Projeto ótimo de poços de petróleo baseado em confiabilidade

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Tessari, Rodolfo Krul
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Casing Desing; Confiabilidade de Poços; Design Methodology; Dimensionamento de Revestimentos; Metodologia de Projeto; Otimização Baseada em Confiabilidade; Otimização Estrutural; Reliability-Based Design Optimization; Structural Optimization; Well Reliability
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-08022022-110952/

Poços de exploração de óleo e gás são estruturas complexas, de custo extremamente elevado e de alta responsabilidade. Falhas no revestimento destas estruturas têm potencial para causar enormes prejuízos econômicos e ambientais. Em virtude dos grandes acidentes ocorridos recentemente, órgãos regulatórios têm se tornado mais rigorosos e já preveem a adoção de critérios probabilísticos para o projeto de poços. A alta complexidade do projeto em sua maneira atual (determinística) atrelada à dificuldade em quantificar as probabilidades de falha dos revestimentos já representam um grande desafio em si, porém a otimização dos revestimentos configura uma tendência futura que se pretende antecipar e desenvolver no presente trabalho. O objetivo geral consiste no desenvolvimento de uma metodologia para a otimização de revestimentos de poços com base em requisitos expressos em termos de probabilidades de falha. Para isso, estudou-se inicialmente o procedimento de cálculo para o projeto determinístico de revestimentos e identificou-se os principais parâmetros manipulados pelo projetista. Em seguida, equacionou-se os modos de falha causados por tensões triaxiais e pressões diferenciais de ruptura e colapso. O estudo procedeu com a descrição estatística das variáveis de comportamento aleatório que afetam cada modelo de resistência e com a investigação dos níveis de confiabilidade adequados a diferentes campos da engenharia estrutural. Após a análise dos métodos de otimização matemática, um algoritmo de enumeração parcial do tipo branch and bound (B&B) foi escolhido para a solução do problema de poços. A integração de todos esses saberes deu origem à metodologia proposta. Paralelamente, foi desenvolvido um código computacional capaz de realizar o cálculo das pressões hidrostáticas, da força axial e da tensão interna em cada ponto do revestimento ao longo de sua profundidade, tendo passado por um processo de validação. A este código (determinístico) foram integradas rotinas específicas para estimativa da confiabilidade estrutural e rotinas de otimização. Estudos de caso foram conduzidos a fim de ilustrar a aplicabilidade da metodologia e quantificar seu desempenho. Os resultados mostraram que a metodologia é capaz de garantir o atendimento do nível de confiabilidade alvo frente a todos os modos de falha e cenários de carregamento considerados, permitindo a seleção autônoma dos revestimentos que proporcionam o mínimo custo ou o menor peso total da fase. A metodologia contribui para o avanço do setor de exploração de gás e óleo ao aproximar a probabilidade de falha real dos revestimentos da probabilidade definida em projeto, reduzindo assim a margem de segurança existente nos projetos determinísticos. Proporciona economia na etapa de planejamento, sem comprometer a segurança do poço durante o seu ciclo de vida.