico. As seções CRP permitem que mais partes do modelo de velocidade sejam analisados, uma vez que mais pares de raios são traçados e usados, trazendo mais informações internas para o problema inverso. Resultados encorajadores fornecidos por alguns testes sintéticos confirmam as boas expe

Tese de Doutorado
21/03/2022

Estudo de escoamentos bifásicos em meios porosos através de simulações numéricas para a otimização da recuperação de petróleo
Apesar de um cenário de investimentos crescentes em energias renováveis, o petróleo se mantem como um combustível fundamental para as principais economias do planeta. No entanto, para permanecer nessa condição, sua exploração precisa ser cada vez mais otimizada com o objetivo de aumentar sua produção e diminuir seus custos, mantendo-o competitivo dentre todas alternativas energéticas. Diante desse cenário, pesquisas com
o uso do CFD (dinâmica de fluidos computacional) surgem como uma alternativa barata e eficaz. O avanço na capacidade de processamento gerada com o uso dos HPC’s
(computadores de alta performance) intensificou, nas últimas décadas, essa modalidade de investigação em dinâmica dos fluidos, uma vez que simulações computacionais nessa área geralmente tem um alto custo computacional. Estamos particularmente interessados em estudar fluxos laminares, que são aqueles presentes nas dinâmicas em meios porosos. Portanto, criar um modelo computacional, eficaz e barato, tem relevância inovadora uma vez que as alternativas do mercado são muitas vezes caras. Nesse sentido, o uso de um modelo que se utiliza de um software de costumização própria com uma ferramenta de
código aberto como o OpenFOAM, nos fornece um instrumento útil à indústria pelas suas características de eficácia e baixo custo.

Tese de Doutorado
21/03/2022

Simulações numéricas em dutos obstruídos para análise da influência da turbulência em padrões de fluxo
A partir de estudos sobre Dinâmica dos Fluidos e simulações computacionais realizadas com OpenFOAM (plataforma computacional para solução numérica das equações de
Navier-Stokes), esta pesquisa tem como objetivo principal estudar escoamentos internos turbulentos, encontrando ferramentas que relatem padrões de turbulência e vorticidade. A ideia central é utilizar a matemática, a computação e a física para investigar e avaliar características da turbulência induzida por obstruções em escoamentos confinados.
O modelo ´e baseado em uma estrutura tipo pipeline parcialmente obstru´ıdo na entrada.
Os resultados foram avaliados atrav´es de correla¸c˜ao cruzada e pelos c´alculos dos momentos das distribui¸c˜oes de velocidades. Acredita-se que o entendimento dessa categoria de
sistemas complexos trar´a grandes contribui¸c˜oes para a ´area acadˆemica evidenciando um
grande potencial de aplica¸c˜ao na ´area de tecnologias industriais, como por exemplo, na
ind´ustria de petr´oleo e g´as, bem como no transporte de fluidos em dutos.

Tese de Doutorado
21/03/2022

Desenvolvimento de códigos computacionais em openFOAM para simulação de reservatório de petróleo. Exemplos de aplicação.
Esta pesquisa tem por objetivo estudar e desenvolver, utilizando a ferramenta OpenFOAM de código aberto, um simulador, o qual utilizando um modelo tipo sandbox, possa
aproximar apropriadamente e representar o escoamento que ocorre em um reservatório de petróleo. A ferramenta OpenFOAM é um software desenvolvido em linguagem C++, e implementado com os operadores matemáticos clássicos necessários para a resolução numérica, através do m´método dos Volumes Finitos, dos complexos e não lineares sistemas
de equações diferenciais que são necessários para descrever esse tipo de escoamento. O reservatório de petróleo é então aproximado a um meio poroso, onde são conhecidos seus
parâmetros geofísicos médios, como por exemplo, permeabilidades relativas e pressões capilares. As técnicas de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD na sigla em inglês - Computational Fluid Dynamics) fornecem o embasamento necessário para a elaboração das equações que governam o fenômeno, enquanto o OpenFOAM, por ser de código aberto, oferece a oportunidade de se customizar, realizar ajustes e aproximações adequadas, proporcionando um melhor entendimento no sentido de se buscar melhorar a precisão dos resultados e a otimização dos recursos computacionais. Considerando a complexidade do domínio estudado, foi necessário realizar a simulação em um sistema de maior capacidade computacional do tipo High Processing Computing (HPC). Nossos resultados obtidos não podem ser diretamente comparados com aqueles obtidos através de reservatórios reais encontrados na literatura. Dentro do possível, estudos podem ser realizados empregando a ferramenta desenvolvida e, guardadas as devidas proporções, respeitando o nível de aproximação implementado, alguma base de comparação pode ser estabelecida, indicando em
linhas gerais e predizendo o que ocorre em um reservatório real.

Tese de Doutorado
16/03/2022

Análise da inversão da forma de onda completa pelo método do lagrangiano aumentado
Neste trabalho estudamos a Inversão da Forma de Onda Completa (FWI da sigla em inglês, Full Waveform Inversion) como um problema de otimização não linear com restrições através de um método de Lagrangiano Aumentado, sendo que o modelo de velocidade é parametrizado por combinações lineares usando funções bases. Essa não é uma abordagem tradicional, uma vez que o problema vem sendo modelado como um problema não linear sem restrições usando métodos quase-Newton com estratégias de regularizações. As restrições estudadas são perfis de velocidades que podem ser conhecidos a partir de dados de poços. O sucesso da FWI para obter um modelo de velocidade de alta resolução somente é garantido por um bom chute inicial do modelo de velocidade, uma vez que a função objetivo do problema tem muitos desafios para alcançar a bacia de atração, em particular, o mau condicionamento como foi observado nos experimentos. Nesse sentido, as principais técnicas usadas para estimar um modelo de velocidade razoável são métodos de tomografia e estereotomografia sísmica. Nosso estudo mostra que os modelos estimados pelo algoritmo Algencan podem ser bons modelos iniciais para o método convencional. Assim, propomos uma abordagem denominada de método Duas Fases. Na Fase I, usamos o Algencan para encontrar a solução do problema com restrições, em geral, com o modelo inicial homogêneo dependendo da parametrização escolhida. Na Fase II, o modelo estimado no Algencan, torna-se o modelo inicial para o método convencional.

Tese de Doutorado
16/03/2022

Development of integral representations for the coupled one-way wave equations and strategies for parameter estimation based on joint migration inversion
Neste trabalho, nós investigamos as equações de onda unidirecionais acopladas e estratégias para a estimativa de parâmetros da subsuperfície a partir de dados sísmicos de reflexão medidos próximo à superfície terrestre. Na primeira parte, desenvolvemos em detalhe as equações de onda unidirecionais a partir da equação de movimento e da derivada temporal da lei de Hooke. Então, definimos as funções de Green unidirecionais de maneira consistente com a função equivalente para o caso completo. Na sequência, deduzimos originalmente as representações integrais das equações de onda unidirecionais. As expressões integrais formam a base conceitual do algoritmo de modelagem direta adotado. Na segunda parte, desenvolvemos e discutimos em detalhe formas de obter uma estimativa da imagem sísmica e o aprimoramento de um modelo de velocidades inicial, sempre aplicando o método de quadrados mínimos não-linear para o ajuste de dados. Considerando que o modelo de velocidades tem precisão suficiente para o imageamento, revisitamos a parametrização deste problema em função dos coeficientes de reflexão e obtemos uma expressão para o gradiente da função objetivo que sugere a modificação da condição de imagem convencional. Além disso, ainda neste contexto de modelo de velocidades suficiente para imagear, propomos a parametrização do problema de imageamento em profundidade em função da impedância. Então, a partir de uma seção de impedância homogênea inicial, estimamos as variações de impedância. Finalmente, incluímos atualizações do modelo de velocidades no procedimento de inversão, o que caracteriza o método de migração e inversão conjuntas que inspirou este trabalho. Propomos duas regularizações baseadas na imagem de forma que as atualizações do modelo de velocidades possam se beneficiar da informação de alta-frequência espacial da imagem. Os testes numéricos indicam que as metodologias investigadas são promissoras

Tese de Doutorado
16/03/2022

Improving apparent conductivity and inversion of magnetic dipoles data
Neste trabalho apresentamos um estudo sobre a condutividade aparente e a inversão de dados de dipolos magnéticos. Em ambos, utilizamos a mesma ferramenta matemática, a
inversão, a fim de obter uma estimativa da distribuição da condutividade em subsuperfície. No primeiro capítulo apresentamos uma nova abordagem para obter a condutividade
aparente de um terreno. A condutividade aparente convencional se utiliza de uma aproximação linear quando o campo é medido no regime de baixo número de indução. Essa
aproximação trunca a série de Taylor que representa o campo Magnético para o semiespaço. Nossa proposta é utilizar a resposta do campo Magnético completa para estimar
a condutividade aparente do terreno. Tendo em vista que a relação entre campo e condutividade é não linear, nós tratamos o problema de estimar a condutividade a partir do
campo Magnético como um problema inverso não linear. Utilizamos o método de Newton para resolver esse problema iterativamente. Assim, alcançamos uma melhor estimativa da
condutividade aparente em poucas iterações, principalmente, quando o regime de baixo número de indução não é obedecido. No segundo capítulo apresentamos a inversão 1D e 2D de dados de dipolos magnéticos. Para esse caso, utilizamos o método de GaussNewton para resolver o problema inverso iterativamente. Nesse trabalho destacamos, em ordem de apresentação, as contribuições inéditas: i) derivada espacial semi-analítica para a modelagem 2D via método de Elementos Finitos; ii) derivada semi-analítica em relação a condutividade para a modelagem 1D; iii) cálculo da matriz sensibilidade para a modelagem 2D das componentes que dependem da derivada espacial.

Tese de Doutorado
16/03/2022

On the well-to-seismic-tie analysis: effects of the borehole geometry and assumptions on wavelet estimation
A amarração de dados de poço aos dados sísmicos - well tie - constitui uma etapa importante do processamento e interpretação sísmica uma vez que possibilita a conexão
do dado sísmico com a geologia da subsuperfície. No entanto, no procedimento convencional de well tie, possíveis erros na aquisição dos dados de poço devido ao alargamento do diâmetro do poço não são levados em consideração e a modelagem do traço sísmico sintético é baseada nas premissas clássicas do modelo convolucional. Esta tese apresenta algumas ferramentas para melhorar a qualidade da amarração do well tie propondo 1)
uma metodologia para corrigir os perfis de poço do efeito do alargamento do seu diâmetro durante a aquisição e uma abordagem para reduzir o ruído na refletividade através da
distribuição de Benford 2) métodos de estimativa da wavelet sísmica que não supõe a refletividade como um processo aleatório e que não fazem suposições sobre a fase da wavelet.
O foco deste trabalho é fornecer ferramentas que contornem algumas das objeções atualmente existentes no procedimento convencional de amarração de dados sísmicos aos dados
de poço, possibilitando assim uma estimativa confiável das propriedades físicas da terra, etapa crucial da caracterização de reservatórios.

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