Petróleo y Gas

Descripción

La industria del petróleo se caracteriza por ser intensiva en tecnología, basándose fuertemente en el desarrollo científico caracterizado por inter y multidisciplinario. La exploración y producción de petróleo en condiciones cada vez más adversas demandan el desarrollo de la investigación avanzada y la formación de recursos humanos calificados, tanto a nivel mundial como a nivel nacional. El Programa de Ingeniería Civil ha estado activo desde 1977 en el sector de Petróleo & Gas, siendo iniciado ya en aquella época desarrollos computacionales pioneros en apoyo a Petrobras en su busca y producción de petróleo en el mar. Actualmente, mantener la autosuficiencia de petróleo es el mayor desafío de la industria petrolera brasileña.

En este contexto, el área de concentración de Petróleo y Gas involucra diferentes temas abarcados en las siguientes líneas de investigación: Estructuras offshore; Integridad estructural; Sistemas petrolífero; Teledetección por radar orientado a la industria petrolera; Migración y proyección de imagen en Geofísica del Petróleo y Gas. Muchas de estas líneas de investigación están relacionadas a las áreas interdisciplinarias implementadas por la COPPE.

Las actividades relacionadas con la línea de Estructuras y Sistemas Offshore tratan del desarrollo y aplicación de técnicas para el análisis y proyectos de sistemas estructurales complejos para la exploración y producción en aguas superficiales y profundas.

Se consideran sistema estructurales fijos, rígidos o complaciente; sistemas flotantes anclados tales como plataformas semi-sumergibles o unidades basadas en naves; sistemas canalización vertical y tuberías. El diseño de tales sistemas requiere de conocimientos más detallado sobre diversos temas, tales como: análisis estructural, técnicas computacionales, hidrodinámica, oceanografía, geotecnia, fundaciones, materiales, estadísticas, probabilidad, confiabilidad, análisis espectral, procesamiento de señales y optimización.

Las actividades relacionadas con la integridad estructural dirigidas a la formación de recursos humanos calificados para hacer frente a los problemas de ingeniería relacionados con la seguridad y la integridad física de las estructuras y equipos utilizados en diferentes instalaciones físicas de la industria del petróleo. Son abordados temas como: propiedades y caracterización de materiales, análisis de tensión en estructuras marítimas y terrestres, fatiga y la mecánica de la fractura, ensayos no destructivos e inspección basada en la confiabilidad.

En actividades relacionadas con Sistemas de Petróleo, se efectúa investigaciones esenciales para el proceso exploratorio de las cuencas sedimentarias. La atención se centra en la formación de profesionales capaces de analizar estas cuencas, estimar potenciales, establecer oportunidades exploratorias, planificar y ejecutar proyectos de exploración. Esta línea también envuelve el desarrollo y aplicación de simuladores numéricos orientados a los procesos de recuperación secundaria y terciaria en yacimientos de petróleo; estabilidad de los pozos horizontales o con alta inclinación; modelado bi y tridimensional de cuencas sedimentarias.

Las actividades relacionadas a la Teledetección por radar se centran en promover la detección de filtraciones de petróleo en regiones oceánicas, indicativo de la presencia de sistemas petrolíferos activos, así como establecer su contextualización tectónica, ambiente y la repetitividad en el tiempo. Dicha actividad es fundamental como condición de contorno para el modelado computacional de procesos de generación y migración de petróleo, añadiendo valor a los proyectos de la industria de Petróleo desarrollado en fronteras exploratorias.

Las actividades relacionadas con la migración y formación de imágenes en la geofísica del petróleo y gas con el desarrollo de herramientas esenciales para obtener información del subsuelo, en términos de imágenes fiables, reduciendo así el riesgo exploratorio. En este contexto, los métodos geofísicos, en particular el método sísmico, son de fundamental importancia. La investigación de métodos sísmicos en la COPPE-UFRJ comenzó con la aplicación de migración de los métodos de algoritmos de modelado sísmico desarrollado en el PEC en los últimos 35 años, utilizando el MDF, el MEF y ecuaciones integrales (MEC y ecuaciones de Kirchhoff). Más recientemente, también se incluyen técnicas de tomografía y problemas inversos.

Las actividades relacionadas con el concreto y refractaria dicen respecto al desarrollo y al análisis experimental y numérico en micro, meso y macro escala, del concreto refractario utilizado en las unidades de refinación y carpetas para la cementación de pozos de petróleo. Los problemas tratados corresponden a fenómenos termo-químico-mecánico de alta temperatura y presiones próximas de la atmosférica, en caso de los concretos refractarios, y las temperaturas medias con alta presión para el caso de carpetas para la cementación de pozos. Las pruebas en las escalas micro, meso y macroscópica se llevan a cabo para permitir que los procedimientos de análisis multi-escala, homogenizados dentro de un marco teórico de la micro-mecánica, sean validadas por los resultados experimentales. Los equipos existentes en el Laboratorio de Estructuras y Materiales COPPE / UFRJ permite la determinación de las propiedades termo-químicos- mecánicos y el modelado mecánico y computacional de alto desempeño de los concretos y refractarios para la industria petrolera.

Líneas de Investigación

Estructuras y Sistemas Offshore

Las actividades relacionadas con la línea de Estructuras y Sistemas Offshore tratan del desarrollo y aplicación de técnicas para el análisis y diseño de sistemas estructurales complejos para la exploración y producción en aguas superficiales y profundas. Se consideran sistemas estructurales fijos, rígidos o complacientes; sistemas fluctuantes anclados, tales como plataformas semi-sumergibles o unidades basadas en naves; sistemas de risers y ductos. El diseño de tales sistemas exige conocimientos más detallados sobre diversos temas, tales como: el análisis estructural, técnicas computacionales, hidrodinámica, oceanografía, geotecnia, fundaciones, materiales, estadísticas, probabilidad, fiabilidad, análisis espectral, procesamiento, señales y optimización.

Integridad estructural aplicada a la industria del petróleo y el gas

Las actividades relacionadas con la integridad estructural en las instalaciones de la industria de petróleo y gas dirigidas a la formación de recursos humanos calificados para hacer frente a los problemas de ingeniería relacionados con la seguridad y la integridad física de las estructuras y equipos utilizados en diferentes instalaciones físicas de la industria del petróleo. Se abordan temas como: propiedades y caracterización de materiales, análisis de tensiones en estructuras marítimas y terrestres, fatiga y la mecánica de la fractura, ensayos no destructivos e inspección basada en la confiabilidad.

Sistemas petroleros

En actividades relacionadas con Sistemas de Petróleo se llevan a cabo investigaciones relacionadas con la investigación cuantitativa de los procesos estructurales y estratigráficos mediante modelización numérica en dos y tres dimensiones y en la simulación numérica de procesos geológicos. Se realiza también investigaciones en las áreas de reservorios, ingeniería de pozos y procesos de producción.

Teledetección por Radar orientado a la Industria del Petróleo

Las actividades relacionadas con Teledetección por radar son enfocados a promover la detección de filtraciones de petróleo en regiones oceánicas, indicativo de presencia de sistemas petrolíferos activos, así como establecer su contextualización tectónica, ambiental y de repetición en el tiempo. Dicha actividad es crucial como condición de contorno en el modelado computacional de procesos de generación y migración de petróleo, añadiendo valor a los proyectos de las industrias Petrolíferas desarrollados en fronteras exploratorias. La investigación comprende las siguientes áreas tecnológicas: (i) procesamiento digital e interpretación de imágenes obtenidas por radares de apertura sintética (SAR), (ii) geoprocesamiento, (iii) la base de datos, (iv) Knowlege Discovery in Data bases (KDD), con énfasis en la minería de datos.

Migración e formación de imágenes en geofísica de petróleo y gas

Las actividades relacionadas con la migración y formación de imágenes en geofísica del petróleo y gas tratan del desarrollo de herramientas esenciales para obtener información del subsuelo, en términos de imágenes fiables, reduciendo así el riesgo exploratorio. En este contexto, los métodos geofísicos, en particular el método sísmico, son de fundamental importancia. La investigación sobre los métodos sísmicos en la COPPE-UFRJ comenzó con la migración de los métodos de aplicación y algoritmos de modelado sísmico desarrollado en el PEC en los últimos 35 años utilizando el MDF, el MEF y ecuaciones integrales (MEC y ecuaciones Kirchhoff). Más recientemente, se incluye técnicas de tomografía y problemas inversos.

Concreto y refractarios para la industria del petróleo

Esta línea de investigación comprende: (i) dosificación científicas de la mezcla para la cementación de pozos; (ii) el desarrollo y caracterización de la mezcla especiales que contienen polímeros, refuerzos fibrosos, nano-partículas y materiales cementante de bajas emisiones de CO2; (iv) el estudio de mezclas espéciales para el uso en zonas de la sal y de inyección de vapor; (v) el análisis numérico de tensiones en revestimiento de cemento; (vi) el desarrollo y caracterización a alta temperatura de los concretos refractario; (vii) el uso de fibras en concretos refractario de alto rendimiento; (viii) la modelización mecánica y numérica de los revestimientos refractarios en unidades de refinación; (ix) el estudio de la durabilidad de los refractario a la acción del  carbón; (x) el estudio de la durabilidad del concreto a la acción de CO2 y H2S.