Teses em Geofísica (Doutorado) - CPGF/IG
URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2357
O Doutorado Acadêmico pertente a o Programa de Pós-Graduação em Geofísica (CPGF) do Instituto de Geociências (IG) da Universidade Federal do Pará (UFPA).
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Tese Acesso aberto (Open Access) Solução da equação de Archie com algoritmos inteligentes(Universidade Federal do Pará, 2011) SILVA, Carolina Barros da; ANDRADE, André José Neves; http://lattes.cnpq.br/8388930487104926A equação de Archie é um marco histórico da Avaliação de Formação por ser a primeira relação envolvendo as propriedades físicas das rochas e as suas propriedades petrofísicas possibilitando a identificação e a quantificação de hidrocarbonetos em subsuperfície. A saturação de água é a solução da equação de Archie obtida a partir da medida da resistividade e da estimativa da porosidade da formação. No entanto, a solução da equação de Archie é não trivial, na dependência do conhecimento prévio da resistividade da água de formação e dos expoentes de Archie (cimentação e saturação). Esta tese apresenta um conjunto de algoritmos inteligentes inéditos, que possibilitam a solução da equação de Archie. Uma variação da rede neural competitiva, denominada como rede neural bicompetitiva realiza o zoneamento do poço, delimitando as camadas reservatório. Para cada camada reservatório, um novo algoritmo genético, com uma estratégia evolutiva baseada na reprodução de fungos produz estimativas para os parâmetros de porosidade da matriz (densidade, tempo de trânsito e porosidade neutrônica), que aliados a um novo modelo de rocha produzem estimativas realistas da porosidade, considerando os efeitos da argilosidade. Uma nova rede neural competitiva denominada como rede competitiva angular realiza a interpretação do Gráfico de Pickett fornecendo as informações da resistividade da água de formação e do expoente de cimentação. Todos os resultados da metodologia aqui apresentada são obtidos com dados sintéticos e perfis convencionais.Tese Acesso aberto (Open Access) Post-imaging analysis of pressure prediction in productive sedimentary basins for oil and gas exploration(Universidade Federal do Pará, 2015-05-26) VIEIRA, Wildney Wallacy da Silva; LEITE, Lourenildo Williame Barbosa; http://lattes.cnpq.br/8588738536047617Esta tese tem vários aspectos relacionados à modelagem de bacia sedimentar na exploração de óleo e gás, e com duas divisões gerais: estimativa de parâmetros, e predição de pressão. Para a estrutura do presente trabalho, o primeiro tópico está relacionada com a análise de velocidade e meios efetivos, onde se estima uma distribuição para a velocidade da onda P no tempo, seguido da transformação para a profundidade, e usar um modelo efetivo para a densidade e para a distribuição de velocidades da onda S. A razão para esta focalização inicialmente destas estimativas é porque eles representam a principal informação de base que se pode ter a partir do domínio sísmico, de onde os outros parâmetros sísmicos podem ser calculados, e que serve de base para a segunda parte deste trabalho. O segundo tópico está relacionado à cálculo de tensão, deformação e pressão na subsuperfície utilizando os dados das velocidades das ondas P e S e os modelos de densidade, com a finalidade de localizar áreas de altas e baixas pressões que atuam como bombas de sucção naturais para a mecânica da acumulação de óleo e gás em zonas produtivas e camadas reservatórios. Destacamos na segunda parte para a apresentação, chamar atenção para a sensibilidade do mapeamento de pressão em função da variação de velocidade e densidade. Classificamos a primeira divisão como dedicado ao processamento e imageamento sísmico convencional, e nomeamos a segunda divisão como predição de tensão-deformação-pressão pós-imageamento. Como o objetivo final da geofísica é obter imagens da subsuperfície sob diferentes propriedades, o cálculo de tensão só faz total sentido para o caso de dados reais, e isto faz com que os dados adquiridos seja obrigatoriamente em três componentes. Uma conclusão importante dos experimentos numéricos, mostramos que a pressão não tem um comportamento trivial, uma vez que pode diminuir com a profundidade e criar bombas naturais responsáveis pelo acúmulo de fluidos. A teoria de meios porosos baseia-se integralmente em geometria diferencial, porque esta disciplina matemática lida com propriedades geométricas coletivos para reservatórios reais. Mostrouse que tais propriedades coletivas são, nomeadamente, a porosidade, a área da superfície específica, a curvatura média e a curvatura Gaussiana. Por exemplo, meios fraturados tem, como regra, uma pequena porosidade, mas área da superfície específica muito grande, o que cria a razão 𝛾 = 𝑣𝑆/𝑣𝑃 anômala e alta, e isto significa um coeficiente de Poisson, 𝜎, negativo. Outra conclusão é relacionado ao cálculo da descontinuidade de pressão entre sólido e líquido, o que depende da estrutura de poros.Tese Acesso aberto (Open Access) Estimativa de parâmetros em meios VTI usando aproximações de sobretempo não hiperbólicas(Universidade Federal do Pará, 2015-09-30) PEREIRA, Rubenvaldo Monteiro; CRUZ, João Carlos Ribeiro; http://lattes.cnpq.br/8498743497664023Meios transversalmente isotrópicos (TI) representam um modelo mais realístico para processamento de dados sísmicos, por exemplo, em meios fraturados com direção de fratura preferencial ou meios composto de finas camadas. Em especial, os meios TI com eixo de simetria vertical (VTI) são amplamente usados como modelos para propagação de ondas qP em folhelhos, rocha abundante em reservatórios de hidrocarbonetos. Contudo, a propagação de onda qP, em meios homogêneos VTI, tem como características, depender de quatro parâmetros de rigidez e, também, por possuir: equação de velocidade de fase algebricamente complicada, equação de velocidade de grupo difícil de explicitar, e equação moveout não hiperbólica. Por isso, vários autores tem apresentado reparametrizações e obtido aproximações para estas equações dependendo somente de três parâmetros. Dentre estas, as aproximações de sobretempo têm sido amplamente usadas em métodos inversos para estimar parâmetros litológicos em meios homogeneos VTI. Tais métodos têm, em geral, obtido sucesso na estimativa da velocidade de empilhamento normal moveout vn e do parâmetro de anelipticidade η, pois somente estes são necessários para se gerar modelos iniciais, para realizar as fases do processamento no domínio do tempo. Um dos métodos mais utilizados para se estimar parâmetros é a análise de velocidade baseada em semblance, porém, devido este método ser limitado a seções com pequena razão offset-profundidade, adaptações para meios anisotrópicos, considerando aproximações de sobretempo não hiperbólicas, são necessárias . Outra limitação da medida semblance é sua perda de precisão sob grandes variações na amplitude com o afastamento e sob inversão de fase. Devido a isto, vários autores têm modificado a medida semblance como formas de compensar estas variações. Neste trabalho, baseado na aproximação anelíptica shifted-hyperbola, apresento aproximações anelípticas racionais para as velocidades de fase e grupo, bem como aproximações de sobretempo não hiperbólicas, em meios homogêneos VTI, horizontalmente estratificados. A validade destas aproximações é feita comparando os respectivos erros relativos destas aproximações aos erros relativos de outras aproximações conhecidas da literatura. Análise de velocidades baseada em semblance é realizada para aferir a precisão das aproximações racionais de sobretempo na estimativa de parâmetros em meios VTI. Os resultados obtidos demonstram o grande potencial das aproximações racionais em problemas inversos. Visando adaptar para meios VTI, nós modificamos duas medidas de coerência por semblance, as quais são sensíveis à variações de amplitude e fase. A precisão e robustez das medidas de coerência adaptadas são validadas estimando parâmetros anisotrópicos em meios VTI.Tese Acesso aberto (Open Access) Seismic amplitude analysis and quality factor estimation based on redatuming(Universidade Federal do Pará, 2015-04-25) OLIVEIRA, Francisco de Souza; FIGUEIREDO, José Jadsom Sampaio de; http://lattes.cnpq.br/1610827269025210A correção de amplitude é uma tarefa importante para corrigir a dissipação de energia sísmica por espalhamento geometrico ou atenuação durante a propagação da onda acústica / elástica em sólidos. Neste trabalho, propomos uma forma de estimar o fator de qualidade dos dados de reflexão sísmica, com uma metodologia baseada na combinação do método de deslocamento da frequência de pico (PFS) e do operador de redatumação. A contribuição deste trabalho está em corrigir os tempos de trânsito quando o meio é formado por muitas camadas. Em outras palavras, a correção da tabela de tempo de trânsito utilizada no método PFS é realizada utilizando um operador de redatumação. A operação proposta, é realizada de forma iterativa, com isto, permitindo estimar o fator de qualidade Q, camada por camada de um modo mais preciso. A operação de redatumação é usada para simular a aquisição de dados em novos níveis, evitando distorções produzidas por irregularidade próximas da superfície relacionadas com a geometria ou com as propriedades de heterogeneidade do meio. Propomos uma aplicação do operador de redatumação Kirchhoff em verdadeira ampilitude (TAKR) em meios homogêneos e comparamos com o operador de redatumação Kirchhoff convencional (KR) restrito ao caso de afastamento nulo. Nossa metodologia é baseada na combinação do método de deslocamento da frequência de pico e o operador de redatumação (TAKR com peso igual a 1). Aplicação em dados sintéticos e em dados reais sísmico (Viking Graben) e GPR(Siple Dome) demonstra a viabilidade de nossa análise.Tese Acesso aberto (Open Access) Caracterização de fraturas em imagens de amplitude acústica utilizando morfologia matemática(Universidade Federal do Pará, 2013) XAVIER, Aldenize Ruela; GUERRA, Carlos Eduardo; http://lattes.cnpq.br/7633019987920516; ANDRADE, André José Neves; http://lattes.cnpq.br/8388930487104926As análises de fraturas na caracterização de reservatórios carbonáticos são de particular interesse, uma vez que as fraturas constituem o mais importante ambiente de armazenamento e produção de hidrocarbonetos nesses reservatórios. Particularmente, no Brasil cresce o interesse na caracterização dos reservatórios carbonáticos, com as recentes descobertas do pré-sal. As ferramentas de imageamento acústico fornecem informações valiosas sobre a amplitude das ondas refletida na parede do poço que, podem ser interpretadas de modo a possibilitar a caracterização das fraturas presentes. No entanto, surgem alguns problemas em função da natureza qualitativa da interpretação destas imagens, que são, basicamente, realizadas com a utilização da visão e da experiência do intérprete. Este trabalho apresenta uma metodologia para a realização da análise de fraturas nas imagens acústicas que pode ser dividida em três fases. Na primeira é apresentado o modelamento das imagens, que permite inferir o comportamento das fraturas nos diversos ambientes geológicos. Na segunda etapa é utilizada a morfologia matemática, que atua na forma de um detector de borda e realiza a identificação das fraturas na imagem acústica. A última etapa trata com a extração dos atributos geométricos ou da determinação da atitude das fraturas com a adoção de um polinômio interpolador de 4º grau segundo o critério dos mínimos quadrados. A avaliação desta metodologia é realizada com imagens geradas pelo modelo apresentado que corrobora a caracterização das fraturas realizadas em imagens reais.Tese Acesso aberto (Open Access) Modelagem eletromagnética 2.5-D de dados geofísicos através do método de diferenças finitas com malhas não-estruturadas(Universidade Federal do Pará, 2014-10-23) MIRANDA, Diego da Costa; RÉGIS, Cícero Roberto Teixeira; http://lattes.cnpq.br/7340569532034401; HOWARD JUNIOR, Allen Quentin; http://lattes.cnpq.br/6447166738854045Apresentamos a formulação eletromagnética em geometria 2.5-D aplicada à modelagem do marine controlled-source electromagnetic (mCSEM) através do método de Diferenças Finitas. Utilizamos a separação dos sinais primário e secundário para evitar problemas de singularidade devido à característica pontual da fonte eletro-magnética, o dipolo elétrico. As componentes do campo eletromagnético são derivadas dos resultados obtidos para os potenciais vetor magnético e escalar elétrico, calculados em todo o domínio do problema, o qual deve ser completamente discretizado para o uso do método de Diferenças Finitas. A limitação imposta pelo uso de malhas estruturadas no delineamento das geometrias presentes nos modelos geológicos, serviu como motivação para introduzirmos o uso de malhas não-estruturadas em nossos problemas. Essas malhas são completamente adaptáveis aos modelos com que trabalhamos, promovendo um delineamento suave de suas estruturas, e podendo ser localmente refinadas apenas nas regiões de interesse. Apresentamos também o desenvolvimento do método RBF-DQ, que faz uso da técnica de aproximação de funções por meio de combinações lineares das funções de base radial (RBF) e da técnica de quadraturas diferenciais (DQ) para a aproximação das derivadas de nosso problema diferencial. Nossos resultados mostraram que o uso do método de Diferenças Finitas com malhas-não estruturadas pode ser aplicado nos problemas de modelagem geofísica, promovendo uma melhoria na qualidade dos dados modelados quando comparados com os resultados obtidos através das técnicas tradicionais de Diferenças Finitas.Tese Acesso aberto (Open Access) Inversão de velocidades por otimização global usando a aproximação superfície de reflexão comum com afastamento finito(Universidade Federal do Pará, 2016-08-25) MESQUITA, Marcelo Jorge Luz; CRUZ, João Carlos Ribeiro; http://lattes.cnpq.br/8498743497664023A literatura geofísica recente tem mostrado que a construção de um modelo inicial mais realístico possível é a forma mais apropriada de se reduzir complicações do problema mal posto da inversão da forma da onda completa, e de fornecer as condições necessárias de convergência da função objetivo em direção ao mínimo global. Modelos otimizados são úteis como estimativas iniciais para métodos mais sofisticados de inversão e migração. Desenvolvo um método de inversão de velocidade da onda P usando dados sísmicos pré-empilhados para grandes afastamentos e baseado em medidas de coerência. A estratégia de inversão proposta é totalmente automática, baseada no cálculo do semblance e regida pela aproximação de tempo de trânsito paraxial, o chamado método da Superfície de Reflexão Comum com Afastamento Finito. Ela é realizada em dois passos, a princípio, usando raios imagens e o conhecimento de um modelo de velocidades conhecido a priori, determino as interfaces refletoras em profundidade a partir de seção migrada em tempo. A seguir, o modelo em profundidade gerado é usado como entrada na parametrização do modelo de velocidades, o qual é feito camada por camada. A estratégia de inversão é baseada na análise dos semblances calculados em cada ponto médio comum pelo método da Superfície de Reflexão Comum com Afastamento Finito. Para iniciar a inversão no segundo passo, a aproximação paraxial é feita pelo traçamento de raios no modelo de velocidades em profundidade obtido no primeiro passo. Usando a média aritmética dos semblances calculados em todos os pontos médios comuns como função objetivo, camada após camada, o algoritmo de otimização global Very Fast Simulated Annealing é aplicado para obter a convergência da função objetivo em direção ao máximo global. Ao aplicar a estratégia de inversão em dados sintéticos e reais, mostro a robustez do algoritmo de inversão proposto, produzindo modelos de velocidades da onda P otimizados a partir de dados pré-empilhados.Tese Acesso aberto (Open Access) Inversão da forma de onda orientada ao alvo(Universidade Federal do Pará, 2016-09-16) COSTA, Carlos Alexandre Nascimento da; COSTA, Jessé Carvalho; http://lattes.cnpq.br/7294174204296739Propomos uma nova metodologia de inversão da forma de onda orientada ao alvo para estimar os parâmetros físicos de uma área alvo em subsuperfície para dados sísmicos adquiridos com aquisição VSP-desviado ou com aquisição com fontes e receptores localizados na superfície. Além disso, investigamos a importância de eventos de múltiplos espalhamentos no conjunto de dados usados como inputs para estimar as respostas ao impulso da área alvo em subsuperfície iterativamente através de um esquema de inversão esparso para as mesma geometria de aquisição anteriormente citadas. Essas metodologias são baseadas no ajuste entre os campos de onda ascendente observado e modelado em um específico nível em profundidade próximo da área alvo, onde o campo de onda ascendente modelado é estimado através da representação tipo-convolução para função de Green. A principal característica de nossa metodologia de inversão da forma de onda orientada ao alvo é usar como inputs os campos de onda descendente e ascendente para estimar os parâmetros físicos locais sem necessitar que estes campos de onda sejam locais, dessa maneira evitamos adotar qualquer metodologia de redatumação para estimar as respostas ao impulso locais. Mostramos através de exemplos numéricos que podemos relaxar a necessidade de uma densa amostragem de fontes e receptores, característicos de esquemas de redatumação baseados em interferometria, para estimar as respostas ao impulso da área alvo através do esquema de inversão esparso usando como inputs os campos de onda com eventos de múltiplos espalhamentos. Estas metodologia são atraentes para dados sísmicos de aquisição VSP-desviado, pois para este tipo de dado não é necessário conhecer a região localizada acima da área alvo para estimar os campos de onda ascendente e descendente usados como inputs em ambas as metodologias. No entanto, para dados sísmicos adquiridos com fontes e receptores localizados na superfície, em princípio é necessário conhecer um modelo de velocidade a priori para estimar os campos de onda ascendente e descendente próximo da área alvo. Para ambas as metodologias investigadas, usamos a inversão da forma de onda baseada em migração para estimar os campos de onda ascendente e descendente próximo da área alvo a partir de dados sísmicos adquiridos com fontes e receptores na superfície.Tese Acesso aberto (Open Access) Structural constraints for image-based inversion methods(Universidade Federal do Pará, 2016-04-22) MACIEL, Jonathas da Silva; COSTA, Jessé Carvalho; http://lattes.cnpq.br/7294174204296739Esta tese apresenta duas metodologias de regularização estrutural para os métodos de análise de velocidade com migração e inversão conjunta com migração: regularização gradiente cruzado e filtragem com operadores morfológicos. Na análise de velocidade com migração, a regularização de gradiente cruzado tem como objetivo vincular os contrates de velocidade com o mapa de refletividade, através da paralelização dos vetores gradiente de velocidade com os vetores gradiente da imagem. Propõe-se uma versão com gradiente cruzado das funções objeto de minimização: Differential Semblance, Stack Power e Partial Stack Power. Combina-se a função Partial Stack Power com sua versão de gradiente cruzados, com o objetivo de aumentar gradativamente a resolução do modelo de velocidade, sem comprometer o ajuste das componentes de longo comprimento de onda do modelo de velocidade. Na inversão conjunta com migração propõe-se aplicar os operadores morfológicos de erosão e dilatação, no pré-condicionamento do modelo de velocidade em cada iteração. Os operadores usam o mapa de refletividade para delimitar as regiões com mesmo valor de propriedade física. Eles homogenizam a camada geológica e acentuam o contraste de velocidade nas bordas. Os vínculos estruturais não apenas irão reduzir a ambiguidade na estimativa do modelo de velocidade, mas tornará os métodos de inversão com migração mais estáveis, reduzindo artefatos, delineando soluções geologicamente plausíveis e acelerando a convergência da função objeto de minimização.Tese Acesso aberto (Open Access) Análise de processos oceanográficos no estuário do rio Pará(Universidade Federal do Pará, 2016-11-04) ROSÁRIO, Renan Peixoto; ROLLNIC, Marcelo; http://lattes.cnpq.br/6585442266149471Esta pesquisa de doutorado investigou processos oceanográficos físicos no estuário do Rio Pará, com foco no processo de intrusão salina e hidrodinâmica. A escolha desse tema surgiu a partir da necessidade de se consolidar o entendimento dos aspectos hidrodinâmicos e hidrográficos no estuário do Rio Pará, já que esta região da Zona Costeira Amazônica ainda se apresenta como um desafio à pesquisa. Um dos desafios consistiu em definir métodos e parâmetros para resolver diferentes escalas de espaço e tempo. Neste contexto, observações diretas no ambiente estuarino foram realizadas através de medições de intensidade e direção de correntes, perfis verticais e longitudinais de salinidade e temperatura, durante um período considerado de baixa descarga fluvial e outro de alta descarga fluvial. Além disso, de forma inédita, foi realizado durante um ano e dez meses o monitoramento da salinidade e nível de água (maré) em pontos estratégicos do estuário. As principais conclusões que esta pesquisa obteve a partir desse conjunto de dados foi a identificação da intrusão salina no estuário do Rio Pará, adentrando cerca de 100 km da foz. A sensibilidade da frente de salinidade está sujeita a variabilidade sazonal, devido a descarga fluvial, e variabilidade diária, devido à grande energia das marés na região. O transporte de Stokes, gerado pela propagação da onda de maré no estuário foi a parcela responsável pelo transporte de sal estuário acima, intensificando essa intrusão salina. A porção mais interna do estuário (mais de 60 km da foz) não existe circulação gravitacional e o transporte de sal estuário acima é realizado totalmente por difusão turbulenta; e na porção externa o fluxo resultante reverte com a profundidade e os processos advectivo e difusivos são importantes para contribuir para o transporte de sal no estuário.