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Título: Análise de incertezas em fenômenos transitórios de hidráulica de poços utilizando o método Monte Carlo
Título(s) alternativo(s): Uncertainty analysis on well hydraulics transient problems using the Monte Carlo Method
Autor(es): Silva, Hiago Souza
Orientador(es): Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro
Palavras-chave: Métodos de simulação
Monte Carlo, Método de
Modelos matemáticos
Variáveis aleatórias
Fluidos não-newtonianos
Poços de petróleo
Simulation methods
Monte Carlo method
Mathematical models
Random variables
Non-Newtonian fluids
Oil wells
Data do documento: 29-Nov-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SILVA, Hiago Souza da. Análise de incertezas em fenômenos transitórios de hidráulica de poços utilizando o método Monte Carlo. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019.
Resumo: Durante a perfuração de poços de petróleo, um gradiente de pressão se desenvolve ao longo do poço. Esse gradiente precisa ser controlado cuidadosamente, uma vez que o poço somente aceita um estreito intervalo operacional. As pressões ao longo do poço são de difícil medição, sendo, portanto, estimadas por simulação numérica na maioria das vezes. De modo a agregar confiabilidade ao processo, os métodos de predição devem ser os mais precisos possível. Pode-se torna-los os mais robustos e resilientes considerando as incertezas dos parâmetros dos modelos matemáticos. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho é avaliar as incertezas durante operações transientes de hidráulica de poços de petróleo por meio do Método Monte Carlo com amostragem por hipercubo latino. Para isso, faz-se uso de implementações computacionais de modelos numéricos e estatísticos desses fenômenos transientes. Um estudo de caso baseado em um cenário de movimentação de coluna, com dados de um poço real, foi desenvolvido, considerando 1% de incertezas nos diâmetros do poço e da coluna, na massa específica do fluido de perfuração, velocidade da coluna, tensão limite de escoamento e viscosidade plástica. Foi conduzida uma análise de sensibilidade para analisar a influência dos parâmetros na composição da incerteza da evolução da pressão. A variável que mais influenciou foi o diâmetro do poço, com mais de 2% de incerteza relativa. Conclui-se, que o método é bastante eficiente na quantificação das incertezas. Ressalta-se que as incertezas durante a etapa transiente da simulação são maiores que a do regime permanente. Assim, uma análise de incertezas voltada para a confiabilidade deve englobar os efeitos transientes, sob pena de não ser capaz de identificar valores críticos de incerteza.
Abstract: During an oil well drilling, a pressure gradient develops along the well. These pressures need to be controlled carefully, since the well only accepts a narrow pressure interval. The well pressures are hard to measure; therefore, they are usually estimated by numerical simulation. In order to aggregate reliability to the process, the pressure prediction methods are required to be as precise as possible. They can be made more robust and resilient by adding uncertainty considerations into the mathematical models. This way, the main objective of this work is to evaluate the uncertainties in numerical simulations of well hydraulics transient operations, by using the Monte Carlo Method along with Latin Hypercube Sampling. In order to achieve this, it is developed numerical-statistical implementations of such transient phenomena. It was developed a case-study, based on a drillpipe displacement, considering 1% of uncertainty in the well and drillpipe diameters, in the drilling fluid density, drillpipe velocity, yield stress and plastic viscosity. A sensibility analysis was conducted, in order to evaluate the influence of the parameters in the pressure uncertainty composition. The variable with the biggest influence was the external well diameter. In this case, it was obtained more than 2% of relative uncertainty. As the conclusions, the method is quite efficient for the uncertainty quantification. It is emphasized that the uncertainties in the transient step of the simulations are bigger than the ones at steady-state. Therefore, a reliability-based uncertainty analysis must consider the transient effects, otherwise, it will not be able to identify the critical uncertainty values.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23814
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