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Tipo do documento: Dissertação
Título: Avaliação de incertezas na modelagem de sedimentação de sólidos adensantes via técnicas de Monte Carlo e abordagem Bayesiana
Otros títulos: Evaluation of uncertainty on the modelling of weighing material settling via Monte Carlo technique and Bayesian approach
Autor: Andrade, Gabriel Machado de Paula
Orientador(a): Calçada, Luís Américo
Primeiro coorientador: Coelho, Josiane da Silva Cordeiro
Primeiro membro da banca: Calçada, Luís Américo
Segundo membro da banca: Damasceno, João Jorge Ribeiro
Terceiro membro da banca: Silva, Felipe Leite Coelho da
Palabras clave: sedimentação;análise de incerteza;modelagem;settling;uncertainty analysis;modelling
Área(s) do CNPq: Engenharia Química
Probabilidade e Estatística
Idioma: por
Fecha de publicación: 12-dic-2018
Editorial: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UFRRJ
Departamento: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citación: ANDRADE, Gabriel Machado de Paula. Avaliação de incertezas na modelagem de sedimentação de sólidos adensantes via técnicas de Monte Carlo e abordagem Bayesiana. 2018. 95 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Tecnologia, Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2018.
Resumen: A perfuração de poços é uma das etapas da produção de óleo e gás. Durante o processo, fluido de perfuração é bombeado continuamente pela coluna de perfuração com diversas finalidades, dentre elas o arrefecimento, lubrificação e extração de sólidos gerados. Apesar de necessários, materiais presentes no fluido, como a barita, podem sedimentar durante o processo, causando um aumento na viscosidade do fluido, podendo danificar a estrutura do equipamento. Além disso, a barita tem a característica de formar um sedimento impermeável, o qual impede a mitigação do annular pressure build-up (APB). Dentro desse contexto, modelos matemáticos têm sido desenvolvidos para tentar prever o comportamento da sedimentação de material particulado. Dessa forma, o seguinte trabalho tem como foco a avaliação das incertezas acerca dos valores dos parâmetros na modelagem da sedimentação de sólidos adensantes em fluidos de perfuração, com ênfase na influência da distribuição de tamanho de partícula. O modelo fenomenológico utilizado é composto pelas equações da continuidade e do movimento para as fases sólida e líquida, e equações constitutivas para a descrição da pressão nos sólidos, permeabilidade e reologia do fluido. Os dados experimentais foram obtidos através da técnica de atenuação de raios-gama. A incerteza sobre os parâmetros foi naturalmente incorporada utilizando-se a inferência Bayesiana. Foram utilizados três métodos estatísticos computacionais: Monte Carlo, Monte Carlo via Cadeias de Markov (MCMC) e Randomized Maximum Likelihood (RML). O método de Monte Carlo foi utilizado para analisar de forma direta a incerteza dos parâmetros na saída do modelo fenomenológico, gerando análises de sensibilidade dos parâmetros do modelo e cálculo de probabilidades de sedimentação. Observou-se que os parâmetros relacionas a equação de pressão nos sólidos não eram significativos para o modelo na região de sedimento. Além disso, o método foi utilizado na avaliação da escolha de diâmetros característicos na modelagem. Mostrou-se que diferentes diâmetros característicos retirados da distribuição granulométrica dos sólidos fornecem diferentes estimações de parâmetros, e consequentemente, de propriedades do sistema como a permeabilidade. Os demais são métodos computacionais que permitem a implementação da inferência Bayesiana, cuja principal característica é a consideração que um parâmetro é aleatório, e não uma quantidade fixa desconhecido. O método MCMC foi utilizado para a avaliação apenas da incerteza proveniente do diâmetro da partícula, a partir de um meta-modelo, derivado para viabilizar a implementação com um menor custo computacional. Os resultados obtidos forneceram curvas de concentração volumétrica de sólidos com os respectivos intervalos de credibilidade, os quais descreviam bem os dados experimentais. O método RML forneceu uma avaliação das incertezas dos demais parâmetros em conjunto com o diâmetro da partícula, por ser um método aproximado de estimação, portanto, mais simples. Os resultados obtidos mostraram um intervalo de credibilidade menor que o método MCMC, ou seja, uma incerteza menor na saída do modelo. Os resultados mostram que a influência das incertezas não deve ser negligenciada, pois influenciam a estimação paramétrica do problema, podendo gerar previsões errôneas das características do fenômeno em questão.
Abstract: Well drilling is one of the most important steps on the oil and gas production. During the process, drilling fluid is pumped continually through the drilling column in order to cool the structure, lube the equipment, extract the formed solids etc. However, some materials presented on the fluid, such as barite, can settle during the process, causing an increase on the fluid viscosity, which can damage the equipment structure. Moreover, barite forms an impermeable sediment, which prevents the mitigation of the annular pressure build-up (APB). In this context, mathematical models have been developed in order to predict the sedimentation behavior of particulate materials. Therefore, the following work focus on the evaluation of the uncertainty of the modelling parameters of sedimentation of weighing materials on drilling fluids, with emphasis on the influence of the particle size distribution. For that, a phenomenological model based on the continuity and momentum equations was used, alongside constitutive equations for solid pressure, media permeability and rheological features. The experimental data was obtained via gamma ray attenuation technique. There statistical methods were used: Monte Carlo, Monte Carlo via Markov Chains (MCMC) and Randomized Maximum Likelihood (RML). The Monte Carlo method was used to evaluate, in a straight-forward manner, the uncertainty of the parameters on the model output, generating sensitivity analysis and sedimentation probabilities. The parameters related to the solid pressure equation showed a low significance on the model for the sediment zone. Furthermore, the method was used to evaluate the effect of the choice of characteristic diameters on the modelling. Different characteristic diameters generated different set of estimated parameters, consequently, changing the estimated properties of the process. The other methods are parametric estimation methods based on the Bayesian theory, which main feature is to consider a previous uncertainty in the parameters, generating naturally an uncertainty on the model output. The MCMC method was used to evaluate only the uncertainty from the particle diameter. The method was performed using a simplification of the model, due to its complexity and high computational time demand. The results showed concentration profiles and credibility intervals agreeing with the experimental data. The RML method provides an uncertainty analysis for all the parameters, since it is simpler than the MCMC method and the whole model was used. The results showed a smaller credibility interval, therefore, a smaller uncertainty on the model output. In summary, the uncertainty must not be neglected, for the results showed that it affects the parametric estimation of the process, which can provide wrongful prediction of the model properties.
URI: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/13326
Aparece en las colecciones:Mestrado em Engenharia Química

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